【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型[9—12]。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖Kn——轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；τn——轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù) 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性一般來說調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能主要指系統(tǒng)對(duì)給定輸入（階躍給定）的跟隨性能和系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)輸入（階躍擾動(dòng)）的抗擾性能而言。兩者綜合在一起就能完整的表征一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能或稱動(dòng)態(tài)品質(zhì)。（1） 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定時(shí)的啟動(dòng)過程設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要目的是要獲得接近于理想啟動(dòng)過程，因此有必要首先討論雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定時(shí)的啟動(dòng)過程。當(dāng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓Un由靜止?fàn)顟B(tài)開始啟動(dòng)時(shí)。由于在啟動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個(gè)階段，因此整個(gè)啟動(dòng)過程分為三個(gè)階段，在圖中分別標(biāo)以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。① 第Ⅰ階段（0t1）：強(qiáng)迫電流上升階段突加給定電壓Un后，通過兩個(gè)調(diào)節(jié)器的控制作用，Uc、Ud、UL都迅速上升，當(dāng)Id≥IL后,轉(zhuǎn)速n從零開始增長(zhǎng)，但由于電動(dòng)機(jī)機(jī)電慣性較大，轉(zhuǎn)速n及其反饋信號(hào)Ufn增長(zhǎng)較慢，轉(zhuǎn)速調(diào)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(qiáng)迫Id電流迅速上升。當(dāng)Id=Idm時(shí)，Ufi≈Uim,電流調(diào)節(jié)器ACR的作用使Id不再增長(zhǎng)，第Ⅰ階段結(jié)束[1,9]。在這一階段中，ASR由不飽和很快達(dá)到飽和，而ACR一般不飽和，以確保電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用，這些都是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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(dòng)機(jī)保持最大電流作等加速啟動(dòng)的階段。該階段從電流上升到Idm開始，直至轉(zhuǎn)速升至給定值n1為止，是啟動(dòng)過程的主要階段。在這個(gè)階段中，ASR一直處于飽和狀態(tài)（因△Un未改變極性）,轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)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(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定（電流可能超調(diào)，也可能不超調(diào)，取決與ACR的結(jié)構(gòu)和參數(shù)），因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速及反電勢(shì)線性上升。在電流環(huán)實(shí)現(xiàn)恒流調(diào)節(jié)的過程中，反電勢(shì)E是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量。為了克服這個(gè)擾動(dòng)量，Uc 和Ud也必須基本上線性增長(zhǎng)，才能保持Id恒定。電流環(huán)對(duì)擾動(dòng)E的恒流調(diào)節(jié)過程如下n↑→E↑→Id↓→Ufi↓→|△Ui|↑→Uc↑→Ud↑→Id↑轉(zhuǎn)速n不斷上升，ACR便不斷重復(fù)上述恒流調(diào)節(jié)過程，以維持電流Id恒定，保證轉(zhuǎn)速線性上升。由于ACR是PI調(diào)節(jié)器，因此要使它的輸出量線性增長(zhǎng)，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(yīng)略低于Idm。上述情況表明，恒流調(diào)節(jié)過程一直伴隨著對(duì)反電勢(shì)擾動(dòng)的調(diào)節(jié)過程，反電勢(shì)擾動(dòng)對(duì)電流的影響為ACR的積分作用所補(bǔ)償，為了保證電流環(huán)的這種恒流調(diào)節(jié)作用，在啟動(dòng)過程中，ACR不能飽和。這就要求ACR的積分時(shí)間常數(shù)和被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)T1要相互配合。同時(shí)，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(yīng)飽和。這些都是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)予以考慮和解決的問題。③ 第Ⅲ階段（t2t4）：轉(zhuǎn)速超調(diào)進(jìn)入穩(wěn)定的階段，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。在該階段開始時(shí)，即t2時(shí)刻，轉(zhuǎn)速已達(dá)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(dòng)機(jī)仍在最大電流下繼續(xù)加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)以后，nn1，UfnUn，ASR的輸入偏差△Un由正變負(fù)，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(shí)間內(nèi)（即t2t3）時(shí)間內(nèi)，dn/dt0,電動(dòng)機(jī)在負(fù)載阻力下減速，直至系統(tǒng)達(dá)穩(wěn)態(tài)。該階段的特點(diǎn)是ASR、ACR都不飽和，同時(shí)起調(diào)節(jié)作用。但是ASR處于主導(dǎo)地位，它使轉(zhuǎn)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(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)過程是由轉(zhuǎn)速外環(huán)支配的，是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。（2） 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能負(fù)載擾動(dòng)和電網(wǎng)電壓擾動(dòng)是雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的兩個(gè)主擾動(dòng)，只要系統(tǒng)能有效的抑制它們所引起的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速降（升）和恢復(fù)時(shí)間，就說明系統(tǒng)具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)抗擾能力。① 抗負(fù)載擾動(dòng) ，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)外，轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器產(chǎn)生抗擾作用。因此，在突加（減）負(fù)載時(shí)，必然會(huì)引起動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速降（升）。為了減小動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速降（升），在設(shè)計(jì)ASR時(shí)，必須要求系統(tǒng)具有較好的抗擾性能。而對(duì)ACR的設(shè)計(jì)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(wǎng)電壓擾動(dòng) 從靜特性上看，在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)被包圍在電流環(huán)內(nèi)（）它的影響還未波及到轉(zhuǎn)速就被電流環(huán)所抑制。因此，在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)速降（升）要比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾性能2 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)方案確定在直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)、晶閘管觸發(fā)和整流裝置都可按負(fù)載的工藝要求來選擇和設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速和電流反饋系統(tǒng)可以通過穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算得到。最后剩下的是轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)如何確定。其確定的方法有兩種：一種是動(dòng)態(tài)校正法，由于該法必須同時(shí)解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動(dòng)態(tài)性能要求，比較麻煩；因而本設(shè)計(jì)采用另一種方法，工程設(shè)計(jì)法。直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的工程設(shè)計(jì)[13]，包括對(duì)某些簡(jiǎn)單的典型低階系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，找出適合與給定性能指標(biāo)的控制規(guī)律；確定系統(tǒng)預(yù)期的開環(huán)傳遞函數(shù)和開環(huán)頻率特性的形式；選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)。這樣將使系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)便、明確且具有一定的準(zhǔn)確性。工程上通常選用以下兩種預(yù)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(shí)，若以電樞電流超調(diào)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(yīng)選典Ⅱ系統(tǒng)。 總體方案直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)屬于多環(huán)控制系統(tǒng)。目前都采用由內(nèi)向外，一環(huán)包圍一環(huán)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。每一閉環(huán)都設(shè)有本環(huán)的調(diào)節(jié)器，構(gòu)成一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)時(shí)，先從內(nèi)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(diào)節(jié)對(duì)象選擇調(diào)節(jié)器及其參數(shù)。設(shè)計(jì)完電流環(huán)后，就把電流環(huán)等效成一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)，作為轉(zhuǎn)速環(huán)的一個(gè)組成部分，然后用同樣的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)。每個(gè)環(huán)的設(shè)計(jì)都是把該環(huán)校正成典型系統(tǒng)，以便獲得預(yù)期的性能指標(biāo)。通常，隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以跟隨性能為主，而調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主。 電流環(huán)設(shè)計(jì)方案 電流調(diào)節(jié)器的工作原理電流調(diào)節(jié)器也有兩個(gè)輸入信號(hào)。一個(gè)是速度調(diào)節(jié)器輸出反映偏差大小的主控信號(hào)Un，一個(gè)是由交流互感器測(cè)出的反映主回路電流反饋信號(hào)Uif，當(dāng)突加速度給定一個(gè)很大的輸入值，其輸出整定在最大飽和值上，與此同時(shí)電樞電流為最大值，從而電動(dòng)機(jī)在加