多环控制的直流调速系统课件

多环控制的直流调速系统幻灯片PPT本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！第2章转速、电流双闭环直流调速系统

和调节器的工程设计方法双闭环调速系统的结构\稳态参数\启动性能分析

调节器工程设计

设计案例第二章多环控制的直流调速系统一、理想的全给定起动过程id，nIdL0tid，nIdL0tt1t2带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动电流达到最大值Idm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，电机的电磁转矩也随之减小，加速起动过程较长。系统突加最大给定不理想的起动过程理想的起动过程理想起动过程波形如图所示，起动电流呈方形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的起动过程。2-1基于转速、电流的双闭环直流调速系统

为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm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，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。起动过程，只有电流负反馈，没有转速负反馈；稳态时，只有转速负反馈，没有电流负反馈。

希望能实现控制：怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈，又使它们只能分别在不同的阶段里起作用呢？双闭环调速系统的构成二、转速、电流双闭环调速系统的构成3-1基于转速、电流的双闭环直流调速系统速度环电流环ASRACR

MU*nU*iUctUi+Ud_L+_UnTG~-+ASR—转速调节器ACR—电流调节器TG—测速发电机TA—电流互感器结构特点1.结构特点

3-1基于转速、电流的双闭环直流调速系统双独立无差调节器串联调节

ASR转速调节

ACR电流调节器其中，系统给定为ASR的输入，ASR的输出为ACR的给定双线性反馈回路（系统电路示意图）图2-3双闭环直流调速系统电路原理图++-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd++-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLMMTGUPE2。系统电路结构电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定了电流给定电压的最大值；1.系统稳态结构图三稳态结构图和静特性

U*nU*iUctUdoEUi+_UnKsIdIdRnASRACRR

2.带限幅作用PI调节器稳态特性+--饱和——调节器输出达到限幅值.不管输入偏差电压如何变化，输出恒为限幅值，相当于使该调节环开环。此时必须有反向偏差电压出现才能使其退出饱和不饱和——输出未达到限幅值当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压在稳态时总是零。注意:此时PI调节器的输出量与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。（U*i<U*im，Id<Idm）（2）转速调节器ASR饱和,ACR不饱和(n<n0

)双闭环直流调速系统的静特性

n0IdIdmIdnomOnABCASR不饱和,ACR不饱和-静特性的运行(平直）段，它是水平的特性。n=n0ASR饱和,ACR不饱和-静特性的垂直特性3.系统静特性

（1）转速调节器ASR不饱和,ACR不饱和4.两个调节器的作用双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到Idm

后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。四.各变量的稳态工作点和稳态参数计算

双闭环调速系统在稳态工作中，两个调节器都不饱和时

上述关系表明，在稳态工作点上，转速n是由给定电压U*n决定的；ASR的输出量U*i是由负载电流IdL决定的；控制电压Uc

的大小则同时取决于n和Id，或者说，同时取决于U*n

和IdL。原因:对PI调节器,不饱和时,稳态时无静差.由于积分作用存在,调节器的输出可以保持在任何需要的值上,具体的值由后面的环节决定.反馈系数计算转速反馈系数

电流反馈系数

两个给定电压的最大值U*nm和U*im由设计者选定，设计原则如下：U*nm受运算放大器允许输入电压和稳压电源的限制；U*im

为ASR的输出限幅值。—思考题—1.双闭环调速系统中,给定信号U*n未变,增加转速反馈系数,系统进入稳态后,转速反馈电压Un是增加,减小还是不变?转速增大还是减小?2.双闭环调速系统静特性的平直段与下垂段,ASR和ACR分别工作在线形还是限幅状态?3。采用PI调节器的不可逆双闭环调速系统中，当稳态运行（且U*n0）时可能出现:AUi0Uct0

BUi=0Uct0

CUi0Uct=0DUi=0Uct=04。采用PI调节器的不可逆双闭环调速系统中，当稳态运行（且n0）时可能出现:AUn0Uct0

BUn=0Uct0

CUn0U*i=0DUn=0U*i=0

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsKsTss+1ACR

U*iUi--EId-IdL2-2双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析一、双闭环调速系统的动态结构图启动波形分析二、双闭环调速系统的突加转速给定电压起动过程2-2双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析t1t2t3t4t

Id,nn*IdmIdL0

ⅠⅡⅢⅣ等效负载电流启动电流给定稳态速度给定第1阶段

由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的I、II、III三个阶段。第I阶段：电流上升

（0~t1）

ttIdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3t2

t1ASR由不饱和到饱和,ACR不饱和转速缓慢增大,电流快速增大2-2双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsKsTss+1ACR

U*iUi--EId-IdL第2阶段第Ⅱ阶段：恒流加速

（t1~t2）

n

IdL

Id

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3

t2

t1

ttASR饱和,ACR不饱和,转速线性增长直至给定,电流恒定略小于最大电流为什么Id<Idm?Uct,Ud0怎样变化?2-2双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsKsTss+1ACR

U*iUi--EId-IdL第Ⅱ阶段：恒加速

（t1~t2）n

IdL

Id

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3

t2

t1

tt第Ⅲ阶段：转速退饱和（t2

~t3）

第3阶段ASR退饱和,,ACR不饱和,电流Id跟随Ui*变化2-2双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析思考题：第一阶段电流上升为什么不是阶跃响应？其斜率主要与什么有关？第二阶段的恒值电流调节能否达到或超过Idm？为什么？系统的最大输出电源电压出现在什么时候？有多大？t1t2t3t4t

Id,nn*IdmIdL0等效负载电流启动电流给定稳态速度给定2-2双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析单输入系统静态结构(1)综上所述，双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：

饱和非线性控制

转速超调

准时间最优控制

根据ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态：

当ASR饱和时，转速环开环，系统表现为恒值电流调节的单闭环系统。

当ASR不饱和时，转速环闭环，整个系统是一个无静差调速系统，而电流内环表现为电流随动系统。

饱和非线性控制特点(1)2-2双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析系统静态结构

由于ASR采用了饱和非线性控制，起动过程结束进入转速调节阶段后，必须使转速超调，ASR的输入偏差电压△Un为负值，才能使ASR退出饱和。采用PI调节器的双闭环调速系统的转速响应必有超调。

转速超调特点(2)

准时间最优特点(3)

起动过程中的主要阶段是第II阶段的恒流升速，它的特征是电流保持恒定。一般选择为电动机允许的最大电流，以便充分发挥电动机的过载能力，使起动过程尽可能最快。

这阶段属于有限制条件的最短时间控制。因此，整个起动过程可看作为是一个准时间最优控制。2-2双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析本质-IdL

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsIdKsTss+1ACR

U*iUi--E±∆Ud双闭环系统±∆UdU*n-IdLUn+-ASR

1/CenUd01/RTls+1RTmsIdKsTss+1-E单闭环系统三、双闭环调速系统的抗扰能力2-2双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析

负载扰动抗扰性能(1)由动态结构框图中可以看出，负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速调节器ASR来产生抗衡负载扰动的作用。在设计ASR时，应要求有较好的抗扰性能指标。

电网扰动抗扰性能(2)

双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，