【文章內容簡介】 ：a 轉速調節(jié)器是調速系統(tǒng)的主導調節(jié)器，它使轉速n很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉速誤差，如果采用PI調節(jié)器，則可實現無靜差。b 對負載變化起抗擾作用。c 其輸出限幅值決定電動機允許的最大電流。② 電流調節(jié)器的作用：a 作為內環(huán)的調節(jié)器，在轉速外環(huán)的調節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調節(jié)器的輸出量）變化。b 對電網電壓的波動起及時抗擾的作用。c 在轉速動態(tài)過程中，保證獲得電動機允許的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復正常。這對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的[21]。 啟動過程分析設置雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近理想起動過程，因此在分析雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)性能時，有必要首先探討它的起動過程。雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止狀態(tài)起動時。由于在起動過程中轉速調節(jié)器ASR經歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成圖中標明的I、II、III三個階段。 轉速和電流的啟動動態(tài)過程曲線第Ⅰ階段：突加給定電壓后，上升，當小于負載電流時，電機還不能轉動。當≥后，電機開始起動，由于機電慣性作用，轉速不會很快增長，因而轉速調節(jié)器ASR的輸入偏差電壓的數值仍較大，其輸出電壓保持限幅值，強迫電流迅速上升。直到，=，=電流調節(jié)器很快就壓制了的增長，標志著這一階段的結束。第Ⅱ階段： 在這個階段中，ASR始終是飽和的，轉速環(huán)相當于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電壓給定下的電流調節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉速呈線性增長。與此同時，電機的反電動勢E也按線性增長，對電流調節(jié)系統(tǒng)來說，E是一個線性漸增的擾動量，為了克服它的擾動，和也必須基本上按線性增長，才能保持恒定。當ACR采用PI調節(jié)器時，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說，應略低于。第Ⅲ階段：當轉速上升到給定值時，轉速調節(jié)器ASR的輸入偏差減少到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電機仍在加速，使轉速超調。轉速超調后，ASR輸入偏差電壓變負，使它開始退出飽和狀態(tài)，和很快下降。但是，只要仍大于負載電流，轉速就繼續(xù)上升。直到=時，轉矩，則=0，轉速n才到達峰值(t=t3時)。此后，電動機開始在負載的阻力下減速，與此相應，在一小段時間內(t3~t4)，直到穩(wěn)定[22]。 電流調節(jié)器與轉速調節(jié)器的設計 電流調節(jié)器的設計（1）電流環(huán)結構框圖的化簡在按動態(tài)性能設計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，即DE≈0。這時。 電流環(huán)的動態(tài)結構框圖及其化簡（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： （38）式中 —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，同時把給定信號改成 ，則電流環(huán)便等效成單位負反饋系統(tǒng)。 電流環(huán)的動態(tài)結構框圖及其化簡（等效成單位負反饋系統(tǒng)） 最后，由于和 一般都比小得多,可以當作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數為: （39）簡化的近似條件為: （310） 電流環(huán)的動態(tài)結構框圖及其化簡（小慣性環(huán)節(jié)的近似處理）（2）電流調節(jié)器結構的選擇首先考慮應把電流環(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，以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，而對電網電壓波動的及時抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環(huán)應以跟隨性能為主，即應選用典型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)，顯然應采用PI型的電流調節(jié)器。其傳遞函數可以寫成: （311） 式中K——電流調節(jié)器的比例系數； ——電流調節(jié)器的超前時間常數。為了讓調節(jié)器零點與控制對象的大時間常數極點對消，選擇 （312）。 校正成典型Ⅰ型系統(tǒng)的電流環(huán)動態(tài)結構框圖其中 （313）（3）電流調節(jié)器的實現。圖中為電流給定電壓，為電流負反饋電壓，調節(jié)器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓。 含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調節(jié)器根據運算放大器的電路原理，可以容易地導出 （314） （315） （316） 轉速調節(jié)器的設計（1）電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數電流環(huán)經簡化后可視作轉速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，為此，需求出它的閉環(huán)傳遞函數。 （317）忽略高次項，可降階近似為： （318）近似條件式為： （319）式中，—轉速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。 接入轉速環(huán)內，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應為，因此電流環(huán)在轉速環(huán)中應等效為： （320） 這樣，原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象，經閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時間常數的一階慣性環(huán)節(jié)。這就表明，電流的閉環(huán)控制改造了控制對象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)(內環(huán))控制的一個重要功能。（2）轉速調節(jié)器結構的選擇，: 用等效環(huán)代替電流環(huán) 和電流環(huán)中一樣，把轉速給定濾波的反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內，同時將給定信號改成，再把時間常數為和的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數為的慣性環(huán)節(jié)，其中 （321） 等效成單位負反饋和小慣性的近似處理為了實現轉速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應該包含在轉速調節(jié)器ASR中。現在擾動作用點后面已經有一個積分環(huán)節(jié)，因轉速環(huán)開環(huán)傳遞函數應共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應該設計成典型II型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。至于其階躍響應超調量較大，那是線性系統(tǒng)的計算數據，實際系統(tǒng)中轉速調節(jié)器的飽和非線性性質會使超調量大大降低。由此可見，ASR也應該采用PI調節(jié)器，其傳遞函數為： （322）式中 —轉速調節(jié)器的比例系數 —轉速調節(jié)器的超前時間常數 校正后成為典型Ⅱ系統(tǒng)這樣，調速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為： （323）令轉速環(huán)開環(huán)增益為： （324）則 （325）上述結果所需服從的近似條件歸納如下： （326） （327）（3）轉速調節(jié)器的參數計算 在典型Ⅱ系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數中，時間常數是控制對象固定的，待定的參數有和。為 了分析方便，引入一個新的變量，令 （328） 典型Ⅱ系統(tǒng)的開環(huán)對數幅頻特性和中頻寬 由圖可見，是斜率為的中頻段的寬度，稱作中頻寬。由于中頻段的狀態(tài)對控制系統(tǒng)的動態(tài)品質器決定性的作用，因此是一個很重要的參數。在一般情況下，點處在特性段， 因此 （329）在工程設計中，如果兩個參數都任意選擇，工作量顯然很大，為此采用“振蕩指標法”中的閉環(huán)幅頻特性峰值最小準則，可以找到和兩個參數之間的一種最佳配合。這一準則表明，對于一定的值，只有一個確定的可以得到最小的閉環(huán)幅頻特性峰值，這時和，之間的關系是： （330） （331）以上兩式稱作準則的“最佳頻比”，因而有 （332） （333）確定之后即可分別求得和?？傻? （334）由式（412）可知轉速環(huán)開環(huán)增益為： （335）因此 （336） 至于中頻寬h應選擇多少，要看動態(tài)性能的要求決定，無特殊要求時，一般以選擇h=5為好。（4）轉速調節(jié)器的實現，圖中為轉速給定電壓，為轉速負反饋電壓，調節(jié)器的輸出是電流調節(jié)器的給定電壓[23]。 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉速調節(jié)器與電流調節(jié)器相似，轉速調節(jié)器參數與電阻、電容值的關系為： （337） （338） （339） 設計方案雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)，整流