转速电流双闭环

ACR的输入偏差，Ui Ui*Ui 0，Ui* Ui Id • 由第一个关系式可得
n
U
* n
n0
(2.1)
• 由于ASR不饱和，其输出 Ui* Ui*m 。从上述第二个关系式
可知：Id Idm ,即得到图2.2双闭环系统静特性的 n0 A 段，
从 I d 0 (理想空载状态)一直延伸到 Id Idm 。I d m 一般都大
• 为了实现转速和电流两种负反馈在不同阶段分别起作用， 在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者 之间实行串级联接；
• 以速度调节器输出作为电流调节器输入，再用电流调节器 的输出作为可控整流装置的控制电压Uct，那么两种调节 作用既是分开调节又能相互配合，从而获得了良好的静、 动态性能；
转速将迅速下降，最后出现堵转现象，即转速要降为零。
在此过程中U n
U
* n
，ASR输出电压U
* i
保持限幅值U
* im
。
• 在最大电流给定下，双闭环系统变成一个电流无静差的单 闭环系统，稳态时
Id
U
* im
I dm
(2.2)
式(2.2)所描述的静特性是图2.2中的A-B段，即下垂段。
• AB段是两个调节器 都不饱和时的静特性 ，Id<Idm, n=n0。
4. 各变量的稳定工作点和系统稳态参数的计算
• 由图2.3可见，双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调 节器都不饱和时，各变量之间有下列关系：
Un* Un n n0
（2.3）
Ui* Ui Id
（2.4）
U cU K d s0C enK sIdRC eU n */K sIdR L （2.5）
• 转速反馈系数
U
* nm
n m ax
（2.6）
• 电流反馈系数
U
* im
I dm
（2.7）
• 两个给定电压的最大值Unm*和Uim*由设计者选定。
2.2 双闭环直流调速系统的动态性能
• 一个调速系统性能优劣，是用静态品质和动态品质两个
方面综合来评价的，但是对一个高质量的调速系统来说， 往往是对动态品质的要求比较苛刻，而且不容易达到较为 理想的指标要求。所以，如何改进和提高调速系统的动态 性能指标，是研究调速系统的主要课题。
• 当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作 用是使输入偏差电压在稳态时为零。
• 对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况 ，电流调节器不进入饱和状态 。
1．当转速调节器不饱和时
• 这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差 均为零，即：
ASR的输入偏差, UnUn*Un0，Un* Un n
于额定电流 I d n o m ，n0 A段为静特性的运行段。
• 在 n0 A段，转速是无静差的。当反馈系数一定时，转
速只与给定 U
* n
有关，而与负载无关。
•
当负载变化时，系统是通过改变ASR的输出 U
* i
，从而调
节 I d 达到与负载平衡，做到转速无静差的。电流环在转
速环之内，ACR调节器跟随 U
动过程分为三个阶段，在图中分别标以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。
起动过程分析：
• 电流 Id 从零增长到 Idm，然后在一 段时间内维持等于 Idm 不变，以后 又下降并经调节后到达稳态 IdL；
• 转速波形先是缓慢升速，然后以 恒加速上升，产生超调后，到达 给定值 n*；
• 调速系统是把速度调节器作为主调节器，电流调节器作为 副调节器。系统通过主调节回路(外环)调节电动机转速， 通过副调节回路(内环)调节电枢电流；
• 从闭环反馈的结构上看，电流环置于内环，速度环置于外 环，这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
2.1.2 双闭环调速系统静特性
• 为了使调速系统获得良好的静、动态性能，转速、电流两 个调节器一般都采用具有限幅的PI调节器。
• BC段是ASR调节器 饱和时的静特性， Id=Idm, n<n0。
图2.2 双闭环调速系统的静特性
• 综上所述，双闭环调速系统的静特性在负载电流小于I d m 时 ，表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用
，电流负反馈使电流 UiId
跟随其给定U
* i
而变化，帮助
转速调节，起从属作用；
•
转速调节器ASR的输出限幅是U
* im
，它决定了电流调节器
给定的最大值，即电动机的最大电流，故其限幅值整定的
大小完全取决于电动机的过载能力和系统对最大加速度的
需要；
• 电流调节器ACR的输出限幅是U c tm ，它决定了电力电子变 换器—可控直流电源输出电压的最大值U d0m ax 。
• 当调节器饱和时，输出达到限幅值，输入量的变化不再影 响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；
* i
的变化，起从属调节作用
2．。当转速调节器饱和时
• 当负载电流 I d L 增大到 I d m (图2.2中的A点)时，ASR输出达
到限幅值U
* im
，转速外环饱和，失去转速无静差调节作用
，呈开环状态。此时电流调节器在最大电流给定U i*m 条件
下，进行恒I d m流 调节。
• 当负载继续增大，将使 IdLIdm,电动机已带不动负载，其
2.2.1 双闭环直流调速系统的跟随响应
•
双闭环直流调速系统起动前处于停车状态，此时，U
* n
0
U n 0 ， U ct 0 ，移相角 90 ，即触发脉冲在初始相
位上，整流电压 U d0 0 ，电动机转速 n0 。
•
双闭环调速系统突加阶跃给定信号 U
* n
后,系统便进入起动
过程，转速和电流的过渡过程波形如图2.4所示。整个起
• 当负载电流达到 I d m 后，转速调节器饱和，电流调节器起 主要调节作用，系统表现为最大电流给定条件下的电流无
静差，得到过电流的自动保护。
• 可见，双闭环调速系统的稳定运行段及下垂段都为理想特 性。这就是采用了两个PI调节器分别形成内外两个闭环的 控制效果。
3．系统稳态结构图
图3.3 双闭环调速系统稳态结构图 α—转速反馈系数 β—电流反馈系数
运动控制系统
第2章 转速、电流双闭环
直流调速系统
内容提要：
▶ 转速、电流双闭环直流调速系统的组成及
静特性
▶ 双闭环直流调速系统的动态性能 ▶ 直流调速系统的工程设计
Biblioteka Baidu.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 及静特性
2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成
图2.1 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图 ASR——转速调节器 ACR——电流调节器 TG——测速发电机