【文章內容簡介】 恒流過程。問題是希望在啟動過程中只有電流負反饋，而不能讓它和轉速負反饋同時加到一個調節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉速后，又希望只要轉速負反饋，不再靠電流負反饋發(fā)揮主作用，因此我們采用雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。這樣就能做到既存在轉速和電流兩種負反饋作用又能使它們作用在不同的階段。1．2 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成為了實現(xiàn)轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設置了兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，二者之間實行串級連接，如圖2所示，即把轉速調節(jié)器的輸出當作電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結構上看，電流調節(jié)環(huán)在里面，叫做內環(huán)；轉速環(huán)在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。該雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的兩個調節(jié)器ASR和ACR一般都采用PI調節(jié)器。因為PI調節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時得到無靜差調速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時又能兼顧快速響應和消除靜差兩方面的要求。一般的調速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準為主，采用PI調節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。圖 2 轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)圖中U *n、U n—轉速給定電壓和轉速反饋電壓 U*i、 Ui—電流給定電壓和電流反饋電壓 ASR—轉速調節(jié)器 ACR—電流調節(jié)器 TG—測速發(fā)電機 TA—電流互感器 UPE—電力電子變換器1．3 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)太結構圖和靜特性首先要畫出雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖如圖 3 所示，分析雙閉環(huán)調速系統(tǒng)靜特性的關鍵是掌握 PI 調節(jié)器的穩(wěn)太特征。一般存在兩種狀況：飽和——輸出達到限幅值；不飽和——輸出未達到限幅值。當調節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當與使該調節(jié)環(huán)開環(huán)。當調節(jié)器不飽和時，PI 作用使輸入偏差電壓 在穩(wěn)太時總是為零。U?圖 3 Ks ? 1/CeU*n UctIdEnUd0Un+ +ASR+U*i IdR R ? ACRUi UPE實際上，在正常運行時，電流調節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的。因此，對靜特性來說，只有轉速調節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。1．4 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的數(shù)學模型雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)或零極點模型為基礎的系統(tǒng)動態(tài)結構圖。雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖如圖 4 所示。圖中 和 分別)(sWASR)(sACR表示轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，在電動機的動態(tài)結構框圖中必須把電樞電流 顯露出來。圖 4：dIU*n? UctIdLnUd0Un+? UiWASR(s) WACR(s) Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*i Id1/Ce+E1．5 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)兩個調節(jié)器的作用1） 轉速調節(jié)器的作用使轉速 n 跟隨給定電壓 變化，當偏差電壓為零時，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差；*mU對負載變化起抗擾作用；其輸出限幅值決定允許的最大電流。2)電流調節(jié)器的作用在轉速調節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓 變化；*iU對電網電壓波動起及時抗擾作用；起動時保證獲得允許的最大電流，使系統(tǒng)獲得最大加速度起動；當電機過載甚至于堵轉時，限制電樞電流的最大值，從而起大快速的安全保護作用。當故障消失時，系統(tǒng)能夠自動恢復正常。2 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)啟動過程分析 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)起動時的轉速和電流波形突加給定電壓 U*n 時，雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)在帶有負載 IdL 條件下起動過程的電流波形和轉速波形。 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的起動過程 在起動過程中轉速調節(jié)器 ASR 經歷了不飽和（ I ） 、飽和（ II ） 、退飽和（ III ）三個階段。 第 I 階段 電流上升的階段 （0 t1） 突加給定電壓 U*n 后，Id 上升，當 Id 小于負載電流 IdL 時，電機還不能轉動。當 Id ≥ IdL 后，電機開始起動，由于機電慣性作用，轉速不會很快增長，ASR 輸入偏差電壓仍較大， ASR 很快進入飽和狀態(tài)，而 ACR 一般不飽和。直到 Id = Idm ， Ui = U*im 。特點：ASR 由不飽和進入飽和狀態(tài)，轉速增加較慢、電流快速上升到 Idm。第 II 階段 恒流升速階段 （t1 t2） ASR 始終是飽和的，轉速環(huán)相當于開環(huán)，系統(tǒng)為在恒值電流 U*im 給定下的電流調節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 Id 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉速呈線性增長，直到 n =n* 。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， Ud0 和 Uc 也必須基本上按線性增長，才能保持 Id 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， Id 應略低于 Idm。特點：ASR 處于飽和狀態(tài)－－轉速環(huán)開環(huán)；電流無靜差系統(tǒng)；轉速線性上升；Id 略小于 Idm 第 Ⅲ 階段轉速調節(jié)階段（ t2 以后） ASR 和 ACR 都不飽和，ASR 起主導作用，ACR 力圖使 Id 盡快地跟隨 U*i ，或者說，電流內環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。當 n =n*時，ASR 輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值 U*im ，所以電機仍在加速，使 nn*。 ASR 輸入偏差電壓變負，開始退出飽和， U*i 和 Id 很快下降。但是，只要 Id 仍大于負載電流 IdL ，轉速就繼續(xù)上升。直到 Id = IdL 時，轉矩 Te= TL ，則 dn/dt = 0，轉速 n 才到達峰值（t = t3 時） 。此后，電動機在負載的阻力下減速，在一小段時間內（ t3 ~ t4 ） ， Id IdL ，直到穩(wěn)定 Id = IdL ， n =n* 。如果調節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，會有振蕩過程。特點：ASR 不飽和，起主要調節(jié)作用；ACR 起跟隨作用；轉速有超調。起動過程的三個特點：（1）飽和非線性控制；（2）轉速超調；（3）準時間最優(yōu)控制(有限制條件的最短時間控制)2．3 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾性能2．3. 1 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的抗負載擾動擾動作用位置：電流環(huán)之外抗擾作用調節(jié)器：轉速調節(jié)器 ASR，對 ASR 的設計要求：應要求有較好的抗擾性能指標。2．3. 2 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的抗電網電壓擾動