电气传动控制系统的综合

第9章电气传动控制系统的综合9.1电气传动控制系统的性能指标电气传动控制系统的性能指标主要包括动态和静态性能指标。动态性能指标主要是指在给定信号或扰动信号作用下，系统输出的动态响应中的各项指标。静态性能指标主要指在控制信号和扰动信号作用结束后3～4倍动态调节时间后的系统输出的实际值各项性能指标。这些性能指标用于评价或考核电气传动控制系统的品质。如果没有特别规定，测量电气传动控制系统的性能指标可以在以下条件下进行：(1)基本速度(或额定频率);(2)电动机额定电压；(3)空载(一般应将电动机与负载机械的联轴器、齿轮箱等脱开，否则应相应降低系统的性能指标，并注意阶跃给定下机械实际承受的能力)。将测量结果等效折算到额定条件下，作为系统的性能指标。9.1.1阶跃给定信号响应指标在一般电气传动控制系统中，典型的响应特性是速度给定、电流给定(或转知给定)在阶跃变化后，实际速度、实际电流(或实际转矩)跟随给定变化的时间响应曲线，见图9-1。山于系统输出时间响应曲线可能含有大量纹波，如果合同没有特别约定，时间响应曲线此外，从给定信号发出到实际值开始响应可能存在传输延时(滞后)时间t₀,在具体测量考核时，应予以注意。又称起调时间，是指在规定的运行和使用条件下，施加规定的单位阶跃给定信号，系统实际值第一次达到给定值的时间。实际值与给定值相比较的正负偏差值范围，以实际值与给定值相比较的偏差值除以最图9-1在阶跃给定控制信号下的系统响应y₁阶跃给定值to—信号传输时间tm—实际值达到最大峰值的时间tm一响应时间t,一调节时间大给定值的百分数表示，如果没有特别规定，该偏差带一般为±2%左右。9.1.1.3超调量σ%士分%一动态响应偏差带实际值超过给定值的最大数值除以最大给定值的绝对值，以百分数表示。第9章电气传动控制系统的综合577式中γ(tm)——实际值超过给定值的最大数值；y₁——给定值；y。——最大给定值.9.1.1.4调节时间t,实际值进人偏差带±8%、且不再超出该偏差带的时间。9.1.1.5振荡次数N实际值在t,调节时问内围绕给定值摆动的次数。斜坡给定信号的动态响应指标主要是实际值的跟踪误差8%,定义为给定值以商定的固定斜率变化至额定值，实际值在跟随给定值变化过程中的误差值与最大给定值的比值，以名分数表示，见图9-2。这些指标是指在给定不变情况下，在阶跃扰动作用下的控制系统性能指标，主要以动态波动量、回升时间、恢复时间和动态偏差面积等指标衡量，见图9-3。速度控制系统中的负载转矩跃变、电网电压快速波动等-一般属于阶跃变化的扰动信号。·般在额定阶跃转矩扰动下考核各项指标。9.1.3.1动态波动量σm%在动态扰动下，实际值与给定值的最大偏差绝对值与最大给定值之比，以百分数表示。实际值与给定值的最大偏差；578电气传动自动化技术手册在动态扰动下，实际值从开始波动到第一次恢复到偏差带±δ%的时间。实际值在动态扰动下从开始波动到恢复至偏差带±分%、且不再超出偏差带的时问。动态波动量σ。%与动态波动恢复时间t的乘积的1/2作为动态偏差面积。对于任何--个连续的线性的自动控制系统或环节，描述其特性的最直接和最有效的方法是微分方程。但随着微分方程的阶次的增高，求解十分不便。工程上常用拉氏变换法将微分方程变成代数方程，使求解大为简便。通过研究和计算传递函数，设计、开发出与电气传动对象相适应的控制系统，使系统的各种稳态和动态性能指标达到应用要求。随着计算机技术的迅速发展，工程系统通用仿真软件的应用得到了很快发展，可以通过仿真软件，设计、模拟各种复杂系统的模型结构，进行系统的各种运行状态的模拟，得出相应的大量数据，大大缩短了真实系统的研制时间和经费。计算机仿真已成为电气传动控制系统工程研究的重要方法，此外，目前电气传动控制系统已大量采用数字控制，不仅采用了常规系统的控制方法[如比例积分微分(PID)调节器],还引入了诸如自适应控制、模糊控制等方法，达到并超过了模拟系统的性能指标。9.2.1调节器传递函数任一系统或环节在零初值条件下，输出量的拉氏变换与输人量的拉氏变换之比定义为系统或环节的传递函数。T.程上常用的各种调节器等构成了各自的传递函数，各环节传递函数组成了整个系统的传递函数。调节器的种类很多，以下仅列出一般系统最常用的调节器传递函数。比例(P)调节器是纯放大环节。其传递函数为式中F(s)传递函数，式中s为微分算子，后同；积分(1)调节器中的参数是积分时间常数T,。其含义是在阶跃输入下，输出的绝对值等于输入绝对值的时间。传递函数为第9章电气传动控制系统的综合5799.2.1.3比例积分(PI)调节器比例积分(PI)调节器是应用最多的调节器之一，由比例和积分两部分调节器叠加组成。9.2,1.4微分(D)调节器微分(D)调节器中微分时问常数7,定义为当输入按线性增加，其增量绝对值与输出相等所经历的时间。9.2.1.5惯性(T}调节器惯性调节器中惯性时问常数T,定义为：在输入阶跃变化下，输出绝对值达到63%输入绝对值时的时间。9.2.1.6微分惯性(DT)调节器微分调节器用于计算输人信号的变化率，但单独使用时容易将噪声信号同时放大，一般工程上常用微分惯性(DT)调节器，即将惯性(T)调节器和微分(D)调节器叠加使用。其传递函数为系统传递函数由系统调节器、功率变换器、被调节对象(如电动机)等的传递函数叠加组成。在实际工程中，为了便于分析和设计系统，需要对系统进行近似处理。近似处理的原则是近似分析的结果与实际系统的控制性能基本吻合。9.2.2.1多个小时间常数的等效处理所谓小时间常数指该时间常数所决定的频率大于系统的中频上限频率w,,见图9-4。电气传动控制系统中往往存在多个小时间常数，如变流装置的等效时间常数、滤波时间常数等等，且大都分布在高频段。这部分传递函数为上式传递函数一般以一个等效惯性环节代替。等效惯性时间常数T,按下述方法近似：图9-4小时间常数的位置(1)如果各小时间常数的数值相差其远，或它们决定的频率比系统中频上限频率高很多则它们的等效小时间常数取为580电气传动自动化技术学册(2)如果各小时间常数接近，相差不超过一倍，等效时问常数取为(3)如果有…些小时间常数数值接近，而与另一些相差较远、则可分别处理。对数值接近部分的按式(9-12)的计算方法计算后加上与之相差较远的时间常数，作为总的等效时间常数。9.2.2.2大惯性时间常数的等效处理大惯性时间常数是指该时间常数所决定的频率远小丁系统的对数频率特性的交界频率w,见图9-5(图中，t。为大惯性时间常数)。大惯性环节仅影响系统的低频段，对系统的相角裕量和静态误差有影响。当大惯性时间常数大于小惯性时间常数的10倍以上时，可将大惯性环节近似成积分环节，积分时间常数等于大惯性时问常数。在具有电流内环的转速、张力等系统中，讨论电流环时，电动机反电动势扰动的变化率比电流变化率慢得多，一般在分析动态过程时，电动势扰动可被忽略，使系统分析大大简化。9.2.2.4电源内阻的近似处理在变流器输入电源中，由于电源内阻的存在，给系统的分析带来很多不便。当变流器输人电源内阻阻抗与变流器负载(如电动机等)阻抗接近，分析系统性能时，必须考虑电源内阻的影响(如柴油发电机供电的电力机车等小电源系统);当变流器输入电源的短路容量相对于负载额定容量超过10倍以上时，在分析系统时可忽略其供电电源的内阻。9.2.2.5系统内环的等效处理电气传动控制系统一般由内环(如电流环)和外环(如速度环)构成双闭环控制系统，也可在外环(如速度环)外再加控制外环(如位置环等)构成二闭环控制系统。为了进行外环的设计和调整，应先对系统内环进行等效处理。求内环等效传递函数主要是看外环与内环的中频带的相互关系。在实际系统中，内环中频区处于外环中频区之右，且越远越容易简化：在工程设计中，当内环与外环中频区相差较远(如3～10倍)时，可将内环简化成一阶等效惯性环节；当内、外环中频区接近，甚至有一段重登时，用二阶振荡环节近似等效内环。实际工程系统综合方法应是稳妥、实用、简单、优化。其本方法是根据工艺要求确定系统的静态、动态性能指标；根据负载的数学模型建立相应的负载传递函数；针对负载的传递函数设计控制系统的传递函数，并确定各调节器的结构和参数范围，使系统满足工艺需要的静态、动态性能指标。这种方法称为模型系统设计。图9-6为·般模型系统的对数频率特性，理论和实践表明，一般电气传动系统的传递函数对数频率特性应具备以下特点：第9章电气传动控制系统的综合581(1)对数幅频特性的交界频率w,(中频段)附近的斜率为-20dB/dec,应具有足够的宽度、以保证系统的稳定性；(2)交界频率a。应尽可能大些，以提高系统的(3)为了保证系统的静态稳定精度，低频段增益应尽可能大；(4)为了提高系统抗扰动能力和加快系统动态响应，高频区衰减应尽可能快些。实际系统中，上述四方面的要求往往是矛盾的，应根据实际需要有所取舍，合理配置。图9-6一般模型系统对数幅频特性9.2.3.1典型模型系统a—中频宽度，t=wlw,式中，分母中的8项表示整个系统有r个积分环节。通常按r=0、1、2、3…来区分系统，分别称为0型、1型、Ⅱ型、阻型…系统。型号越高，系统准确度越高，但稳定性越差。一般0型系统的稳态精度不如I型和Ⅱ型系统，Ⅲ型以上系统则不易稳定。工程上，一般根据负载的数学模型设计调节器结构和参数，使整个电气传动系统成为典型工型和Ⅱ型模型系统。1.典型1型模型系统⊥型系统中频宽度为≈,又称为宽中频模型系统。该系统为一阶无差系统，具有响应快、超调小、相角裕量大的特点。典型1型系统的开环传递函数为[型系统的开环对数幅频特性见图9-7.调速系统的电流调节环和简单的定位随动系统，经过简化后都可以等效成【型系统。2.典型Ⅱ型模型系统典型且型系统的开环传递函数为该系统与典型」型系统相比略复杂些，许多采用PI调节器的调速系统(例如以电流内环和速度外环构成的双闭环系统)和随动系统都可以简化成Ⅱ型系统。对应的开环对数幅频特性见图9-8。图9-7典型!型系统开环对数幅频特性图9-8典型Ⅱ型系统开环对数幅频特性典型Ⅱ型系统对于给定作用的跟随性来说，属于二阶无差系统，具有较好的抗扰动性能，但阶跃响应的超调量较大。582电气传动自动化技术手册9.2.3.2典型模型系统参数综合方法1.对称最佳法由于兼顾了系统稳定性、快速性和抗扰动性，对称最佳法是目前电气传动系统中工程应用较普遍和经典的方法。典型1型系统的闭环传递函数是二阶的，其动态性能指标与参数间有准确的数学关系。对称最佳法选取开环系统比例系数K=1/(2T₁),交界频率α,=K。按此选取参数时，系统阶跃响应超调量为4.3%,相角稳定裕量为65.5°,动态响应时间为4.72T₁,过渡过程时间为3/K对于典型Ⅱ型系统则难以得出确切的数学表达式，需要根据负载参数和不同指标要求设计。对称最佳法取开环对数频率特性的中放区宽度等于中衰区宽度，即取中频对称，并且取中频宽度等于4。…般T,是负载固有参数，K和t:是可调整参数。调整t,,可以改变中频宽度；在t,确定后，调整K,可改变交界频率w。对称最佳法取t₁=4T₁,K=1/(87}),交界2.振荡指标法控制和抗扰动特性均较好，但超调较大。一般在给出了系统允许的坡小振荡指标后，可用此法设计系统。有关此法的详细论述，请见参考文献[2、4]。9.3直流电气传动系统的分析综合直流电气传动系统具有良好的起制动特性和宽而平滑的调速性能，系统简单可靠，是高性能调速系统的主要型式之一.9.3.1晶闸管变流器的传递函数晶闸管变流器是一个只有滞后的放大环节，其滞后时间T,是由晶闸管变流装置在两个自然换相点间的失控引起的。由于输出电压调节过程中，触发延迟角随时发生变化，使T,不是一个固定的时间，具最大时间是两个自然换相点之间的时间。式巾p——交流电源一周之内的整流电压脉波数；f——交流电源频率。以三和桥式晶闸管变流器为例，当其电源频率为50Hz时，最大滞后时间为3.33ms。实际工程计算分析时，常将晶闸管变流器的T.按照平均值选取为常数，即取T。=0.5T;将晶闸管变流装置环节的传递函数取为一阶惯性环节，即式中K,——晶闸管变流器的放大系数：9.3.2直流电动机的传递函数木节以他励直流电动机为例讨论直流电动机的传递函数。第9章电气传动控制系统的综合583在电动机磁场恒定，且电枢电流连续时，直流电动机电枢回路的电压方程为式中tg——电动机电枢电压(V);R,——电动机电枢回路(含电抗器)电阻总和(Ω);L。—电动机电枢回路(含电抗器)电感总和(H)。电动机的运动方程为式中Tw'-—电动机电磁转矩(N·m);T′——负载转矩(N·m);GD²电动机和折算到电动机轴上的负载机械的总飞轮力矩(N-m²);dn/dt——电动机加速度(r·min-l·s~')。当磁场恒定时，反电动势ey和电磁转矩T′分别为n~---电动机转速(r/rin);将式(9-18)～式(9-21)标幺化后得ng——电动机额定转速；令电枢回路放大系数K,=U/(R,L),电枢电磁时间常数t=L/R,电动机积分时间584电气传动自动化技术手册式(9-25)和式(9-26)为在恒定磁场下，考虑了电动势扰动时，电源对电动机电枢供电的传递函数，其传递函数见图9-9。由图可知，直流电动机本身为一电动势闭环系统。当忽略电动势扰动时，图9-9可以简化为图9-10.如果考虑电源内阻，则在系数K.和时间常数t。的阻抗中加上电源内阻即可。在电枢电流断续、考虑了电动势扰动及电源内阻情况下，直流电动机的简化框图见图9-11.图中，E为理想电源电压，K。’为考虑了电源内阻的电枢四路放大系9.3.2.2磁场部分设电枢电压ug保持不变，改变励磁电压ur,对直流电动机转速进行控制。在不考虑涡流影响时，励磁电压为式中R;——励磁回路电阻；L₄——励磁回路电感。图9-11考虑电源内阻、电流断续、考K;——励磁回路放大系数(即励磁强迫倍数),K;=u;/(R₁(m);励磁回路的涡流影响可以等效为一个与励磁绕组并联的电阻Rg。在这种情况下，励磁电流被分为两部分：一部分为励磁分量1.,另一部分为涡流分量Iw。在考虑涡流作用下，励磁回路方程为第9章电气传动控制系统的综合585解方程式(9-30)～式(9-33),并标幺化，得式中tg——涡流时间常数，ty=L₁/Rwc传递函数为44与磁通(纵轴)之间具有非线性关系。传递函数可用一个可变系数K。表示。图9-12为直流电动机励磁回路传递函数框图。9.3.2.3电枢和磁场配合控制直流电动机电枢和磁场控制各有其范围，在额定转速以下时，一般磁通保持额定不变，通过调节电枢电压调节转速，至额定转速时，电枢反电动势达到额定，在此范围内，电动机输出转矩可以达到额定不变；在额定转速以上时，保持电枢电压不变，通过调节磁通来调节转速，使电动机可以额定功率工作。电枢电流连续和断续时的电枢与磁场配合控制的传递函数框图分别见图9-13、图9-14。9.3.3.1电枢电流调节环1.电枢电流调节环结构及其简化电枢电流调节环传递函数见图9-15。按照9.2.2节的系统简化方法，由于电枢电流的调节过程比反电动势和转速的变化快得多，电流环设计可以暂不考虑反电动势的扰动；其次，给定和反馈的滤波环节可以进行合并等效处理；再者，T、和T都比t,小得多，可作为小惯性环节处理，取T₂=T。+T。经上述处理后得出电流环简化框图，见图9-16。586电气传动自动化技术手册11N2.电枢电流调节器的参数选择电枢电流调节器采用比例积分(PI)调节器。一般可按照典型丨型系统选择参数，但对于需要抗扰性为主要要求的系统，也可以按照典型Ⅱ型系统选择参数。fa图9-17校正成典型1型系统的按照I型系统并按对称最佳方法设计选择参数时，电流调节器积分时间常数T,和比例系按上述参数设计的电流环传递函数见图9-17。按照Ⅱ型系统并按对称最作方法设计选择参数时，电流调节器积分时间常数和比例系数当t,较大时，才能将式(9-25)惯性环节等效为积分环节。3.电枢电流的自适应调节上述电枢电流调节环是以电流连续为条件的。在晶闸管变流器供电的直流电动机电枢回路中，当回路电感较小或负载较轻时，电感中储存的电磁能量在下一相触发脉冲到来前已全部放完，产生电流断续。与电流连续时相比，电流断续时的晶闸管触发脉冲移相特性向增大的方向移动，例如对于变流装置输出电压等于0为例，电流连续时为90、电流断续时则为120,相差30。这样就使电流断续时变流装置的放大倍数大大降低，内阻增大，电流随控制电压变化而瞬时变化。在电流连续时为惯性环节的电枢回路，在电流断续时变成为比例环节、电源内部阻抗变成为纯阻性。由于调节对象的变化，使按连续电流调节好的调节器参数不能适应电流断续时的情况。为此，目前晶闸管调速装置中一般都设有电流断续补偿环节。按照断续区的电流-晶闸管触发延迟角特性设计为一个非线性的补偿环节，可视为一个可变系数的比例环节。通过该环节，使断续区的电流闭环动态性能达到与连续区相同，使得在进行系统传递函数分析时，可第9章电气传动控制系统的综合587忽略电流断续的影响。9.3.3.2速度调节环1.速度调节环结构及其简化速度调节环传递函数见图9-18,电流环为按照典型工型系统校正后的等效传递函数。将速度滤波环节等效地移到速度调节环，并将两个小惯性合并，得出速度调节简化传递函数框图，见图9-19。2.速度调节器的参数选择为了满足系统无静差要求，一般直流调速系统的速度调节器采用比例积分(PI)调节器，并按典型Ⅱ型系统进行设计。TT按照对称最佳法，速度调节器积分时问常数为速度调节器比例系数为3.速度的自适应调节按照第9.3.2.3节中电枢与磁场配合控制的要求，在额定转速以上运行时，维持电枢电压不变，则磁通随速度增加按反比减小。从图9-14和图9-15知，出于磁通的减弱，使得从电流到转矩的放大系数同比减小，速度调节开环放大系数减小，系统动态响应降低。为此，应采用速度自适应调节环节。速度自适应调节环节可以采用除法器，用速度调节器输出(转矩给定)除以磁通，输出为电枢电流给定，使在弱磁时增加电枢电流，以保持速度调节开环放大系数不变。9.4交流电气传动系统的分析综合随着电力电子技术、计算机技术和矢量控制技术的进步，交流电气传动系统日前已得到广泛应用。交流电动机的数学模型较为复杂，但由于采用电机统一理论，对交流电动机进行解耦处理，通过矢量变换方式使其励磁电流分量和转矩分量独立分解出来，从而建立起与直流电动机相似的数学模型，实现磁通和转矩的独立控制，达到与直流电动机调速系统相同的动态和静态特性指标。在经过简化和解耦处理后，交流电动机电气传动控制系统的传递函数与直流传动控制系统相似，只是其中的系数有所不同。交流传动系统的简化、动态指标及综合方法等可参照直流传动系统。本节仅以同步电动机交-交变频调速系统和异步电动机交-直-交电压型通用变频注意，在本章节中，所用的参数均取标幺值，以下不一一强调。9.4.1同步电动机交-交变频调速系统同步电动机交-交变频调速系统是用于大功率(1000kW以上)、低速(600r/min以下)范围内的一种调速方案，主要应用于轧机主传动、矿山卷扬、水泥球磨机等高动态性能要求的场合。其主回路采用由普通晶闸管构成的与直流传动系统相同的桥式变流器，由三套桥式变流器组成三相交-交变频器。同步电动机交-交变频调速系统框图见图9-20。图9-20同步电动机交.交变频调速系统框图交流电流调节器的调节对象是交-交变频器和电动机定子绕组。由于交-交变频器由二套三相桥式晶闸管变流器组成，其动态特性与晶闸管直流传动系统相同，被看作一个时间常数为1.7ms的小惯性环节。该环节与反馈滤波、触发输人滤波等小惯性环节合并为一个等效小惯性环节。电动机定子绕组的数学模型按等效电路建立。由于感应电动势的影响已被电压前馈抵销，所以在等效电路中无电动势项。另外，由于采用电流断续补偿，在进行调节器参数设计时，不考虑电流断续情况。同步电动机定子绕组是一个较复杂的环节，定子电流变化时，在转子励磁绕组和阻尼绕组中都感应出电压和电流，绕组的动态模型与励磁绕组和阻尼绕组参数及负载角有关。试验结果表明，按q轴等效电路计算比较接近实际情况，按q轴电路设计的调节器动态放大倍数较小，稳定裕量大。同步电动机q轴等效电路见图9-21a。由于定子绕组电阻r,和q轴阻尼绕组电阻rn很小，第9章电气传动控制系统的综合589可以忽略，则等效电路被简化为一个电感L。(见图9-21b),即由于交-交变频器的输出电流随时间正弦变化，对于调节器而言，始终处于动态调节，如果仪依靠交流电流调节器调节，必然产生跟踪误差，输出电流总是比给定滞后一段时间。为此，在交流电流调节中引入电压前馈环节，该环节使交流电流调节器在稳态时输出为零，从而克服了跟踪误差。由于采用了电压前馈挖制，交流电流调节器仅起到校正误差作用，因此可采用比例调节器，这样也避免了采用二个比例积分调节器存在积分饱和的问题。交流电流调节环传递函数框图见图9-22。b)图9-21同步电动机g轴等效电路图9-22交流电流调节环传递函数框图按照对称最佳法，取电流调节器的比例系数为交流电流调节环等效时间常数9.4.1.2直流电流调节器直流电流调节器是…个积分调节器，其输出信号与交流电流调节器输出叠加，共同控制交-交变频器，传递函数框图见图9-23a。Fb)图9-23直流电流调节环传递函数框图按照对称最佳法，取直流电流调节器的积分时间常数为9.4.1.3转子励磁电流调节器电气传动自动化技术手册转子励磁电流变化时，在阻尼绕组和定子绕组中将感应出电压。阻尼绕组是短路绕组感应电压产生阻尼电流阻碍磁链变化。定子绕组虽然也是闭合的，但由于存在定子电流调节环，定子电流不受感应电压影响，所以在励磁等效电路中，定子绕组开路。由于励磁绕组轴线位于d轴，阻尼绕组电附rm很小，忽略后等效电路图9-24同步电动机d轴等效电路图被简化成电阻r.和电感1.中联的电路，见图9-24b。其中，等效电感为转子励磁电流调节器是一个比例积分调节器，励磁电流环传递函数框图见按照对称最佳法，取转子励磁电流图9-25转予励磁电流调节环传递函数框图调节器的比例系数为积分时间常数为9.4.1.4磁链调节器同步电动机磁链调节器由两部分组成，一部分为比例调节器，作为定子电流的磁链调节外环，这部分调节较快，只在动态起作用；另一部分采用比例积分调节器，作为励磁电流环的外调节环，这部分调节较慢，但可消除静差。1.比例积分调节器该调节器通过改变励磁电流调节磁链，按d轴等效电路(见图9-24)设计调节器参数。磁链比例于磁化电流码，由于存在阻尼绕组，磁化电流增最△ig,滞后于励磁电流增量△i,,由等效电路图9-24a得式中式(9-49)可简化为在磁链调节器结构中，励磁电流调节环和磁链反馈滤波时间常数等可以用一个等效惯性环节代替，时间常数为T₂。图9-26为通过励磁电流环的磁链调节环传递函数框图。第9章电气传动控制系统的综合591削Ap削Ap」T:s·!y*-图9-26通过励磁电流环的磁链调节环传递函数框图按照对称最佳法，取磁链调节器的比例系数为积分时间常数为2.比例调节器该调节器通过改变定子电流中的磁化分量i米调节磁链。由于φ,轴和转子轴间相对位置是变化的，通过定子电流环调节，所以按π轴等效电路(见图9-20)设计调节器参数。磁链ψ比例于磁化电流训，由于存在阻尼绕组，磁化电流增量△i滞后于励磁电流增量△i,出等效电路图9-20电流增量△i,图9-27通过定子电流环的磁链调节环传递函数框图在磁链调节器结构中，定子电流磁化分量调节环可以用一个等效惯性环节代替，时问常数为Ts。通过定子电流环的磁链调节传递函数框图见图9-27。按照对称最佳法，取磁链调节器的比例系数为9,4.1.5速度调节器速度调节环传递函数框图见图9.28。Kn7Kn7Kgn图9-28速度调节环传递函数框图592电气传动自动化技术手册按照对称最佳法，取速度调节器的比例系数为积分时间常数为9.4.2异步电动机交-直-交电压型PWM通用变频调速系统采用IGBT等全控型电力电子器件组成PWM变频器，广泛应用于中小功率调速场合。根据工艺需要，可以采用带速度反馈的矢量控制型、无速度反馈的矢量控制型和电压/频率(V/F)控制型。其中矢量控制型主要用于单电动机调速系统。本节仅讨论矢量控制型调速系统。矢量控制异步电动机交-直-交电压型通用变频调速系统见图9-29。图9-29矢量控制异步电动机交-直-交电压型PWM通用变频调速系统9,4,2.1电流调节器电流调节器的调节对象是PWM变频器和电动机定子绕组。由于PWM变频器的调制频率较高，可看作是一个时间常数很小的惯性环节。该环节与反馈滤波、控制输入滤波等小惯性环节合并为一个等效小惯性环节。异步电动机定子绕组的等效电路与同步电动机定子q轴等效电路结构--样，见图9-30。电流调节环传递函数框图见图9-31。电流调节器采用比例积分调节器，比例系数取为积分时间常数取为第9章电气传动控制系统的综合593图9-30异步电动机定子绕组等效电路图图9-31电流调节环传逆函数框图常数惯性环节。式中T,——转子绕组时间常数从定子电流磁化分量给定到实际值，可等效为·个小时间常数T₂的惯性环节。磁链调节环传递函数框图见图9-32.,pyr*...帚图9-32异步电动机磁链调节传递函数框图磁链调节采用比例积分调节器，比例系数为积分时间常数取为9.4.2.3速度调节器速度调节环传递函数框图见图按照对称最佳法，取速度调节器的比例系数为积分时间常数为图9-33速度调节坏传递函数框图9.5工程设计举例H前绝大多数电气传动挖制系统采用数字控制技术，在系统软件中很多采用了参数自优化技术，大大方便了工程技术人员的现场调试、提高了系统的性能指标，缩短了调试时间。但对于大功率电气传动系统及特殊的电气传动系统，一般仍需要按先内环、后外环的调试顺序，根据被传动设备的特性参数及实际反馈的波形数据，手动设置系统参数，满足系统的性以下就以一套轧机主传动调速系统为例进行说明。9.5.1基本参数某轧机主传动电动机参数：直流电动机，额定功率P=4000kW,额定电枢电压[=1000V,额定电枢电流1=4410A,允许电流过载倍数2.5倍，额定转速nx=60r/min,额定励做电流In=162.8A,电枢转动惯量J=24251kg·m²,电枢回路(含换向极及补偿绕组)儿阻R,=0.01803Ω,电枢同路电感L₂=1.392mH,励磁回路电阻R=1.157Ω,励磁回路电感L,=1.82H。电枢回路采用三相桥式可逆晶闸管变流装置，采用数字控制装置构成电枢电流内环、速度外环的双困环调节控制系统；励磁回路采用三相桥式品刚管变流装置供电，构成励磁电流根据以上电动机技术数据，确定：●电枢电流反馈放大系数●电动机的加速时间常数(或电动机积分时问常数)9.5.2电枢电流环由于数宁控制系统对电动势扰动、对电流断续进行了较好补偿，在进行电流环分析时时完全忽略电动势扰动及电流断续的影响。三相桥式晶闸管变流装置惯性时间常数取1.67ms,电流反馈滤波时间常数取为1ms,按照比例积分(PI)比例积分(PI)调节器，并按典型Ⅱ型系统进行设计。按照9.2.2.1节关于多个小时间常数的简化方法，得 第9章电气传动控制系统的综合595 根据9.3.3节，励磁电流调节环传递函数为按照对称最佳方法将电枢电流环设