【文章內容簡介】 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(wǎng)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(chǎn)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(wǎng)電壓擾動 從靜特性上看，在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電網(wǎng)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(wǎng)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，從而電動機在加速過程中始終保持在最大轉矩和最大加速度，使起、制動過渡時間最短。如果電網(wǎng)電壓發(fā)生突變(如降低)時，整流器輸出電壓也會隨之變化(降低)，引起主回路電流變化(減小)，由于快速性好，不經(jīng)過電動機機械環(huán)節(jié)的電流反饋環(huán)的作用，立即使調節(jié)器的輸出變化(增大)，則α也變化（變小)，最后使整流器輸出電壓又恢復(增加)致電原來的數(shù)值，這就抑制了上回路電流的變化。也就是說，在電網(wǎng)電壓變化時，在電動機轉速變化之前，電流的變化首先被抑制了。同樣，如果機械負載或電樞電流突然發(fā)生很大的變化，由于采用了頻率響應較好的快速電流負反饋，當整流器直流側發(fā)生類似短路的嚴重故障時，電流負反饋也及時地把電流故障反饋到電流控制回路中去，以便迅速減小輸出電壓，從而保護晶閘管和直流電動機不致因電流過大而損壞。 電流調節(jié)器的作用① 對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用；② 啟動時保證獲得允許的最大電流，實現(xiàn)最佳啟動過程；③ 在轉速調節(jié)過程中，能使電流跟隨其給定電壓Ui變化；④ 依靠ACR的恒流調節(jié)作用可獲得理想的下垂特性；⑤ 當電動機過載甚至堵轉時，可限制最大電樞電流，起到快速的安全保護作用，一旦故障消失，系統(tǒng)能自動恢復正常。 電流環(huán)的控制對象由電樞回路形成的大慣性環(huán)節(jié)和晶閘管變流裝置，電流檢測及其反饋濾波等小慣性群組成，可以根據(jù)具體系統(tǒng)的要求，將電流環(huán)校正成典Ⅰ系統(tǒng)或典Ⅱ系統(tǒng)。若以電樞電流超調小，跟隨性能好為主，則可校正成典Ⅰ系統(tǒng)；若以具有較好的抗繞性能為主，則應校正成典Ⅱ系統(tǒng)。其具體設計步驟為：（1） 對電流環(huán)結構圖進行簡化；（2） 電流調節(jié)器結構選擇及參數(shù)計算；（3） 電流調節(jié)器的實現(xiàn)。 轉速環(huán)設計方案 轉速調節(jié)器的工作原理在主電機上安裝一直流測速發(fā)電機，發(fā)出正比于主電機轉速的電壓，此電壓Unf與給定電壓Un*相比較，其偏差△Un送到速度調節(jié)器ASR中去，如欲調整，可以改變給定電壓，例如提高Un*，則有較大△Un加到ASR輸入端，ASR自動調節(jié)GT，使觸發(fā)脈沖前移(α減小)，整流電壓Ud提高，電動機轉速上升，與此同時，Um也相應增加。當?shù)扔诨蚪咏o定值時，系統(tǒng)達到平衡，電動機在給定數(shù)值下以較高的轉速穩(wěn)定轉動。如果電動機負載或交流電壓發(fā)生變化或其它擾動，則經(jīng)過速度反饋后，系統(tǒng)能起到自動調節(jié)和穩(wěn)定作用，當電機負載增加時轉速下降，平衡狀態(tài)被破壞，調節(jié)器輸出電壓增加，觸發(fā)脈沖前移(α變小)，Ud提高，電動機轉速上升。當其恢復到原來數(shù)值時，Unf又等于給定電壓，系統(tǒng)又達到平衡狀態(tài)。如果擾動不是來自負載而是來自交流電網(wǎng)，比如交流電壓下降，則系統(tǒng)也會按上述過程進行調節(jié)，使電動機轉速維持在給定值上運行。同樣道理，當電動機負載下降，或交流電壓提高時，系統(tǒng)將按與上相反調節(jié)，最后能維持電動機近似轉速不變。 轉速調節(jié)器的作用 ① 實現(xiàn)轉速調節(jié)無靜差，使轉速n跟隨給定電壓Un變化；② 對負載變化起抗擾作用；③ 能對電流環(huán)進行飽和非線性控制，且其輸出限幅值決定允許的最大電流。電流環(huán)是系統(tǒng)的內環(huán)，被包圍在轉速環(huán)內，在設計轉速調節(jié)器時，可把已設計好的電流環(huán)看作是轉速調節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)。根據(jù)系統(tǒng)的要求，將轉速環(huán)校正為合適的典型系統(tǒng)，再由調速系統(tǒng)的動態(tài)性能指標和采用的參數(shù)選擇準則對其主要參數(shù)選擇。并以此為基礎對系統(tǒng)超調量進行計算，看是否符合設計需要。3 直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)設計晶閘管整流裝置供電的直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動機 220V,1500r/min,Ra=；晶閘管整流裝置 Ks=50。時間常數(shù) TL=,Tm=。電樞回路總電阻 R=。轉速給定的最大電壓為 Unm=10V,其對應的轉速為 nmax=1200 r/min。轉速調節(jié)器限幅值 Uim=10V。設計要求：穩(wěn)態(tài)指標 無靜差；動態(tài)指標 電流超調量 δi%≤5%；空載啟動到1200 r/min時的轉速超調量δn%≤6%。有關參數(shù)的計算。a 電動機的電勢常數(shù) ()b 三相橋式晶閘管整流裝置的滯后時間 ()c 電流反饋系數(shù)β 設最大允許電流Idm=，則電流反饋系數(shù)為 ()d 轉速反饋系數(shù)α ()e 電流給定和反饋濾波時間常數(shù)Toi 一般取1—3ms，這里取 Toi=2ms= ()f 轉速給定和反饋濾波時間常數(shù)Ton 一般取5—3ms，這里取 Ton=10ms= () 電流環(huán)的設計電流環(huán)的控制對象由電樞回路形成的大慣性環(huán)節(jié)和晶閘管變流裝置[14—16]，電流檢測及其反饋濾波等小慣性群組成，可以根據(jù)具體系統(tǒng)的要求，將電流環(huán)校正成典Ⅰ系統(tǒng)或典Ⅱ系統(tǒng)。若以電樞電流超調小，跟隨性能好為主，則可校正成典Ⅰ系統(tǒng)；若以具有較好的抗繞性能為主，則應校正成典Ⅱ系統(tǒng) 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖 電流環(huán)結構圖的簡化。為按典型系統(tǒng)設計電流環(huán)，需對其結構圖作以下工程近似和等效處理。 忽略反電勢的影響將電流環(huán)單獨拿出來設計，首先遇到的問題是反電勢產(chǎn)生的交叉反饋作用。在實際系統(tǒng)中，由于電磁時間常數(shù)TL遠小于機電時間常數(shù)Tm，電流調節(jié)過程比轉速的變化過程快得多，因而也比反電勢E的變化快得多。因此，反電勢對電流環(huán)的影響可以看作對恒流調節(jié)系統(tǒng)的一種變化緩慢的擾動，在電流調節(jié)器的快速調節(jié)過程中，可以認為E基本不變，或認為△E=0。這樣，在進行電流環(huán)動態(tài)設計時，可暫不考慮反電勢變化的影響，而將電勢反饋作用忽略不計，以簡化電流環(huán)結構圖，（a）所示?？赏茖浣茥l件為