【正文】 T0is+1 1 T0is+1 ASR 1 T0ns+1 ? T0ns+1 U*n n 電流內(nèi)環(huán) 圖 222 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)象 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖繪于圖 222，它與前述的圖 26不同之處在于增加了濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定信號(hào)的濾波環(huán)節(jié)。其中 ? T0i — 電流反饋濾波時(shí)間常數(shù) ? T0n — 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù) 2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 ? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則： “先內(nèi)環(huán)后外環(huán)” 從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，逐步向外擴(kuò)展。在這里，首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。 設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟： 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 1. 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化 簡(jiǎn)化內(nèi)容： ? 忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響 ? 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng) ? 小慣性環(huán)節(jié)近似處理 ? 忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響 在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，即 ?E≈0。這時(shí)，電流環(huán)如下圖所示。 Ud0(s) + Ui (s) ACR 1/R Tl s+1 U*i(s) Uc (s) Ks Tss+1 Id (s) ? T0is+1 1 T0is+1 圖 223 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn) ? 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng) 如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成U*i(s) /? ，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)（圖 223b）。 + ACR Uc (s) Ks /R (Tss+1)(Tl s+1) Id (s) U*i(s)? ? T0is+1 圖 223b ? 小慣性環(huán)節(jié)近似處理 最后，由于 Ts 和 T0i 一般都比 Tl 小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為 T∑i = Ts + Toi (255) 簡(jiǎn)化的近似條件為 oisci131TT??(256) 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡(jiǎn)化成圖 223c。 + ACR Uc (s) ?Ks /R (Tls+1)(T?is+1) Id (s) U*i(s)? 圖 223c ? 典型系統(tǒng)的選擇： ? 從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無(wú)靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，由圖 223c可以看出，采用 I 型系統(tǒng)就夠了。 ? 從動(dòng)態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值，而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)抗擾作用只是次要的因素，為此， 電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型 I型系統(tǒng) 。 ? 電流調(diào)節(jié)器選擇 圖 223c表明，電流環(huán)的控制對(duì)象是 雙慣性型的，要校正成典型 I 型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用 PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫(xiě)成 ssKsWiiiA C R)1()(?? ?? （ 257） 式中 Ki — 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ?i — 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，選擇 則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為圖 224a所示的典型形式，其中 lT?i?（ 258） RKKKisiI ??? （ 259） K I s(T?is+1) Id (s) + U*i(s)? 校正后電流環(huán)的結(jié)構(gòu)和特性 圖 224 校正成典型 I型系統(tǒng)的電流環(huán) a) 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 : b) 開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性 : 10 L/dB ?ci 20dB/dec ? /s1 40dB/dec T∑i 3. 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 式（ 257）給出，電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)有：Ki 和 ?i， 其中 ?i 已選定，見(jiàn)式（ 258），剩下的只有比例系數(shù) Ki， 可根據(jù)所需要的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)選取。 ? 參數(shù)選擇 在一般情況下，希望電流超調(diào)量 ?i 5%，由表 22，可選 ? =， KI T?i =，則 iciI 21??? TK ?)(22isisi???? TTKRTK RTK ll ??(260) (261) 再利用式（ 259）和式（ 258）得到 ? 注意： 如果實(shí)際系統(tǒng)要求的跟隨性能指標(biāo)不同，式（ 260）和式（ 261）當(dāng)然應(yīng)作相應(yīng)的改變。 此外，如果對(duì)電流環(huán)的抗擾性能也有具體的要求，還得再校驗(yàn)一下抗擾性能指標(biāo)是否滿足。 4. 電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) ? 模擬式電流調(diào)節(jié)器電路 圖中 ? U*i — 為電流給定電壓； ? –?Id — 為電流負(fù)反饋電壓； ? Uc — 電力電子變換器的控制電壓。 圖 225 含給定濾波與反饋濾波的 PI型電流調(diào)節(jié)器 ? 電流調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計(jì)算公式 0ii RRK ?iii CR??oi0oi 41 CRT ?(262) (263) (264) 設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟： 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 1. 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) ? 電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù) 電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此，須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。由圖 224a可知 111)1(1)1(/)()()(I2IiiIiI*idc l i???????????sKsKTsTsKsTsKsUsIsW?(265) ? 傳遞函數(shù)化簡(jiǎn) 忽略高次項(xiàng)，上式可降階近似為 111)(Ic li??sKsW(266) iI 31??TK?近似條件可由式（ 252）求出 (267) 式中 ? — 轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率。 ? 電流環(huán)等效傳遞函數(shù) 接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為U*i(s)， 因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為 111)()()(Ic l i*id???sKsWsUsI ??(268) 這樣，原來(lái)是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時(shí)間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。 ? 物理意義： 這就表明， 電流的閉環(huán)控制改造了控制對(duì)象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內(nèi)環(huán)）控制的一個(gè)重要功能 。 2. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 ? 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu) 用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替圖 222 中的電流環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖226a所示。 n (s) + Un (s) ASR CeTms R U*n(s) Id (s) ? T0ns+1 1 T0ns+1 U*n(s) 111?sKI?+ IdL (s) 圖 226 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化 電流環(huán) ? 系統(tǒng)等效和小慣性的近似處理 和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成 U*n(s)/?，再把時(shí)間常數(shù)為 1 / KI 和 T0n 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中 onIn1 TKT ???（ 269） ? 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 n (s) + ASR CeTms R U*n(s) ? Id (s) ? /? T?ns+1 U*n(s) + IdL (s) b)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理 ? 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選擇 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中（見(jiàn)圖 226b），現(xiàn)在在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成 典型 Ⅱ 型系統(tǒng) ，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足 動(dòng)態(tài)抗擾性能 好 的 要求。 由此可見(jiàn)， ASR也應(yīng)該采用 PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 ssKsWnnnA S R)1()(?? ?? （ 270） 式中 Kn — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ? n — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 ? 調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) 這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 )1()1()1()1()(n2mennnnmennnn ????????? sTsTCsRKsTsTCRssKsW????????令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為 mennN TCRKK????)1()1()(n2nNn ???? sTssKsW ? （ 272） 則 （ 271） ? 校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) n (s) + U*n(s) ? )1()1(2 ??? sTssKnnN ?c) 校正后成為典型 II 型系統(tǒng) 3. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括 Kn 和 ?n。按照典型 Ⅱ型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，由式 (238) nn ?? hT?（ 274） 2n2N 21???ThhKnmen 2)1(???RThTChK??再由式（ 239） （ 275） （ 276） 因此 ? 參數(shù)選擇 至于中頻寬 h 應(yīng)選擇多少，要看動(dòng)態(tài)性能的要求決定。 無(wú)特殊要求時(shí)，一般可選擇 5?h4. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) ? 模擬式轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路 圖 227 含給定濾波與反饋濾波的 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 圖中 ? U*n —為轉(zhuǎn)速給定電壓， ? ? n —為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓， ? U*i —調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。 ? 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算 0nn RRK ? (277) nnn CR??on0on 41 CRT ?(278) (279) ? 轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)的關(guān)系： 外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢，這是按上述工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。這樣做，雖然不利于快速性，但每個(gè)控制環(huán)本身都是穩(wěn)定的，對(duì)系統(tǒng)的組成和調(diào)試工作非常有利 。 返回目錄 * 弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 本節(jié)提要 ? 調(diào)壓與弱磁的配合控制 ? 非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng) ? 弱磁過(guò)程的直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型和弱磁控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) * 調(diào)壓與弱磁的配合控制 ? 概 述 在他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法中，前面討論的調(diào)電壓方法是從基速（即額定轉(zhuǎn)速 nN ）向下調(diào)速。 如果需要從基速向上調(diào)速，則要采用弱磁調(diào)速的方法，通過(guò)降低勵(lì)磁電流，以減弱磁通來(lái)提高轉(zhuǎn)速 。 ? 兩種調(diào)速方式 1. 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 按照電力拖動(dòng)原理，在不同轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，為了充分利用電機(jī)，都應(yīng)使電樞電流達(dá)到其額定值 IN。于是，由于電磁轉(zhuǎn)矩 Te = Km? Id，在調(diào)壓調(diào)速范圍內(nèi)，因?yàn)閯?lì)磁磁通不變，容許的轉(zhuǎn)矩也不變，稱作 “ 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 ” 。 2. 恒功率調(diào)速方式 而在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱，容許的轉(zhuǎn)矩不得不減少，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積則不變，即容許功率不變，是為 “ 恒功率調(diào)速方式 ” 。 由此可見(jiàn)，所謂“恒轉(zhuǎn)矩”和“恒功率”調(diào)速方式，是指在不同運(yùn)行條件下，當(dāng)電樞電流達(dá)到其額定值 IN 時(shí)，所容許的轉(zhuǎn)矩或功率不變，是電機(jī)能長(zhǎng)期承受的限度。實(shí)際的轉(zhuǎn)矩和功率究竟有多少，還要由其具體的負(fù)載來(lái)決定。 恒轉(zhuǎn)矩類型的負(fù)載適合于采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，而恒功率類型