【文章內容簡介】 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． 轉速調節(jié)器不飽和 這時，兩個調節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都是零，因此， *Un = Un = n?? = 0n?? （ 11） *Ui = Ui = dI?? （ 12） 由 式（ 11） 可得： n= ?*nU= 0n Ks ? 1/Ce U*n Uct Id E n Ud0 Un + + ASR + U*i IdR R ? ACR Ui UPE 5 從而得到靜特性曲線的 CA 段。與此同時，由于 ASR 不飽和， *Ui *imU 可知dI dmI ，這就是說， CA段特性從理想空載狀態(tài)的 Id=0一直延續(xù)到 dI = dmI 。而 dmI ，一般都是大于額定電流 dnI 的。這就是靜特性的運行段，它是一條水平的特性。 2．轉速調節(jié)器飽和 這時， ASR 輸出達到限幅值 *imU ，轉速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉速的變化對系統(tǒng)不再產生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成了一個電流無靜差的單電流閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時： dI = ?*imU= dmI （ 13） 其中，最大電流 dmI 取決于電動機的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加速度，由上式可得靜特性的 AB 段，它是一條垂直的特性。這樣是下垂特性只適合于 0nn? 的情況，因為如果 0nn? ， 則 *nn UU? ， ASR 將退出飽和狀態(tài) 。 。 圖 4 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的靜特性曲線 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的數學 模型 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)數學模型 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數學模型的主要形式仍然是以傳遞函數或零極點模型為基礎 6 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 5 所示。圖中)(sWASR 和 )(sWACR 分別表示轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器的傳遞函數。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 dI 顯露出來。 圖 5：雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的 動態(tài)結構框圖 起動過程分析 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)突加給定電壓 gnU 由靜止狀態(tài)起動時，轉速調節(jié)器輸出電壓 giU 、電流調節(jié)器輸出電壓 kU 、可控整流器輸出電壓 dU 、電動機電樞電流 aI 和轉速 n 的動態(tài)響應波形過程如圖 2— 8 所示。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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個階段。 U*n ? Uct IdL n Ud0 Un + ? Ui WASR(s) WACR(s) Ks Tss+1 1/R Tl s+1 R Tms U*i Id 1/C+ E 7 圖 6 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)起動過程的轉速和電流波形 第一階段是電流上升階段。當突加給定電壓 時，由于電動機的機電慣性較大，電動機還來不及轉動（ n=0），轉速負反饋電壓 ，這時，很大，使 ASR 的輸出突增為 ， ACR 的輸出為 ，可控整流器的輸出為 ，使電樞電流 迅速增加。當增加到 （負載電流）時，電動機開始轉動，以后轉速調節(jié)器 ASR 的輸出很快達到限幅值 ，從而使電樞電流達到所對應的最大值 （在這過程中 的下降是由于電流負反饋所引起的），到這時電流負反饋電壓與 ACR 的給定電壓基本上是相等的，即 gnU0?fnU fngnn UUU ???gioU koU doUaI La II ?gimUamI dk UU, 8 （ 13） 式中， —— 電流反饋系數。 速度調節(jié)器 ASR 的輸出限幅值正是按這個要求來整定的。 第二階段是恒流升速階段。從電流升到最大值 amI 開始，到轉速升到給定值為止，這是啟動過程的主要階段，在這個階段中， ASR 一直是飽和的，轉速負反饋不起調節(jié)作用，轉速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現為恒流調節(jié)。由于電流 aI 保持恒定值 amI ，即系統(tǒng)的加速度 dtdn/ 為恒值，所以轉速 n 按線性規(guī)律上升，由nCRIU eamd ?? ? 知， dU 也線性增加，這就要求 kU 也要線性增加，故在啟動過程中電流調節(jié)器是不應該飽和的，晶閘管可控整流環(huán)節(jié)也不應該飽和。 第三階段是轉速調節(jié)階段。轉速調節(jié)器在這個階段中起作用。開始時轉速已經上升到給定值， ASR 的給定電壓 gnU 與轉速負反饋電壓 fnU 相平衡，輸入偏差nU? 等于零。但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值 gimU ，所以電動機仍在以最大電流 amI 下加速，使轉速超調。超調后， 0,0 ??? nfn UU ，使 ASR 退出飽和，其輸出電壓（也就是 ACR 的給定電壓） giU 才從限幅值降下來， dk UU與 也隨之降了下來，但是，由于 aI 仍大于負載電流 LI ，在開始一段時間內轉速仍繼續(xù)上升。到 La II ? 時，電動機才開始在負載的阻力下減速，知道穩(wěn)定（如果系統(tǒng)的動態(tài)品質不夠好，可能振蕩幾次以后才穩(wěn)定）。在這個階段中 ASR與 ACR同時發(fā)揮作用，由于轉速調節(jié)器在外環(huán)， ASR 處于主導地位，而 ACR 的作用則力圖使 aI 盡快地跟隨 ASR 輸出 giU 的變化。 穩(wěn)態(tài)時，轉速等于給定值 gn ，電樞電流 aI 等于負載電流 LI ， ASR 和 ACR 的輸入偏差電壓都為零，但由于積分作用，它們都有恒定的輸出電壓。 ASR 的輸出amfig im IUU ???? 9 電壓為 Lfigi IUU ??? （ 14） ACR 的輸出電壓為 s Lgek KRInCU ??? （ 15） 由上述可知，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，在啟動過程的大部分時間內， ASR 處于飽和限幅狀態(tài)，轉速環(huán)相當于開路，系統(tǒng)表現為恒電流調節(jié)，從而可基本上實現理想過程。雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的轉速響應一定有超調，只有在超調后，轉速調節(jié)器才能退出飽和，使在穩(wěn)定運行時 ASR 發(fā)揮調節(jié)作用，從而使在穩(wěn)態(tài)和接近穩(wěn)態(tài)運行中表現為無靜差調速。故雙閉環(huán)調速系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動態(tài)品質。 綜上所述，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點： （ 1）飽和非線形控制： 隨著 ASR 的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)，在不同情況下表現為不同結構的線形系統(tǒng)，只能采用分段線形化的方法來分析，不能簡單的用線形控制理論來籠統(tǒng)的設計這樣的控制系統(tǒng)。 （ 2）轉速超調： 當轉速調節(jié)器 ASR 采用 PI 調節(jié)器時，轉速必然有超調。轉速略有超調一般是容許的，對于完全不允許超調的情況，應采用其他控制方法來抑制超調。 （ 3）準時間最優(yōu)控制： 在設備允許條件下實現最短時間的控制稱作“時間最優(yōu)控制” ， 對于電力拖動系統(tǒng)，在電動機允許過載能力限制下的恒流起動，就是時間最優(yōu)控制。但由于在 起動過程Ⅰ、Ⅱ兩個階段中電流不能突變，實際