【文章內(nèi)容簡介】 不同的負載電阻 L R ，測速發(fā)電機輸出特性的斜率也 不同，它將隨負載電阻的增大而增大，如圖 34 中實線所示。 12 第四章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的整體設(shè)計 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型 由雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)（見圖 24），即可繪制出雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖 31 所示。圖中 )(sWASR 和 )(sWACR 分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，在電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流 dI 顯露出來。 圖 31 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu) 框圖 系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為： 13 系統(tǒng)的動態(tài)校正 PI調(diào)節(jié)器設(shè)計 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 21所示： 圖 21 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 由于電流檢測信號中常含有交流分量，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。這樣的濾波傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)來表示，其濾波時間常數(shù) oiT 按需要選定，以濾平電流檢測信號為準。然而，在抑制交流分量的同時，濾波環(huán)節(jié)也延遲了反饋信號的作用，為了平衡這個延遲作用，在給定信號通道上加入一個等 時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。由測速發(fā)電機得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，濾波時間常數(shù)用 onT 表示，根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入時間常數(shù)為 onT 的給定濾波環(huán)節(jié)。 系統(tǒng)設(shè)計的一般原則是：先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。在這里，首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)時，可以暫不考慮 反電動勢變化的動態(tài)影響，即 ?E≈ 0。這時，電流環(huán)如圖 22 所示。 14 圖 22 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡（忽略反電動勢的動態(tài)影響） 忽略反電動勢對電流環(huán)作用的近似條件是 13cmlTT? ?ω 式中 ω c電流環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。 如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成U*i(s) /? ，則電流環(huán)便等效成單位負反饋系統(tǒng)。 +A CRU c ( s ) Ks /R( T s s+ 1)( T l s+ 1)I d ( s )U*i ( s )? ?T 0i s+ 1 圖 23 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡（等效成單位負反饋系統(tǒng)） 最后，由于 Ts 和 Toi 一般都比 Tl 小得多，可以當作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為 T∑ i = Ts + Toi 簡化的近似條件為 113ci s oiTT? ? 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡化成圖 24。 U d0 ( s )+U i ( s )A CR1 /RT l s+ 1U * i ( s ) U c ( s ) KsT s s+ 1I d ( s )?T 0i s+ 11T 0i s+ 1 15 RKKK i siI ? ??+A CRU c ( s ) ? Ks /R( T l s+ 1)( T ? is+ 1)I d ( s )U * i ( s )?圖 2 2 3 c圖 圖 24 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡（小慣性環(huán)節(jié)的近似處理） 2． 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 首先考慮應(yīng)把電流環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng)。從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無靜差，再從動態(tài)要求看，實際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調(diào)，以保 證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即應(yīng)選用典型Ⅰ型系統(tǒng)。電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，要校正成典型 I 型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用 PI 型的電流調(diào)節(jié)器。其傳遞函數(shù)可以寫成 ssKSW iiiA C R ?? )1()( ?? (41) 式中 Ki —— 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； i? —— 電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 為了讓調(diào)節(jié)器零點與控制對象的大時間常數(shù)極點對消，選擇 li T?? (42) 則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖便成為圖 43 所示的典型形式。 (33) 圖 43 校正成典型Ⅰ性系統(tǒng)的電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 圖 44 繪出了校正后電流環(huán)的開環(huán)對 數(shù)幅頻特性。上述結(jié)果是在一系列假定條件下得到的。 2 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 16 根據(jù)設(shè)計要求： 穩(wěn)態(tài)無靜差 ,超調(diào)量 5%i?? ，可按典型 I型系統(tǒng)設(shè)計電路調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用 PI型電流調(diào)節(jié)器其傳遞函數(shù)為： ( 1)() iiA CRiKsWs s?? ?? 式中 Ki — 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ?i — 電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 為了讓調(diào)節(jié)器零點與控制對象的大時間常數(shù)極點對消，選擇 τi=Tl 則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為圖 25 所示的典 型形式，其中 isIiKKK R??? K Is ( T ? is+ 1)I d ( s )+U * i ( s )? 10L / d B? ci 2 0 d B / d ec? / s 1 4 0 d B / d ecT ∑ i∑∑∑ a) b) 圖 25 校正成典型 I 型系統(tǒng)的電流環(huán) a) 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 b) 開環(huán)對數(shù)幅頻特性 電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，為此，須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。由圖 25a 可知 21 111 11Iidc l i *Iiii II()()()( ) /()Ks T sIsWsKTUs sss T s KK?????? ? ?? ??? 忽略高次項，上式可降階近似為 17 111cli I()Ws sK? ? 近似條件可由 式 113c m in ( , )cba? ?求出 13 IiKT??? 式中 ? 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。 接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為 U*i(s)，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為 11 1d c li*iI( ) ( )()I s W sUs sK???? ? 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)為 11 1d c li*iI( ) ( )()I s W sUs sK???? ? 用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代電流環(huán)后，整個轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖 27所示。 n ( s )+U n ( s )A S R Ce T m sRU * n ( s ) I d ( s )?T 0n s+ 11T 0n s+ 1U * n ( s )111?sK I?+I dL ( s )圖 2