【文章內(nèi)容簡介】 的電流負(fù)反饋，叫做 電流截止負(fù)反饋 。 2022/5/27 50 圖 240 帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 2．帶電流截止負(fù)反饋比例控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和靜特性 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu) 2022/5/27 51 圖 241 帶電流截止負(fù)反饋比例控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 ? CA段 : （ 232） 電流負(fù)反饋被截止 ? AB段 : （ 294） 電流負(fù)反饋起作用 2022/5/27 52 3．帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng) 圖 242 無靜差直流調(diào)速系統(tǒng) 2022/5/27 53 圖 243 無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖（ IdIdcr） ? 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) (299) 式中 nmax——電動(dòng)機(jī)調(diào)壓時(shí)的最高轉(zhuǎn)速； U*nmax——相應(yīng)的最高給定電壓。 m ax*m axnU n??2022/5/27 54 圖 244 帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 2022/5/27 55 第 3章 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) — 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 2022/5/27 56 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 實(shí)現(xiàn)方法 ? 在系統(tǒng)中 設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器 ，分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流， ? 把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器 UPE。 ? 從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看， 電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán) ； 轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán) 。形成了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)（簡稱雙閉環(huán)系統(tǒng)）。 2022/5/27 57 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與參數(shù)計(jì)算 圖 32 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖 ASR——轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR——電流調(diào)節(jié)器 TG——測速發(fā)電機(jī) 2022/5/27 58 1. 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性 ? 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR的輸出 限幅電壓 U*im決定了電流給定的最大值 ，電流調(diào)節(jié)器 ACR的輸出 限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓 Udm ? 當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出達(dá)到限幅值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和； ? 當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)， PI調(diào)節(jié)器工作在線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，其作用是使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)為零。 ? 對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況，電流調(diào)節(jié)器不進(jìn)入飽和狀態(tài) 。 2022/5/27 59 圖 33 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 α——轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) β——電流反饋系數(shù) ? 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 2022/5/27 60 ? 限幅作用 存在兩種狀況： ? 飽和 ——輸出達(dá)到限幅值 當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)， 輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出 ，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系， 相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán) 。 ? 不飽和 ——輸出未達(dá)到限幅值 當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)， PI 作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是零。 2022/5/27 61 ? 系統(tǒng)靜特性 di*i0n*nIUUnnUU????????0*n nUn ???（ 1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和 圖 25 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 n0 Id Idm IdN O n A B C （ 2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和 dm*imd IUI ???則得靜特性的 CA段 則得靜特性的 AB段 2022/5/27 62 2. 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系 0n*n nnUU ?? ???dLdi*i IIUU ?? ???sdL*nesdesd0c/KRIUCKRInCKUU ????? ?(33) (35) (34) 2022/5/27 63 上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上， ? 轉(zhuǎn)速 n 是由給定電壓 U*n決定的； ? ASR的輸出量 :U*i是由 負(fù)載電流 IdL 決定的； ? ACR的輸出量 :控制電壓 Uc 的大小則同時(shí) 取決于 n 和 Id，或者說，同時(shí)取決于 U*n 和 IdL。 2022/5/27 64 ? PI調(diào)節(jié)器不同于 P調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)。 ? P調(diào)節(jié)器的 輸出量 總是 正比于其輸入量 ， ? PI調(diào)節(jié)器 輸出量 的穩(wěn)態(tài)值 與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。 后面需要 PI調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止。 2022/5/27 65 ? 反饋系數(shù)計(jì)算 鑒于這一特點(diǎn)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù)： 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù) m a x*nmnU??dm*imIU??(36) (37) 2022/5/27 66 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與動(dòng)態(tài)過程分析 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 圖 35 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 1. 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu) 2022/5/27 67 數(shù)學(xué)模型 圖中 WASR(s)和 WACR(s)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)。如果采用 PI調(diào)節(jié)器，則有 ssKsWnnnA S R1)(?? ??ssKsWiiiA C R1)(?? ??2022/5/27 68 、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程分析 ? 對調(diào)速系統(tǒng)而言，被控制的對象是轉(zhuǎn)速。 ? 跟隨性能可以用 階躍給定下的動(dòng)態(tài)響應(yīng) 描述。 ? 能否實(shí)現(xiàn)所期望的恒加速過程，最終以時(shí)間最優(yōu)的形式達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，是設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要的追求目標(biāo)。 2022/5/27 69 圖 36 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的轉(zhuǎn)速和電流波形 n O O t t Idm IdL Id n* I II III t4 t3 t2 t1 1. 起動(dòng)過程分析 2022/5/27 70 2）分析結(jié)果 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程有三個(gè)特點(diǎn)： （ 1） 飽和非線性控制； （ 2） 轉(zhuǎn)速超調(diào)； （ 3） 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制 。 1） 起動(dòng)過程 由于在起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR經(jīng)歷了 不飽和、飽和、退飽和 三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過程就分成圖中標(biāo)明的 I（ 電流上升 ）、 II （ 恒流升速 ） 、 III （ 轉(zhuǎn)速調(diào)整 ）三個(gè)階段。 2022/5/27 71 2．動(dòng)態(tài)抗擾性能分析 ? 雙閉環(huán)系統(tǒng)與單閉環(huán)系統(tǒng)的差別在于多了一個(gè)電流反饋環(huán)和電流調(diào)節(jié)器。 ? 調(diào)速系統(tǒng)，最主要的抗擾性能是指抗 負(fù)載擾動(dòng) 和抗 電網(wǎng)電壓擾動(dòng) 性能， ? 閉環(huán)系統(tǒng)的 抗擾能力與其作用點(diǎn)的位置有關(guān) 。 2022/5/27 72 （ 1）抗負(fù)載擾動(dòng) ? 負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。 ? 在設(shè)計(jì) ASR時(shí)，要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。 圖 37 直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾作用 負(fù)載擾動(dòng) 2022/5/27 73 （ 2）抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng) ? 電壓波動(dòng)可以通過電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，使抗擾性能得到改善。 ? 在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。 圖 37 直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾作用 電網(wǎng)電壓擾動(dòng) 2022/5/27 74 ? 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 ? 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的 主導(dǎo)調(diào)節(jié)器 ，它使轉(zhuǎn)速很快地跟隨給定電壓變化 , 如果采用 PI調(diào)節(jié)器，則可 實(shí)現(xiàn)無靜差 。 ? 對負(fù)載變化起 抗擾 作用。 ? 其輸出限幅值 決定電動(dòng)機(jī)允許的最大電流 。 2022/5/27 75 ? 電流調(diào)節(jié)器的作用 ? 在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，使電流 緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。 ? 對電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí) 抗擾 的作用。 ? 在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中， 保證獲得電機(jī)允許的最大電流 。 ? 當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)， 限制電樞電流的最大值 ，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。 2022/5/27 76 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) ? 在控制系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)節(jié)器是為了改善系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能。 ? 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括： ? 對給定輸入信號的跟隨性能指標(biāo) ? 對擾動(dòng)輸入信號的抗擾性能指標(biāo) 2022/5/27 77 跟隨性能指標(biāo) ? 在給定信號或參考輸入信號的作用下，系統(tǒng)輸出量的變化情況可用跟隨性能指標(biāo)來描述。 ? 通常以輸出量的初始值為零，給定信號階躍變化下的過渡過程作為典型的 跟隨過程 ， ? 此跟隨過程的輸出量動(dòng)態(tài)響應(yīng)稱作 階躍響應(yīng) 。 ? 常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有 上升時(shí)間 、超調(diào)量 和 調(diào)節(jié)時(shí)間 。 2022/5/27 78