双闭环调速整体系统的创新设计

双闭环调速整体系统的创新设计---主要内容---双环系统动态结构图。电流调节器的设计简化结构图忽略转速变化的影响小惯性环节的近似处理转速调节器的设计电流环的简化小惯性环节的近似处理退饱和超调量的计算。一、双环系统动态结构图

电流环的控制对象由电枢回路形成的大惯性环节、晶闸管变流装置、电流检测及其反馈滤波等小惯性群可将电流环校正成典I或典II系统若以电枢电流超调小，跟随性能好为主，可校正成典I系统若以具有较好的抗扰性能为主，则应校正成典II系统。电流调节器的设计包括以下内容：1、电流环结构图的化简2、电流调节器结构的选择3、电流调节器的参数计算4、电流调节器的实现二、电流调节器的设计

忽略反电动势的动态影响(需校验)；等效成单位负反馈系统；小惯性环节近似处理（需校验）；电力电子单元近似（需校验）a)忽略反电动势的影响b)等效成单位负反馈c)小惯性环节近似处理1、电流环结构图的化简返回SP2—电流调节器的超前时间常数。—电流调节器的比例系数；2、电流调节器结构的选择电流环以跟随性能为主，应选用典I系统，采用PI型的调节器，传递函数：结合化简后的电流环的动态结构图：电流环的动态结构图的典型形式3、电流调节器的参数计算若希望电流超调量，，可选KT=0.54、电流调节器的实现、、

三、转速调节器的设计1、电流环的等效闭环传递函数2、转速调节器结构的选择3、转速调节器的参数计算4、转速调节器的实现1、电流环的等效闭环传递函数电流环经简化后可视作转速环中的一个环节，其闭环传递函数忽略高次项，

电流环在转速环中应等效为:原来是双惯性环节的电流环控制对象电流环的改造效果：

电流的闭环控制改造了控制对象，加快了电流的跟随作用，这是局部闭环（内环）控制的一个重要功能。等效成只有较小时间常数的一阶惯性环节2、转速调节器结构的选择a）用等效环节代替电流环(首先要进行

转速环的动态结构框图简化)

b)等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理—转速调节器的比例系数；—转速调节器的超前时间常数。

c)ASR调节器选择(应采用PI调节器)d)校正后成为典II系统问题：转速环的抗扰性能指标很重要，选择典II系统。选择PI调节器。典II系统的转速超调量是否会很大？3、转速调节器的参数计算(、)回忆典Ⅱ系统参数关系：Mrmin准则下：一般以选择4、转速调节器的实现转速调节器参数与电阻、电容值的关系为四、转速调节器退饱和时转速超调量的计算如果调节器没有饱和限幅的约束，调速系统可以在很大范围内线性工作，则双闭环系统起动时的转速过渡过程超调量较大。（ASR不饱和）实际上，突加给定电压后，转速调节器ASR很快就进入饱和状态，输出恒定的限幅电压Uim*，使电动机在恒流条件下起动，起动电流Id≈Idm=Uim*/β，而转速则按线性规律增长。起动过程慢。只有当转速上升到给定值时，转速偏差电压变成负值，ASR退出饱和。

知识回忆：图：

调速系统起动过程a)ASR不饱和b)ASR饱和图b说明：ASR开始退饱和时，Id>IdL，电动机仍继续加速，直到Id≤Idl时，转速才降低下来，因此在起动过程中转速必然超调。但是，这已经不是按线性系统规律的超调，而是经历了饱和非线性区域之后的超调，称作“退饱和超调”。退饱和超调量不等于典型II型系统跟随性能指标中的超调量。分析线性系统跟随性能时，初始条件为：n(0)=0，Id(0)=0；讨论退饱和超调时，初始条件是：n(0)=n*，Id(0)=Idm。（1）ASR退饱和后系统的结构框图（2）计算退饱和超调量的捷径ASR选用PI调节器时，图a绘成图b。图a图b稳态转速n*以上的超调部分，即实际转速与给定转速的差值。坐标原点从o移到o’，动态结构框图变成图c．初始条件则转化为Δn(0)=0，Id(0)=Idm。图c把Δn的负反馈作用反映到主通道第一个环节的输出量上来，得图d。为了保持图d和图c各量间的加减关系不变，图d中Id和IdL的+、-号作相应的变化。图d比较：讨论典型II型系统抗扰所用的图典II系统，如果在Id=Idm，n=n*稳定运行，在t2时刻(即在O’点)突然将负载由Idm减小到IdL，转速会产生一个动态速升与恢复的过程，这个过程的初始条件与退饱和超调过程完全一样。因此，这样的突卸负载速升过程也就是退饱和转速超调过程。可以利用典Ⅱ系统抗扰性能指标来计算退饱和超调量。在典II系统抗扰性能指标中，ΔC的基准值Cb和扰动量N

N=Idm-IdL退饱和转速超调的基准值:开环稳态速降(转速超调量计为，其基准值应该是)

经基准值换算后得：（3）计算退饱和超调量外环的响应比内环慢，这是按上述工程设计方法设计多环控制系统的特点。这样做，虽然不利于快速性，但每个控制环本身都是稳定的，对系统的组成和调试工作非常有利。SP1：设控制系统的传递函数为其中：K1=2，T1，T2，T3，T4。要求阶跃输入时系统超调量<5%,（1）用PI调节器校正为典I系统，计算调节器参数并计算调节时间。（2）能否用PI调节器将系统校正为典II系统？（3）能否用PID调节器将系统校正为典II系统？解：（1）PI调节器的传递函数为令校正为典I系统时，系统的开环传递函数调节时间:解：（2）PI调节器将系统校正为典II系统，控制对象中不含积分环节，令校正后系统的开环传递函数为校验近似条件：不能用PI调节器将系统校正为典II系统。解：（3）用PID调节器将系统校正为典II系统，校正后系统的传递函数为校验近似条件：所以，能用PID调节器将系统校正为典II系统。SP2已知双闭环调速系统如图，电动机额定数据如下：3kW，220V，17.5A，1500r/min，Ra=1.25，采用V-M系统，整流装置内阻Rrec，平波电抗器电阻RL=0.3，主电路总电感L=200mH，

GD2N·m2。ACR、ASR均选择PI调节器，Unm*=10V，Uim*=8V。IdblIN，Idcr=2INs，s，Ts=0.0017s。电流环按典I系统设计，取KT=0.5，转速换