第六章多环控制直流调速系统简

1、二、 多环控制的直流调速系统1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性目的及方法：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加速度起动，到稳态转速后，电流下降，使电矩与负载相平衡，从而转入稳态运行。起动时，保持电流为最大值（电流负反馈）近似恒流，稳态转速后为转速负反馈。静特性上看：饱和输出为恒值（不随输入变）；不饱和输出末达到限幅值。饱和时：除非有反向的输入信号使调节器退出饱和，饱和调节器隔断了输入和输出间的联系，使调节器开环。调节器不饱和，PI作用使输入偏差在稳态时为零。稳态结构图如下：正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态。只有转速调节器饱和与不饱。（一） 转

2、速调节器不饱和稳态时两调节器均不饱和，输入偏差电压都是零。； 静特性的n。A段； 由于ASR不饱和 , Ui*Uim*IdIdm（二）转速调节器饱和转速调节器饱和时，nn。，Ui*=Uim*，转速环呈开环状态，转速变化时对系统不产生影响，变成一个电流无静差调速系统，稳态时 静特性的AB段。IdIdm时转速无静差；Id=Idm时电流无静差。从动态响应看：突加给定电压，转速反馈n=0来不及作用，转速调节器很快饱和输出Uim*，经ACR电动机起动，反馈电压上升，但由于ASR的作用，UnUn*时，输入UnIdl后，电机开始转动。因开始时Un很大，其输出很快达到限幅值Uim*，Id到Id=Idm时，Ui

3、=Uim*，ASR由不饱和变成饱和。而电流调节器不饱和，保证电流恒定。 区：t1_t2 恒流升速。此时ASR一直饱和，转速环开环状态，电流调节器作用使Id保持恒定，转速呈线性增长，n E UdoUct Uct线性增长。要求Un必须维持一定的恒值，I d 应略小于Idm。区：t2 以后， 转速调节阶段。 n=n*时，Un=0，此时输出仍为Uim*，在最大电流上加速，使转速超调，UnIdl时转速仍然是上升的，到Id=Idl时则转速不在上升极最高值，T3以后IdT2设计成典型型系统; 选用PI调节器 则 其中；KpiK2/12、 控制对象为积分双惯型 T1T2设计成典型型系统; 选用PID调节器 则

4、其中；KpiK2/1（二） 小惯性环节的近似处理把多阶小惯性环节降为一阶小惯性环节，指小时间常数的惯性环节（如Ts）等，指高频段 条件： 当三个小惯性环节时 同理条件：（三） 高阶系统的近似处理当高次项系数小到一定程度时就可以略去不计 a、b、c均为常数，且系统稳定。bca条件：（四） 大惯性环节的近似处理 低频段 条件：所以有些近似只适用于动态性能的分析和设计，若考虑稳态精度时仍采用原来的传递函数七、调节器的最佳整定设计法最佳：调节器的最佳参数整定。二阶最佳（模最佳）； 三阶最佳（对称最佳）。（一）模最佳整定（二阶最佳）实验上只能是闭环系统幅频特性的模趋近于1。 ，在一定频带范围内模趋近于1

5、的条件就是； 实际中还要考虑系统的要求。（二）对称最佳整定（三阶最佳）64 双闭环调速系统的电流调节器和转速调节器的设计从内环开始，一环一环遂步向外扩展转速、电流滤波环节：抑制反馈信号中的交流成份但同时给反馈信号带来延滞。所以要在前向通路中加给定滤波环节，平衡电流检测信号中的延滞环节。一、 电流调节器设计（一）结构图简化1、忽略反电动势的条件：理想空载时Idl=0时条件：2、（通常情况下Tm远大于Tl，电流调节过程比转速过程（E）过程快得多。所以反电动势对电流环来说只是一个变化缓慢的扰动作用）条件： （Toi、Ts远远地小于Tl）（二）电流调节器的选择型系统超调小、型系统对电网电压扰动及时调节

6、性能好也就是抗扰性能好。一般情况下，TL/Ti10，按典型型系统设计， 其中： 条件：； ； （三）电流调节器参数的选择一般情况下，超调量小于等于5%时可取阻尼比为0.707，Ki Ti=0.5，因此 于是可求出Ki（四）电流调节器的实现； ； ； 二、 转速调节器的设计（一）电流环等效闭环传函注：；阻尼比为0.707，KT=0.5。 条件： ； （二）转速调节器结构的选择 条件：转速环校正成典型型系统，可实现转速无静差，同时又具有较好的抗扰性能。采用PI调节器，； 条件：；（三）转速调节器参数的选择； 无特殊要求时h=5。（四）转速调节器的实现； ； 三、 转速调节器退饱和时转速超调量的计算

7、分ASR饱和时和退饱和时进行讨论。在退饱和时与典型型系统跟随性能指标中的超调量不等，但同典型型系统抗扰性能过程完全一样，Id由Idm降到Idl一个动态长高与恢复过程是突卸负载的过程。电机过载系数=Idmax/Idnom；负载系数z=Idl/Idnom四、 ACR的设计步骤与计算公式1、确定时间常数；（12）Toi=3.33; Toi=2ms； Ti=Ts+Toi2、选ACR的结构5%，TL/Ti10，按典型型系统设计，3、 ACR的参数 ；4、 校验条件； 条件：； ； 5、 调节器的电阻和电容 R0=40K ； ； 五、 ASR的设计步骤与计算公式1、确定时间常数电流环时间常数2Ti；转速环

8、滤波时间常数Ton=0.01s； Tn=2 Ti +Ton2、 选择调节器的结构转速环校正成典型型系统，可实现转速无静差，同时又具有较好的抗扰性能。采用PI调节器，； 3、选择ASR参数无特殊要求时h=5； 。4、 校验近似条件KN=1cn =cn/n 条件：；5、 计算调节器的电阻和电容R0=40K ； ； 6、 校核转速超调量能满足设计要求。六、 注意事项：1、 电流环可以忽略反电动势，而转速环不能忽略反电动势。2、 比较电流环和转速环的开环频率特性，cicn 外环一定比内环慢。65 转速微分负反馈作用:可以抑制超调直至消灭超调,同时大大降低动态速降。一、 工作原理1、电路2、动态结构图；

9、 转速微分滤波时间常数； 转速微分时间常数3、对起动过程的影响带微分负反馈的双闭环调速系统，因有可能在进入线性闭环系统之后没有超调就趋于稳定，提前退饱和。微分电容Cdn作用：对转速信号进行微分。滤波电阻Rdn的作用：滤去微分后带来的高频噪声。二、退饱和时间和退饱和转速引入微分负反馈后，退饱和时间提前，抵制超调。其初始条件是退饱和点的转速和电流当ttt时，ASR饱和 Id=Idm当t= tt时，ASR开始退饱和，输入信号之和恒为零 于是得 因此退饱和时间为 退饱和转速为 结论：与末加微分反馈相比，退饱和时间的提前量是，而退饱转速的提前量是三、 转速微分负反馈参数的工程设计方法工程算法参照书上公式

10、（略）四、 带转速微分负反馈双闭环调速系统抗扰性能与前述一样五、小结：（1）引入微分负反馈，提早退饱和，可有效抑制以至消除超调，同时也增强调速系统的抗扰性能。（2）在负载扰动下动态降落也大大降低。（3）必须带滤波电阻，否则将引入新的干扰。66 三环调速系统内环的作用：3、 对本环的被调量实行限制和保护4、 对环内的扰动实行及时的调节5、 改造本环所包围的控制对象，使它更有利于外环的控制外环的作用：决定闭环系统的主要性质基本控制环一、带电流变化率内环的三环调速系统1、问题的引入起始时，电流环响应快，电流急剧上升，电流变化率太大，只能用特制电机，但即使这种情况，对机械传动机构的冲击力也太大。如延缓

11、电流环的跟随作用以压低电流变化率，又会影响系统的快速性（在电流变化过程中保持容许的最大变化率）2、结构原理图ADR 电流变化率调节器；CD电流微分环节。3、简单的电流变化率调节器 ；忽略E的影响，电流微分滤波时间常数 ；微分时间常数；积分时间常数；T0di很少，忽略其影响无电流变化率环时的电流环调节对象为当Kdi大时，二阶惯性环节的部分时间常数被缩小，提高其快速性，参数变化的影响也明显受到抑制。二、带电压内环的三环调速系统适用于大容量的对动态性要求较高的调速系统中才会出现。作用：（1）在起动的第1阶段中,当电压上升到其最大值时而电流还没有达到最大值时这一短暂时间内,保持电压不变,从而间接限制电

12、流变化率,设置最大的电压的约束条件并没有多大的意义。（2）主要作用还在改变控制对象和加快调节上。 ；v AVR积分时间常数； AVR时间常数调整。（3）抗扰作用效果好2、电路图 整流装置的内阻和电枢回路其余部分分开，结论：求闭环传函时，发现加不加电压环在改造控制对象上不明显且滤波成份大必须滤波。67 弱磁控制的直流调速系统一、 电枢控制与励磁配合控制他励电动机的调速方法调压调速是从基速（额定转速往下调，在不同的转速下容许的输出转矩恒定,恒转矩调速弱磁升速:是从基速往上调,不同转速下容许的输出功率相同转速越高时容许转矩越小,恒功率调速方法对于恒转矩性质的负载，其拖动系统采用恒转矩调速方案对于恒功

13、率性质的负载，其拖动系统采用恒功率调速方案如机床的主传动，当负载要求调速范围超过这个数值（弱磁调速的允许调速范围有限）就采用调压和弱磁联合调速，基速以下调节电枢电压，而在基速以上弱磁升速，起动时采用额定磁通以下的升压起动，以达到大的起动转矩，当电压到额定值后，减弱磁通升速。二、 独立控制的励磁调速系统的单独设置一个励磁一个励磁电流调节器原理：必须保证在满磁下调压，而当电枢电压提高到额定值时和才允许弱磁升速。在调节调压电位器时，调磁电位器应放在满磁位置，并保持不变，只有当电枢电压和转速达到额定值时，才允许减小调磁电位器给定电压，这时随着转速升高，测速反馈电压也升高必须同时相应地提高调压电位器的输

14、出电压，才能保证电枢电压不变，否则转速升不上去，上述要求也可以由逻辑电路自动实现，但终究麻烦。三、非独立控制系统励磁调速系统 调压和弱磁升速用同一个电位器或其它给定装置操作1、 问题的提出无论升压还是弱磁，调压电位器的给定电压都是需要不断地提高的，调磁电位器在升高时有一个不变的，只在弱磁升速时才需调节，所以升压时有一定不变的满磁给定电压即可，而在弱磁能找到一个信号使电压降低。2、电路图：如书所示。3、工作情况：（1）基速以下，保持励磁为额定值不变，改变电枢电压基速以下调速时，改变调速电位器给定电压就可以改变电动机转速，n95%nmax时,E95%Enom，经过AE得到电动势信号UeUe*，AER一直处于饱和，电动势开环，ASR输出限幅值电压，通过AFR调节作用，保证额定的励磁电流不变，满磁给定，通过AFR调节作用，使额定励磁电流不变，在基速下完全靠转速、电流双闭环调节电枢电压控制电流。（2）基速以上弱磁升速，