自动控制系统第二章2-1

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1、转速、电流双闭环直流调速系统转速、电流双闭环直流调速系统第第 2 章章内容提要内容提要 转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性能很好的直流调速系统。本章着重阐明其控制规律、性能特点，是直流电力拖动自动控制系统的重要基础。1.介绍转速、电流双闭环调速系统的组成及介绍转速、电流双闭环调速系统的组成及其静特性；其静特性；2.2.稳态结构框图及其静特性；阐述动态数学稳态结构框图及其静特性；阐述动态数学模型，并就起动和抗扰两个方面分析转速调模型，并就起动和抗扰两个方面分析转速调节器节器ASRASR、电流调节器、电流调节器ACRACR的作用。的作用。 转速转速单闭环系统不能随意控制电流单闭环系统不

2、能随意控制电流和转矩的动态过程。和转矩的动态过程。 采用电流截止负反馈环节只能限制采用电流截止负反馈环节只能限制电流的冲击，并不能很好地控制电流的电流的冲击，并不能很好地控制电流的动态波形。动态波形。n把转速、电流分开控制，设置了转速、电流两个调节器，并以外环转速调节器的输出作为内环电流调节器的输入，形成了转速、电流双闭环调速系统。n优点：动态响应快、抗干扰能力强。2.1 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性n问题的提出 第1章中表明，采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较

3、高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。1. 主要原因 是因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。 在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值 Idcr 以后，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。b) 理想的快速起动过程IdLntIdOIdma) 带电流截止负反馈的单闭环调速系统图 直流调速系统起动过程的电流和转速波形2. 理想的起动过程IdLntIdOIdmIdcr最佳的过渡过程：就是在极限转矩下，以最大的加减速度和最短的时间完成的过渡过程。 性能比较n带电流截

4、止负反馈的单闭环直流调速系统起动过程如图 所示，起动电流达到最大值 Idm 后，受电流负反馈的作用降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，加速过程延长。 IdLntIdOIdmIdcr图 a) 带电流截止负反馈的单闭环调速系统性能比较（续）n理想起动过程波形如图，这时，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。IdLntIdOIdm图 b) 理想的快速起动过程为了达到最佳过渡过程：过渡过程中，尽可能使电枢电流为最大值；过渡过程结束时，尽可能快地使电枢电流达到稳态值；为了使电枢电流由动态到稳态和由稳态到动态迅速变化，要使Udo突变到最大值，待电

5、枢电流达到要求值后，再突变到需要值。3. 解决思路 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。 现在的问题是，我们希望能实现控制： 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？n在起动过程的主要阶段，只有电流在起动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈。负反馈，没有转速负反馈。n达到稳态后，只要转速负反馈，不达到稳态后，只要转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用。让电流负反馈发挥主要作用。 2

6、.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成转速、电流双闭环直流调速系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图所示。1. 系统的组成TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG+图 转速、电流双闭环直流调速系统结构 ASR转速调节器 ACR电流调节器 TG测速发电机TA电流互感器 UPE电力电子变换器BI 电流变换器内环外 环BI 图中，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从