浅谈限流保护_电流截止负反馈分析及应用

４．结束语
上面从静特性上分析了电流截止负反馈环节的起动限流作用， 实
际起动时电流的变化过程还取决于系统的动态结构与惯性等参数， 以
及转速给定信号的加人情况， 因此采用电流截止负反馈环节解决限流
起动问题并不是十分精确的， 它只适用于小容量的对于动态特性要求
不太高的系统。对于要求较高的系统而言， 建议采用多环控制的直流
图 ２—１ 电流截止负反馈环节
图 ３—２ 带电流截止负反馈的闭环调速系统稳态结构图 由结构图可导出该系统两段静特性的方程式： 当（ 下转第 ３１ 页）
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○科教前沿○
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２００８ 年 第 ２５ 期
改变了激励信号， 以 ＣＭＡＣ 的 输 入 输 出 差 通 过 遗 传 算 法 来 调 整 权 值 ， 这 样 可 以 消 除 原 有 控 制 方 案 中 的 累 积 误 差 的 影 响 ［６］ ， 进 而 消 除 系统的过学习现象。可以看出 ＣＭＡＣ 控制可以分为两个过程： 控制过 程 和 学 习 过 程 ， 其 工 作 原 理 为 ： （ １） 初 始 状 态 下 ＣＭＡＣ 的 所 有 权 值 设 为 ０； （ ２） 将系统当前误差及其 变 化 率 量 化 后 作 为 地 址 输 入 到 ＣＭＡＣ， 在 ＣＭＡＣ 存储器中映射出与之对应的 Ｃ 个地址， 并将 Ｃ 个地址权重 相加得到 ＣＭＡＣ 的书橱， 也就是被控对象 的 控 制 输 出 ， 即 控 制 量 。 但 是 ＣＭＡＣ 的输出不能直接控制执行机构， 必 须 加 以 量 化 还 原 ， 恢 复 为 原来的数量级才可以直接驱动执行机构； （ ２） 学习过程。在每一个控制 过程结束时， 将下一步的 误 差 期 望 值 ｅ（ｋ－ １）与 当 前 误 差 ｅ（ｋ）相 比 较 来 修正权值。经过学习使误差信号快速到 ０， 以获得满意的输出。
ＫｐＫｓＲｓ， 因而稳态速降极大， 特性急剧下垂。
（２）比较电压与给定电压的作用一致， 好象把理想空载转速提高到
ｎｏ＇＝ ＫｐＫｓ（Ｕｎ＊＋Ｕｃｏｍ） Ｃｅ（１＋Ｋ）
当然， 图中 ３－ ３ 中用虚线画出的 ｎ０’—Ａ 一段实际上是不起作用
的。
这 样 的 两 段 式 静 特 性 常 被 称 作 下 垂 特 性 。当 直 流 电 动 机 出 现 故 障
来不便。
为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大问题， 系统
中必须有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制原理， 要维持哪一
个物理量基本不变， 就应该引入那个物理量的负反馈。那么引入电流
负反馈， 应该能够保持电流基本不变， 使它不超过允许值。但是这种作
用只应在起动和堵转时存在， 在正常运行时又得取消， 让电流自由地
而 过 载 时 ， 电 动 机 停 下 ， 电 流 也 不 过 等 于 堵 转 电 流 Ｉｄｂｌ， 在 式 （ ３－ ２） 中 ，
令 ｎ＝０， 得
Ｉｄｂｌ＝
ＫｐＫｓ（Ｕｎ＊＋Ｕｃｏｍ） Ｒ＋ＫｐＫｓＲｓ
（ ３—３）
一般 ＫＰＫＳＲＳ＞＞Ｒ， 因此
Ｉｄｂｌ≈
Ｕｎ＊＋Ｕｃｏｍ Ｒｓ
Ｉｄｂｌ 应小于电动机的允许最大电流（ １．５～２） Ｉｎｏｍ。另一方面， 从 ｎ０—Ａ 这一运行段上看， 有足够的运行范围， 截止电流 Ｉｄｃｒ 应大于电动机的额 定电流， 例如取 Ｉｄｃｒ≥（ １．１～１．２） Ｉｎｏｍ。这些就是设计电流截止负反馈环节 参数的依据。
５．结论 针对石化工业中对温度控制要求较高的问题， 把 ＣＭＡＣ 神经网络
直接应用到控制过程当中， 由仿真结果可以看出， 新型的控制方法几 乎无滞后， 超调量也比传统的控制方法小得多。具有良好的处理非线 性和跟踪变化信号的能力。同时利用遗传算法训练 ＣＭＡＣ 权值， 在避 免了传统算法存在过学习现象的同时， 还具有学习速度快， 学习率较 高等优点， 不失为一种很好的智能控制方法。科
义：
电动机的额定电流 Ｉｎｏｍ 电流负反馈信号电压 Ｕｉ 堵转电流 Ｉｄｂｌ 临界的截止电流 Ｉｄｃｒ 转速负反馈信号电压 Ｕｎ
整流电压 Ｕｄ 比较电压 Ｕｃｏｍ 给定电压 Ｕｎ 偏差电压 △Ｕｎ 电枢回路的小阻值电阻 ＲＳ
３． 带电流截止负反馈的闭环调速系统稳态结构图和静特 性
图３—１ 电流截止负反馈环节的输入输出特性图
● 【参 考 文 献 】
［ １］ Ａｌｂｕｓ， Ｊ Ｓ． Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｅｒｅｂｅｌｌａｒ Ｍｏｄｅｌ Ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ （ＣＭＡＣ）． Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｆ ＡＳＭＥ， Ｊ．Ｄｙｎａｍ． Ｓｙｓｔ．Ｍｅａｓ．Ｃｏｎｔｒｏｌ，１９７５，９７：２２８－ ２３３ ［ ２］ 杨胜跃， 樊晓平， 黄浩江．一类具有多维存储机构的小 脑 模 型．信 息 与 控 制． ２００１．３０（７）： ６６９－ ６７２． ［ ３］ 蒋志明．基于小脑模型的电液位置伺服系统在线学习控制研究．西安交通大 学学报．２０００．１（３４）： ５８－ ６１． ［ ４］ 刑东峰， 董海鹰．遗传小脑神经网络在液位控制中的作用．计算机测量与控制． ２００６．１４（９）： １１９８－ １１９９． ［ ５］ 一种居于模糊浮点数编码的遗传算法． ［ ６］ Ｓａｈｏｏ Ｎ Ｃ，Ｐａｎｉｇｒａｈｉ Ｂ Ｋ，Ｄａｓｈ Ｐ Ｋ，ｅｔｃ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ＳＴＡＹＴＣＯＭ ｃｏｎｔｒｏｌ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ２００２，６２（１）：８１－ ８９．
止 的 式（３—１）相 当 于 图 中 ｎ０—Ａ 段 ， 它 就 是 闭 环 调 速 系 统 本 身 的 静 特 性， 显然是比较硬的。电流负反馈起作用时， 得 Ａ—Ｂ 段， 从试（ ３－ ２） 可
以看出， 这一段特性和 ｎ０—Ａ 段相比有两个特点：
（１） 电 流 负 反 馈 的 作 用 相 当 于 在 主 电 路 中 串 入 一 个 大 电 阻
ＩｄＲＳ 与 Ｕｃｏｍ 之间串接一个二极管 ＶＤ，当 ＩｄＲＳ＞Ｕｃｏｍ 时， 二极管导通 ， 电流 负反馈 信 号 Ｕｉ 即 可 加 到 放 大 器 上 去 ； 当 ＩｄＲＳ≤Ｕｃｏｍ 时 ， 二 极 管 截 止 ， Ｕｉ 即消失。显然， 在这一线路中， 截止电流 Ｉｄｃｒ＝Ｕｃｏｍ／ＲＳ。
图 ２－ １ｂ 中利用稳压管 ＶＳＴ 的击穿电压 Ｕｂｒ 作为比较电压 ， 线 路 要简单得多， 但不能平滑调节截止电流值。首先给出下列物理量的定
调速系统， 这样就 能 获 得 比 较 理 想 的 动 态 控 制 、极 宽 的 调 速 范 围 和 良
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２００８ 年 第 ２５ 期
浅谈限流保护— ——电流截止负反馈分析及应用
韩恩典 李 培 （ 中国卫星海上测控部 江苏 江阴 ２１４４３１）
【摘 要】本文从直流电机限流保护问题的提出入手， 着重阐述了带电流截止负反馈的闭环调速系统的稳态结构图和静特性， 及其在直流 电动机系统中的应用。
当 Ｉｄ＞Ｉｄｃｒ 时， 电流负反馈起作用，
ｎ＝ ＫｐＫｓＵｎ＊ － ＫｐＫｓ （ＲｓＩｄ－ Ｕｃｏｍ）－ ＲＩｄ
Ｃｅ（１＋Ｋ） Ｃｅ（１＋Ｋ）
Ｃｅ（１＋Ｋ）
＝ ＫｐＫｓ（Ｕｎ＊＋Ｕｃｏｍ） － （Ｒ＋ＫｐＫｓＲｓ）Ｉｄ
Ｃｅ（１＋Ｋ）
Ｃｅ（１＋Ｋ）
（ ３—２）
将（３—１）、（３—２） 式画成静特性如图 ３—３ 所示。电流负反馈被截
时， 由于惯性， 转速不可能立即建立起来， 反馈电压仍为零， 相当于偏
差电压△Ｕｎ＝ Ｕｎ＊（ 给定电压） ，差不多是其稳态工作值的（ １＋Ｋ） 倍。这
时 ， 由 于 放 大 器 和 触 发 器 的 惯 性 都 很 小 ， 整 流 电 压 Ｕｄ 一 下 子 就 达 到
它的最高值。对电动机来说， 相当于全压起动， 当然是不允许的。
【Ａｂｓｔｒ ａｃｔ】Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｆｉｒｓｔｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｎｇ ｏｆ ＤＣ ｍｏｔｏｒ ，ｅｘｐａｔｉａｔｅ ｍｏｓｔｌｙ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｎｇ ． Ａｎａｌｙｚｅ ｉｔｓ ｓｔａｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ＤＣ ｍｏｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ．
【Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄ】ＤＣ ｍｏｔｏｒ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｔｈｅ ｓａｆｅｇｕａｒｄ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｎｇ
１．引言
众所周知， 直流电动机全电压起动时， 如果没有限流措施， 会产生
很大的冲击电流， 这不仅对换向不利， 对过载能力低的晶闸管来说更
是不能允许的。采用转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压
作者简介： 郑兰（ １９７９—） ， 女， ２００５ 年毕业 于 河 南 科 技 大 学 ， 现 在 河 南 油 田 从事仪表及自动化工作。
［ 责任编辑： 韩铭］
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（ 上接第 ２３ 页） Ｉｄ≤Ｉｄｃｒ 时， 电流负反馈被截止，
ｎ＝ ＫｐＫｓＵｎ＊ － ＲＩｄ Ｃｅ（１＋Ｋ） Ｃｅ（１＋Ｋ）
（ ３—１）
３—３ 带电流截止负反馈闭环调速系统的静特性 电流截止负反馈环节的输入输出特性如图 ３—１ 所示， 它表明： 当 输 入 信 号 （ ＩｄＲＳ－ Ｕｃｏｍ） 为 正 值 时 ， 输 出 和 输 入 相 等 ； 当 （ ＩｄＲＳ－ Ｕｃｏｍ） 为 负 值 时， 输出为零。这是一个非线性环节（ 两段线性环节） ， 将它画在方框 中， 再和系统的其它部分联接起来， 即得带电流截截止负反馈的闭环 调 速 系 统 稳 态 结 构 图［２］， 图 ３－ ２ 所 示 ， 图 中 Ｕｉ 表 示 电 流 负 反 馈 信 号 电 压， Ｕｎ 表示转速负反馈信号电压。