第3章 转速、电流反馈控制的直流调速系统汇总

图3-2 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图
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。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转 速环在外边，称作外环。形成了转速、电流反馈 控制直流调速系统（简称双闭环系统）。
为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个 调节器一般都采用 P I 调节器。
U
* n
n0
(3-1)
由于ASR不饱和，U*i < U*im， 可知: Id < Idm。
从而得到上图静特性的AB段。
（2）转速调节器饱和
ASR输出达到限幅值时，转速外环呈开环状态， 转速的变化对转速环不再产生影响。
双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调
节系统。稳态时
Id
U
* im
I dm
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。
现在的问题是，我们希望能实现控制： 起动过程，只有电流负反馈，没有转速负反馈； 稳态时，只有转速负反馈，没有电流负反馈。
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？
(3-2)
式中，最大电流 Idm 是由设计者选定的，取决于 电机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度。
AB段是两个调 节器都不饱和 时的静特性， Id<Idm, n=n0。
BC段是ASR调 节器饱和时的 静特性，Id=Idm, n<n0。
图3-4 双闭环直流调速系统的静特性
在反负 馈载 起电 主流 要小 调于节I作dm用时。表现为转速无静差，转速负 当负载电流达到Idm时，转速调节器为饱和输出
转速 n 是由给定电压U*n决定的； ASR的输出量U*i是由负载电流 IdL 决定的； 控制电压 Uc 的大小则同时取决于 n 和 Id， 或者说，同时取决于U*n 和 IdL。
这些关系反映了PI调节器不同于P调节器 的特点。比例环节的输出量总是正比于其输 入量，而PI调节器则不然，其饱和输出为限 幅值，而非饱和输出的稳态值取决于输入量 的积分，它最终将使控制对象的输出达到其 给定值，使PI调节器的输入误差为零，否则 PI调节器仍在继续积分，并未到达稳态。
3.1.1 转速、电流反馈控制直流调速系统 的组成
应该在起动过程中只有电流负反馈，没有 转速负反馈，在达到稳态转速后，又希望 只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥 作用。
图3-2 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
在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈 和电流负反馈以调节转速和电流，
3.1 转速、电流反馈控制直流调速系 统的组成及其静特性
问题的提出 第2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。
对于经常正、反转运行的调速系统，缩短起、制 动过程的时间是提高生产率的重要因素。
根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系 数：
转速反馈系数 电流反馈系数
U
* nm
nmax
U
* im
I dm
(3-6) (3-7)
两个给定电压的最大值U*nm和U*im由设计者选定。
3.2 转速、电流反馈控制直流调速系统 的数学模型与动态过程分析
3.2.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的动态数学模型
3.1.2 稳态结构图与参数计算
1. 稳态结构图和静特性
图3-3 双闭环直流调速系统的稳态结构图 α——转速反馈系数 β——电流反馈系数
两个调节器的输出都是带限幅作用的。 转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的
最大值 电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变
换器的最大输出电压
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；换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出 间的联系，相当于使该调节环开环。
U电*流im，无电静流差调。节器起主要调节作用，系统表现为 采用两个PI调节器形成了内、外两个闭环的效果。 当Id<AIdSmR，处使于转饱速和上状升态，时n>，nI0d，=IΔdmn，<0若，负AS载R电反流向减积小分，，
使ASR调节器退出饱和。
2．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
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） 转速调节器不饱和
两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输 入偏差电压都是零。
U
* n
Unnn0源自U* iUi
I d
n
U
* n
Un
n
n0
(3-3)
U
* i
Ui
I d
I dL
(3-4)
Uc
Ud0 Ks
Cen Id R Ks
CeU
* n
/
I dL R
Ks
(3-5)
U
* n
Un
n
n0
U
* i
Ui
I d
I dL
Uc
Ud0 Ks
Cen Id R Ks
CeU
* n
/
I dL R
Ks
上述关系表明，在稳态工作点上，
在起动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电 流（电磁转矩）为允许的最大值，使调速系统以 最大的加（减）速度运行。
当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使 电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态 运行。
图3-1 时间最优的理想过渡过程
起动电流呈矩形波，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（制 动）过程。
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第3章
转速、电流反馈控制 的直流调速系统
内容提要
转速、电流反馈控制直流调速系统的组成 及其静特性
转速、电流反馈控制直流调速系统的动态 数学模型
转速、电流反馈控制直流调速系统调节器 的工程设计方法
MATLAB仿真软件对转速、电流反馈控制 的直流调速系统的仿真