电力电子变流器控制系统 课件 1直流电机控制系统

郑常宝电力电子变流器控制系统第*页1 直流调速系统1.1 单闭环直流调速系统1.1.1 直流他励电动机调速方法改变转速的三种方法：⑴改变电枢电压U、⑵改变励磁磁通Ф、⑶改变电枢回路总电阻R直流调速用可控电压源有：晶闸管整流器、直流斩波器。第3页1.1.2晶闸管整流器-直流电动机系统第4页1.1.2晶闸管整流器-直流电动机系统触发-整流环节的数学模型第5页1.1.3直流PWM变流器-电动机系统第6页1.2 转速负反馈调速系统1.2.1 调速要求和稳态调速指标1、调速要求：⑴调速、⑵稳速、⑶加、减速2、稳态调速指标⑴调速范围⑵静差率(3)调速指标、静差率和额定速降的关系第7页1.2.2转速负反馈调速系统1、转速负反馈调速系统组成2、PI调节器第8页1.2.2转速负反馈调速系统3、含有积分作用的调节器稳态无误差静止状态加阶跃给定启动，电机转速为0，Un=0，偏差ΔUn=Un*，PI调节器很快饱和，输出饱和值Uos，Uc=Ucm，Ud为最大电压Udm，Udm=UN，相当于电机全电压启动，电机电枢流过很大的过电流，这是不允许的。系统运行被堵转时，也会出现过电流的情况。图1-10的系统需要加电流保护，一种方法是加电流截止负反馈，另一种是加电流负反馈。第9页1.3 转速、电流双闭环调速系统1.3.1转速、电流双闭环调速系统组成第10页1.3.2转速、电流双闭环调速系统稳态结构图和稳态参数⑴转速调节器不饱和第11页⑵转速调节器饱和第12页1.3.3双闭环调速系统数学模型和动态过程分析1、双闭环调速系统数学模型(1)电机的数学模型第13页1.3.3双闭环调速系统数学模型和动态过程分析⑵双闭环调速系统数学模型第14页1.3.3双闭环调速系统数学模型和动态过程分析双闭环直流调速系统的起动过程三个特点：①饱和非线性控制。②转速超调。③准时间最优控制。2、启动过程分析第15页3、抗扰性能分析1.3.3双闭环调速系统数学模型和动态过程分析电流反馈点在转速反馈点前，电流反馈先于转速反馈感知变化，电流调节器先于转速转速调节器产生调节作用，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。第16页1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计1、控制系统的动态性能指标(1)动态跟随性能指标①上升时间tr：②超调量σ与峰值时间tp③调节时间ts(2)动态抗扰性能指标①动态降落ΔCmax②恢复时间tv第17页(3)频域性能指标1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计①中频段以－20dB/dec的斜率穿越零分贝线，－20dB/dec占有足够的频带宽度，则系统的稳定性好。②截止频率（或称剪切频率）越高，则系统的快速性越好。③低频段的斜率陡、增益高，表示系统的稳态精度好（即静差率小、调速范围宽）。④高频段衰减得越快，即高频特性负分贝值越低，说明系统抗高频噪声干扰的能力越强。一般要求γ=30~60°

GM>6dB第18页2、调节器的工程设计方法1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计(1)工程设计方法的原则和基本思路遵循的原则是：1）概念清楚、易懂；2）计算公式简明、好记；3）不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向；4）考虑饱和非线性控制的情况，经过分段线性化处理，给出简单的计算公式；5）适用于各种可以简化成典型系统的闭环控制系统。分两步：第一步解决主要矛盾（稳、准），选择调节器的结构，以确保系统稳定、同时满足稳态精度。第二步选择调节器的参数，满足其他动态性能指标的要求（快、抗干扰）。(2)典型系统典型I型系统典型II型系统第19页典型I型系统1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计第20页1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计典型II型系统第21页(3)典型I型系统性能指标与开环增益K的关系1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计第22页1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计第23页1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计(4)典型II型系统性能指标与中频宽h的关系Mrmin在1.2~1.5之间时，系统的动态性能较好，有时也允许Mrmin达到1.8~2.0，所以h值可在3~10之间选择。h更大时，降低Mrmin的效果就不显著了。第24页动态跟随性能指标1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计h=5时的调节时间最短。h减小时，上升时间快，h增大时，超调量小典型II型系统的超调量一般都比典型I型系统大得多，快速性好于典型I型系统。第25页3、传递函数的简化1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计(1)高频段小惯性环节的近似处理(2)高阶传递函数降阶第26页(3)低频段大惯性环节近似处理1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计第27页4、用工程设计法设计双闭环调速系统的调节器1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计第28页(1)电流调节器设计1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计1）结构图等效变换第29页1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计2）确定电流环结构和调节器3)电流环等效传递函数第30页4)电流环抗电网电压扰动分析1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计第31页1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计第32页1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计第33页1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计1)转速环动态结构图2)确定转速环结构和调节器第34页3)转速环抗负载扰动性能分析1.3.4

转速、电流双闭环调速系统的设计h<5时，h变小，由于振荡次数增加，恢复时间tv变长。h=