【文章內(nèi)容簡介】 控制和閉環(huán)控制。系統(tǒng)輸出信號只取決于輸入信號的控制方式成為開環(huán)控制。缺點：抗干擾性能差。系統(tǒng)輸出信號不僅受到輸入信號的控制，而且還受到與輸出信號成比例的反饋信號的控制方式成為閉環(huán)控制。閉環(huán)控制抗干擾性能強。所以系統(tǒng)一般采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，下面介紹系統(tǒng)為何不采用單閉環(huán)系統(tǒng)而采用雙閉環(huán)系統(tǒng)。 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問題[7]采用PI調(diào)節(jié)的單個轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（以下簡稱單閉環(huán)系統(tǒng)）可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動，突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程。實際上，由于主電感的作用，電流不可能突跳。為了實現(xiàn)在允許條件下的最快起動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，那么采用電流負反饋應該能夠得到近似的恒流過程。問題是，應該在起動過程中只有電流負反饋，沒有轉(zhuǎn)速負反饋，達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負反饋，不再讓電流負反饋發(fā)揮作用。怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用呢？只有一個調(diào)節(jié)器顯然是不可能的，可以考慮采用轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器。根據(jù)單閉環(huán)調(diào)速提出的問題，我們就采用轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器。緊接著描述雙閉環(huán)調(diào)速的原理和穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)及其靜特性。 雙閉環(huán)調(diào)速的原理和穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)及其靜特性 雙閉環(huán)調(diào)速的原理 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雖然單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能解決系統(tǒng)中動、靜態(tài)矛盾,然而系統(tǒng)中只靠電流截止環(huán)節(jié)來限制啟動電流,其性能還不很令人滿意,主要是不能在充分利用電機過載能力的條件下獲得最快的動態(tài)響應,進一步解決限流問題單憑一個速度反饋是不夠的,同時也必須增加一個電流反饋,[8]。 從動態(tài)響應過程來看,整個升速過程中ST一直是飽和的,這個過程中,轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán),系統(tǒng)在只有電流環(huán)的恒值調(diào)節(jié)作用下,保證電動機在恒定的最大電流下啟動,直到轉(zhuǎn)速超調(diào)后,轉(zhuǎn)速環(huán)才真正發(fā)揮作用,使轉(zhuǎn)速漸趨穩(wěn)定。這就是雙環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的簡單原理。由于雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)用到觸發(fā)電路，一般用晶閘管觸發(fā)和整流裝置。 晶閘管觸發(fā)和整流裝置晶閘管整流裝置總離不開觸發(fā)電路，在分析系統(tǒng)時往往把觸發(fā)電路GT和可控整流橋V合并當作一個環(huán)節(jié)來看待，這一環(huán)節(jié)的輸入量是觸發(fā)電路的控制電壓Uct,，則這個環(huán)節(jié)就是一個純滯后的放大環(huán)節(jié)，其滯后作用是晶閘管整流裝置的失控時間引起的。對于一個電源周波內(nèi)有m個脈波的整流電路來說，兩個觸發(fā)脈沖的間隔時間是1/mf秒，f是電源頻率。相對于整個系統(tǒng)的響應時間來說，Ts是不大的，在一般情況下，可取其統(tǒng)計平均值并認為是常數(shù)，即是1/mf的一半，為Ts=1/2mf（s） 晶閘管觸發(fā)整流裝置輸出電壓對控制電壓相應的時間（f=50HZ） 電路形式單相半波單相橋式三相半波三相橋式一周內(nèi)脈沖數(shù)m 1 2 3 6延時時間Ts/ms 10 5 根據(jù)拉普拉斯變換的滯后定理，晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)為W（s）==Ud0（s）/Uct（s）=KseTss由于含有指數(shù)函數(shù)，分析設計都比較麻煩，為了簡化，將上式展成泰勒常數(shù)，得W（s）= Ks/ eTss = Ks/（1+ Tss +1/2！T2ss2+1/3！T3ss3 +…）從工程觀點看，當控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性的截止頻率Wc≤1/3Ts時，可忽略上式分母中的高次項，使式近似為一個一階慣性環(huán)節(jié)，即晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)近似為W（s）=Ud0（s）/Uct（s）=Ks/（1+ Tss）其動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖22所示Ks /（1+ Ts s）Ud0（s）Uct（s）KseTss sUct（s）Ud0（s） （a）準確的 (b) 近似的 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)根據(jù)雙閉環(huán)調(diào)速的原理，本文以下分析穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)和靜特性。 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)和靜特性[9] 為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須先繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。一般來說，PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征為兩種狀況：飽和——輸出達到限幅值；不飽和——輸出未達到限幅值。在正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不飽和的。因此，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和與不飽和之分。1)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和由于兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都為零。于是有Un*=Un=αnUi*= Ui=βId計算速度反饋系數(shù)為 α=Unm* /nmax*電流反饋系數(shù)為 β= Uim* /Idm其中，Unm*為轉(zhuǎn)速給定信號的最大值，Uim*為電流給定信號的最大值。 2) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和 當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和時，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個電流無靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時 Id= Uim*/β=Idm式中，最大電流Idm是由設計者選定的。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當負載電流達到Idm后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，實現(xiàn)過電流自動保護。 根據(jù)以上所述，本文以下分析對象的數(shù)學模型。3. 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型和動態(tài)性能分析 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型 所示。 　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖被控對象KZS —1 型可控硅實驗裝置的基本數(shù)據(jù)如下:直流電動機: Unom=220V ,Inom= ,nnom=1500r/ min ,Ce=,允許過載倍數(shù)λ= ,晶閘管裝置放大系統(tǒng)KS=60 ,三相橋式電路的平均失控時間TS= ,電樞回路總電阻R=,電磁時間常數(shù)Tl= ,機電時間常數(shù)Tm= ,轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Ton= ,電流濾波時間常數(shù)Toi= ，電流反饋系數(shù)β=(8V/)，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=