双闭环调速系统设计分析.docx

1、双闭环调速系统设计分析双闭环调速系统一、引言采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环调速系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。对于象龙门刨床、可逆轧钢机那样的经常正反转运行的调速系统，尽量缩短起制动

2、过程的时间是提高生产率的重要因素。为此，在电机最大电流(转矩)受限的条件下，希望充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流(转矩)为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态转速后，又让电流立即降低下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这时，起动电流呈方形波，而转速是线性增长的。这是在最大电流(转矩)受限制的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就

3、应该能得到近似的恒流过程。问题是希望在起动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输人端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主要的作用。怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈作用，又使它们只能分别在不同的阶段起作用呢?双闭环调速系统正是用来解决这个问题的。二、转速、电流双闭环调速系统的组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，如图一所示。图一这就是说，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，

4、叫做内环；转速 调节环在外边，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。为了获得良好的静、动态性能，双闭环调速系统的两个调节器一般都采用PI调节器，其原理图示于图二。图二在图上标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照触发装置GT的控制电压Ur,为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图中还表示出，两个调节器的输出都是带限幅的，转速调节器ASR的输出限幅(饱和)电压是U*im，它决定了电流调节器给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压是Uctm，它限制了晶闸管整流器输出电压的最大值。 三、PI调节器的稳态特征一般存在两种状况：饱和输出达到限幅值；不饱和输出未达

5、到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向信号使调节器退出饱和；换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的联系，相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压在稳态时总是零。实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。1转速调节器不饱和。这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。因此 U*n=Un=n U*i=Ui=Id。ASR不饱和，U*i a=1 0; b=1 4.6; c=1 3.4 16.35; d=conv(a,b)； e=conv(d,c)e = 1.0000 8.0

6、000 31.9900 75.2100 0 f=0 0 0 5 100; g=e+fg = 1.0000 8.0000 31.9900 80.2100 100.0000%以上是计算闭环传递函数的特征多项式% p=roots(g) %计算特征多项式的根，就是闭环传递函数的极点%p =-0.9987 + 3.0091i -0.9987 - 3.0091i -3.0013 + 0.9697i -3.0013 - 0.9697i m=5 100; z=roots(m)z = -20 %计算零点% 综上：当闭环传函形如时，可控标准型为：； 所以可控标准型是2-8用matlab语言编制单变量系统三阶龙格-

7、库塔法求解程序，程序入口要求能接收状态方程各系数阵（A,B,C,D）,和输入阶跃函数r(t)=R*1(t);程序出口应给出输出量y（t）的动态响应数值解序列。解：m文件为：function y=hs(A,B,C,D,R,T,h) %T为观测时间,h为计算步长，R为输入信号幅值%disp(数值解为);y=0;r=R;x=0;0;0;0;N=T/h;for t=1:N; k1=A*x+B*R; k2=A*(x+h*k1/3)+B*R; k3=A*(x+2*h*k2/3)+B*R;x=x+h*(k1+3*k3)/4;y(t)=C*x+D*R;end在命令行里键入A= B= C= D= R= T= h=y=hs(A,B,C,D,R,T,h) 得到结果。2-9用题2-8仿真程序求解题2-7系统的闭环输出响应y(t).解：A=,B=,C=,D=0在命令行里键入 A=0 1 0 00 0 1 00 0 0 1-100 -80.21 -31.99 -8; B=0 0 0 1; C=-100 5 0 0; D=0; T=1; R=1; h=0.01; y=hs(A,B,C,D,R,T,h)数值解为 0 8.3333e-007 5.8659e-006 1.8115e-005 3.9384e-005 7.0346e-005