【文章內容簡介】 。 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)分析 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型[9—12]。 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖Kn——轉速調節(jié)器的比例系數(shù)；τn——轉速調節(jié)器的超前時間常數(shù) 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)特性一般來說調速系統(tǒng)的動態(tài)性能主要指系統(tǒng)對給定輸入（階躍給定）的跟隨性能和系統(tǒng)對擾動輸入（階躍擾動）的抗擾性能而言。兩者綜合在一起就能完整的表征一個調速系統(tǒng)的動態(tài)性能或稱動態(tài)品質。（1） 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)突加給定時的啟動過程設置雙閉環(huán)控制的一個重要目的是要獲得接近于理想啟動過程，因此有必要首先討論雙閉環(huán)調速系統(tǒng)突加給定時的啟動過程。當雙閉環(huán)調速系統(tǒng)突加給定電壓Un由靜止狀態(tài)開始啟動時。由于在啟動過程中，轉速調節(jié)器ASR經歷了不飽和、飽和、退飽和三個階段，因此整個啟動過程分為三個階段，在圖中分別標以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。① 第Ⅰ階段（0t1）：強迫電流上升階段突加給定電壓Un后，通過兩個調節(jié)器的控制作用，Uc、Ud、UL都迅速上升，當Id≥IL后,轉速n從零開始增長，但由于電動機機電慣性較大，轉速n及其反饋信號Ufn增長較慢，轉速調節(jié)器ASR因輸入偏差電壓△Un=UnUfn數(shù)值較大而迅速飽和，并輸出最大電流給定值Uim，強迫Id電流迅速上升。當Id=Idm時，Ufi≈Uim,電流調節(jié)器ACR的作用使Id不再增長，第Ⅰ階段結束[1,9]。在這一階段中，ASR由不飽和很快達到飽和，而ACR一般不飽和，以確保電流環(huán)的調節(jié)作用，這些都是在系統(tǒng)設計時必須考慮和給予保證的。② 第Ⅱ階段（t1t2）:恒流升速階段，即電動機保持最大電流作等加速啟動的階段。該階段從電流上升到Idm開始，直至轉速升至給定值n1為止，是啟動過程的主要階段。在這個階段中，ASR一直處于飽和狀態(tài)（因△Un未改變極性）,轉速環(huán)相當于開環(huán)，其作用是輸出最大電流給定值Uim，系統(tǒng)表現(xiàn)為在恒值電流給定Uim作用下的電流調節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定（電流可能超調，也可能不超調，取決與ACR的結構和參數(shù)），因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉速及反電勢線性上升。在電流環(huán)實現(xiàn)恒流調節(jié)的過程中，反電勢E是一個線性漸增的擾動量。為了克服這個擾動量，Uc 和Ud也必須基本上線性增長，才能保持Id恒定。電流環(huán)對擾動E的恒流調節(jié)過程如下n↑→E↑→Id↓→Ufi↓→|△Ui|↑→Uc↑→Ud↑→Id↑轉速n不斷上升，ACR便不斷重復上述恒流調節(jié)過程，以維持電流Id恒定，保證轉速線性上升。由于ACR是PI調節(jié)器，因此要使它的輸出量線性增長，就必須使其輸入量偏差電壓△Ui保持為某一恒值，也就是說，Id應略低于Idm。上述情況表明，恒流調節(jié)過程一直伴隨著對反電勢擾動的調節(jié)過程，反電勢擾動對電流的影響為ACR的積分作用所補償，為了保證電流環(huán)的這種恒流調節(jié)作用，在啟動過程中，ACR不能飽和。這就要求ACR的積分時間常數(shù)和被控對象的時間常數(shù)T1要相互配合。同時，晶閘管整流裝置的最大電壓Udm必須留有余地，即晶閘管裝置也不應飽和。這些都是在系統(tǒng)設計應予以考慮和解決的問題。③ 第Ⅲ階段（t2t4）：轉速超調進入穩(wěn)定的階段，即轉速調節(jié)階段。在該階段開始時，即t2時刻，轉速已達給定值n1，ASR的給定電壓Un與反饋電壓Ufn相等，其輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值Uim上，因此電動機仍在最大電流下繼續(xù)加速，使轉速超調。轉速超調以后，nn1，UfnUn，ASR的輸入偏差△Un由正變負，ASR退出飽和狀態(tài)，其輸出電壓Ui立即從限幅值Uim降下來，Id隨之迅速減小。但是，在IdIL的一段時間內（即t2t3）時間內，dn/dt0,電動機在負載阻力下減速，直至系統(tǒng)達穩(wěn)態(tài)。該階段的特點是ASR、ACR都不飽和，同時起調節(jié)作用。但是ASR處于主導地位，它使轉速迅速趨于給定值，并使系統(tǒng)穩(wěn)定；而ACR的作用是使Id盡快的跟隨ASR的輸出Ui變化，也就是說，電流內環(huán)的調節(jié)過程是由轉速外環(huán)支配的，是一個電流隨動子系統(tǒng)。（2） 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的抗擾性能負載擾動和電網電壓擾動是雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中的兩個主擾動，只要系統(tǒng)能有效的抑制它們所引起的動態(tài)轉速降（升）和恢復時間，就說明系統(tǒng)具有較強的動態(tài)抗擾能力。① 抗負載擾動 ，負載擾動作用在電流環(huán)外，轉速環(huán)內，只能靠轉速調節(jié)器產生抗擾作用。因此，在突加（減）負載時，必然會引起動態(tài)轉速降（升）。為了減小動態(tài)轉速降（升），在設計ASR時，必須要求系統(tǒng)具有較好的抗擾性能。而對ACR的設計來說，則只要電流環(huán)具有良好的跟隨性能就可以了。② 抗電網電壓擾動 從靜特性上看，在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電網電壓擾動被包圍在電流環(huán)內（）它的影響還未波及到轉速就被電流環(huán)所抑制。因此，在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電網電壓波動引起的動態(tài)速降（升）要比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾性能2 直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)方案確定在直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的設計中，電動機、晶閘管觸發(fā)和整流裝置都可按負載的工藝要求來選擇和設計，轉速和電流反饋系統(tǒng)可以通過穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算得到。最后剩下的是轉速和電流調節(jié)器的結構和參數(shù)如何確定。其確定的方法有兩種：一種是動態(tài)校正法，由于該法必須同時解決穩(wěn)、準、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動態(tài)性能要求，比較麻煩；因而本設計采用另一種方法，工程設計法。直流調速系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)的工程設計[13]，包括對某些簡單的典型低階系統(tǒng)進行深入研究，找出適合與給定性能指標的控制規(guī)律；確定系統(tǒng)預期的開環(huán)傳遞函數(shù)和開環(huán)頻率特性的形式；選擇調節(jié)器結構，計算調節(jié)器參數(shù)。這樣將使系統(tǒng)的工程設計過程簡便、明確且具有一定的準確性。工程上通常選用以下兩種預期典型系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)分別為：二階典型系統(tǒng)（典Ⅰ系統(tǒng)）[11] 三階典型系統(tǒng)（典Ⅱ系統(tǒng)） 在具體選擇時，若以電樞電流超調小，跟隨性能好為主，則可選典Ⅰ系統(tǒng)；若以具有較好的抗擾性能為主，則應選典Ⅱ系統(tǒng)。 總體方案直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)屬于多環(huán)控制系統(tǒng)。目前都采用由內向外，一環(huán)包圍一環(huán)的系統(tǒng)結構。每一閉環(huán)都設有本環(huán)的調節(jié)器，構成一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)。在設計時，先從內環(huán)（電流環(huán)）開始，根據(jù)電流控制要求，確定把電流環(huán)校正為哪種典型系統(tǒng)，按照調節(jié)對象選擇調節(jié)器及其參數(shù)。設計完電流環(huán)后，就把電流環(huán)等效成一個小慣性環(huán)節(jié)，作為轉速環(huán)的一個組成部分，然后用同樣的方法進行轉速環(huán)的設計。每個環(huán)的設計都是把該環(huán)校正成典型系統(tǒng)，以便獲得預期的性能指標。通常，隨動系統(tǒng)的動態(tài)指標以跟隨性能為主，而調速系統(tǒng)的動態(tài)指標以抗擾性能為主。 電流環(huán)設計方案 電流調節(jié)器的工作原理電流調節(jié)器也有兩個輸入信號。一個是速度調節(jié)器輸出反映偏差大小的主控信號Un，一個是由交流互感器測出的反映主回路電流反饋信號Uif，當突加速度給定一個很大的輸入值，其輸出整定在最大飽和值上，與此同時電樞電流為最大值，從而電動機在加