转速、电流双闭环直流调速系统解读

这就是采用了两个PI调节器分别形成内、 外两个闭环的效果。这样的静特性显然比带 电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。
n n0 A n
n0
A
B O Idcr Idbl Id O Inom
B Idm Id
电流截止负反馈调速系统静特性
双闭ห้องสมุดไป่ตู้调速系统静特性

各变量的稳态工作点和稳态参数计算
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

带电流截止负反馈的调速系统
Ui VST + TA
R0
RP1
R1
C1
L
Id Ud
+
U* n R0
R0
- + + Uc
M
n
-
Rbal Un
+
TG
两个反馈作用在同一个点！ 转速和电流控制相互影响！
-

带电流截止负反馈调速系统的启动过程
Id Idm Idcr n
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。
系统结构图
TA
+
Ui U* n R0
Rn Cn R0 LM R0
Ri
Ci
L
LM
V
-
R0
Un
U*i ASR
- +
+
+
- ++
Id
+
Uct GT V
Ud
M n
-
ACR
RP2
TG TG
图2.45 转速、电流双闭环调速系统结构

系统原理图
TA L
+
U*n + -
ASR Un
U*
Ui
i
内 环 ACR 外 环 Uct

3 转速、电流双闭环调速系统的静特性

Ui Id
R
ACR U ct
U*
n
+
ASR U* i
+
Ks
Ud0 + - E
n 1/Ce
- Un

图2.46 双闭环直流调速系统的稳态结构图
—转速反馈系数; —电流反馈系数

静特性分析的关键—调节器输出是否饱和 调节器饱和时，输入输出之间的联系被 暂时隔断，相当于使该调节器所在的回 路成为开环； 双闭环调速系统在正常运行时，电流调 节器ACR一般是不会达到饱和状态的， 对于静特性的研究，只关心转速调节器 ASR饱和与不饱和两种情况。
（参考P57相关内容）
IdL O
t
图2.44 带电流截止负反馈 单闭环调速系统的启动过程

Id
启动过程比较
n Idm Id Idm Idcr IdL
nnom
n
IdL
O
t
O
t
理想起动过程
单闭环调速系统起动过程

原因分析 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
为了实现直流电动机在允许条件下 的最快启动。
最快启动过程应该是什么样的？

Id
调速系统理想的启动过程
n Idm
nnom
IdL
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。 前面研究的 “电流截止负反馈单 闭环调速系统” 能 否实现这样的启动过 程？
O
t
图2.43 调速系统理想起动过程
转速调节器ASR输出的变化而变化。

n n0
静特性的正常运行段——水平特性
n
A
* Un

n0
由于ASR不饱和，
U*i < U*im
所以 Id < Idm。
O
Inom
Idm
Id
n0-A段静特性范围
图2.47 双闭环调速系统的静特性
Id ∈[ 0， Idm ]
(2) 转速调节器饱和

Ui Id
R


n n0
静特性的垂直特性
I dm
* U im
A

由于ASR饱和，
U*i = U*im
B O
所以 Id = Idm。
Id
Inom
Idm
A—B段静特性为
图2.47 双闭环调速系统的静特性
垂直特性 。

双闭环调速系统的特点

双闭环调速系统的静特性在Id < Idm时表现为 转速无静差，这时，ASR起主要调节作用。 当负载电流达到 Idm 后，ASR饱和，ACR起 主要调节作用，系统表现为电流无静差，得 到过电流的自动保护。
运动控制系统
第 2 章
直流调速系统
2.5 转速、电流双闭环直流调速系统
2.5.1 双闭环调速系统的组成及静特性
2.5.2 限幅输出的PI调节器的动态响应 2.5.3 双闭环调速系统的启动过程 2.5.4 双闭环调速系统的动态抗扰性能
2.5.1 双闭环调速系统的组成及静特性 1. 问题的提出
为什么研究双闭环调速系统？
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？
2. 转速、电流双闭环调速系统的组成 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) 转速调节器不饱和

Ui Id
R
ACR U ct
U*
n
+
ASR U* i
+
Ks
Ud0 + - E
n 1/Ce
- Un
Ui* Ui Id

* Un Un n
n
* Un

n0
(1) 转速调节器不饱和

外回路（转速环）是定值系统，转速始
终维持在给定值；

内回路（电流环）是随动系统，电流随
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。

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。 为此，
我们希望能够实现如下的控制过程：
1. 起动过程，只有电流负反馈，没有转 速负反馈； 2. 稳态时，只有转速负反馈，没有电流 负反馈。
V
-
Id
+
+
UPE
Ud
TG TG
M M
n
转速、电流双闭环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 TA—电流互感器 UPE—电力电子变换器

注意 图中两个调节器的输出都是带限幅 作用的：

转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定 了电流给定电压的最大值； 电流调节器ACR的输出限幅电压Uctm限 制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。
ACR U ct
U*
n
+
ASR U* i
+
Ks
Ud0 + - E
n 1/Ce
- Un

U U
* i
* im
I dm
* U im

(2) 转速调节器饱和

外回路（转速环）呈开环状态，转速调节器 ASR输出达到限幅值U*im 不再变化；

内回路（电流环）变为定值系统，电流维持
在 I dm
* U im 。
U U n n n0
* n
Ui* Ui I d I dL
* U d0 Ce n I d R CeU n / I dL R U ct Ks Ks Ks