【正文】 定得不夠好，也會有一段振蕩過程。直到 dI =dLI 時，轉(zhuǎn)矩 Le TT? ，則 dn/dt=0，轉(zhuǎn)速 n才到達峰值（ 3tt? 時）。轉(zhuǎn)速超調(diào)后， ASR 輸入偏差電壓變負，開始退出飽和狀態(tài)， *iU 和 dI 很快下降。 第Ⅲ階段（ 2t 以后）是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段 。與此同時，電機的反電動勢 E也按線性增長，對電流調(diào)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， 0dU 和 cU 也必須基本上按線性增長，才能保持 dI 恒定。在這一階段中， ASR很快進入并保持飽和狀態(tài)，而 ACR 不飽和。當(dāng) dLd II ? 后，電機開始起動，由于機電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR的輸入偏差電壓 nnn UUU ??? * 的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值 *imU ，強迫電流 dI XXI 迅速上升。 第 I 階段（ 1~0 t ）是電流上升階段 。 XX 圖 41 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1． 空載起動 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓 *nU 由靜止狀態(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程示于圖 42。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點 , 一是系統(tǒng)的調(diào)速性能好 ； 二是能獲得 較理想的“挖土機特性” ； 三是有較好的動態(tài)特性 , 過渡過程短 , 啟動時間短 ,穩(wěn)定性好 ； 四是抗干擾能力強 ； 五是兩個調(diào)節(jié)器分別設(shè)計和整定 , 調(diào)試方便。但由于在起動過程 1,2 兩個階段中電流不能突變，所以實際起動過程與理想起動過程相比還有一些差距，不過這兩段時間只占全部起動時間中很小的成分。 XIX 三、 準時間最優(yōu)控制。黨轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 采用 PI 調(diào)節(jié)器時，轉(zhuǎn)速 必然有超調(diào)。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(xiàn)為不同結(jié)構(gòu)的線性系統(tǒng)，不能簡單地用線性控制理論來分析整個起動過程，也不能簡單地用線性控制理論來籠統(tǒng)的設(shè)計這樣的控制系統(tǒng)，智能采用分段線性化地方法來分析。因此 , 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的堵轉(zhuǎn)電流 ID 與轉(zhuǎn)折電流 IB 相差很小 , 這樣便獲得了比較理想的“挖土機特性”。此時 , 由于轉(zhuǎn)速的迅速下降 , 使 Δ Usi0, 故 ST 迅速飽和 , 而不再起轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用 , ST 的輸出為飽和限幅值 Usm。電流環(huán)是副環(huán) ,其主要作用是穩(wěn)定電流 , 將影響和干擾轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié) , 但轉(zhuǎn)速環(huán)的調(diào)節(jié)作用可以改變 Us, 使電流環(huán)跟隨 Us 調(diào)節(jié) , 故最終仍能消除轉(zhuǎn)速偏差。 圖 312 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 XVIII 圖 41 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動時的轉(zhuǎn)速和電流波形 . 穩(wěn)態(tài)時 , Δ Usi=0, Δ Uci=0, 電動機的轉(zhuǎn)速為期望速 n=n1=Ug/α n, 其電流也為穩(wěn)定電流 Id=Id1=Us1/β Id。 (1) 電流上升階段。 ASR 退飽和重新計算超調(diào)量 過載倍數(shù) λ =， 理想空載轉(zhuǎn)速時， z=0 查表 得， h=5 時，△ Cmax/Cb=%，則 ? ? 00ma xma x ???????????? ??????????? ?? ?? m nNbbbn TTn nzCCn nCC ??0010?n? 能滿足設(shè)計要求。 查表 ， 當(dāng) 5h? 時， %n? ? ，不能滿足設(shè)計要求。 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器如圖 312 所示： 其中 *nU 為轉(zhuǎn)速給定電壓， n?? 為轉(zhuǎn)速負反饋電壓， *iU ：調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。 這樣， 調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 n n n nn2n e m n n e m n( 1 ) ( 1 )()( 1 ) ( 1 )RK s K R sWss C T s T s C T s T s?? ? ??? ? ?????? ? ??? 令轉(zhuǎn)速環(huán) 開環(huán)增益為 nN n e mKRK CT???? 則 2 11Nnn n()() KsWs s T s?? ?? ? 不考慮負載繞動時，校正后的調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 311 n ( s )+U * n ( s )?)1()1(2 ??? sTssKnnN ? 圖 311轉(zhuǎn)速換的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡 （校正后成為典型Ⅱ型系統(tǒng)） 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取 5h? ，則 ASR 的超前時間常數(shù)為 ?? ?nn hT? 5 = 轉(zhuǎn)速開環(huán) 增益 ?????? ?? 22222 62 1 sThhK nN ASR 的比例系數(shù) ? ? 1 ????? ?????? ? n men RTh TChK ? ? XVII 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 11 ?????? sKwKw NnN ? 1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為 iI wsTK ??? ?? 滿足簡化條件。 n ( s )+U n ( s )A S R Ce T m sRU * n ( s ) I d ( s )?T 0n s+ 11T 0n s+ 1U * n ( s )111?sK I?+I dL ( s )圖 2 2 6 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡化電流環(huán)圖 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡化電流環(huán) 圖 39轉(zhuǎn)速換的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡（用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)） 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)，同時將給定信號改成 U*n(s)/?，再把時間常數(shù)為 1/KI 和 T0n 的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié) 。由圖 37a可知 21 111 11Iidc l i *Iiii II()()()( ) /()Ks T sIsWsKTUs sss T s KK?????? ? ?? ??? 忽 略高次項，上式可降階近似為 111cliI()Ws sK? ? 近似條件可由式 113c m in ( , )cba? ?求出 13 IiKT??? 式中 ? 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。 由圖 38，按所用運算放大器取 0 40Rk??， 各電阻和電容值為 ???? oii RKR KΩ ， 取 22KΩ 圖 38 PI型電流調(diào)節(jié)器 FRC iii ?? ??? ， FFRTC ooioi ? ???? 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標為 0000 ??i? ，滿足設(shè)計要求。 3） 電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條 件 cimoi wsTT ? 131131 ????? 滿足近似條件。 電流環(huán)開環(huán)增益：要求 5%i?? 時，按表 3應(yīng)取ξ =， ? ? ， 因此 sTK iI ??? ? K Is ( T ? is+ 1)I d ( s )+U * i ( s )? XIV ACR 的比例系數(shù)為 ?? ???? ??S iIi K RKK 電流環(huán)截至頻率： ??? sKw Ici 機電時間常數(shù) sTm ? 1） 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 111 1 9 6 . 13 3 0 . 0 0 1 7 cis sTs ??? ? ?? 滿足近似條件。 檢查對電源電壓的抗擾性能： ??? ilTT，參照典型 I 型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系表 2，可知各項指標都是可以接受的。電流 環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用 PI 型電流調(diào)節(jié)器其傳遞函數(shù)為： ( 1)() iiA C RiKsWs s?? ?? 式中 Ki — 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ?i — 電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 簡化的近似條件為 113ci s oiTT? ? 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡化成圖 36。 如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成 U*i(s) /? ，則電流環(huán)便等效成單位負反饋系統(tǒng)。這時，電流環(huán)如圖 34 所示。 在這里，首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。由測速發(fā)電機得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，濾波時間常數(shù)用 onT 表示，根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入時間常數(shù)為 onT 的給定濾波環(huán)節(jié)。這樣的濾波傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)來表示，其濾波時間常數(shù) oiT按需要選定，以濾平電流檢測信號為準。 主電路參數(shù)計算 4 cosdUU ?? VUU Nd 750?? ， 取 0o?? ? ? VVUU d ~ ??????? ? 其中系數(shù) 為電網(wǎng)波動系數(shù)，系數(shù) 為考慮各種因素的安全系數(shù) ，這里取 。圖中還表示出，兩個調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出限幅 (飽和 )電壓是 U*im，它決定了電流調(diào)節(jié)器給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器 ACR 的輸出限幅電壓是 Uctm，它限制了晶閘管整流器輸出電壓的最大值。 為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器一般都采用 PI調(diào)節(jié)器，其原理圖示于圖二。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)環(huán)在外邊，叫做外環(huán)。 IX 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級聯(lián)接，如圖一所示。 對負載引起的轉(zhuǎn)速波動 ,速度調(diào)節(jié)器輸入端產(chǎn)生的偏差信號將隨時通過速度調(diào)節(jié)器 、 電流調(diào)節(jié)器來修正觸發(fā)器的移相電壓 ,使整流橋輸出的直流電壓相應(yīng)變化 ,從而校正和補償電動 機的轉(zhuǎn)速偏差。電動機的最大電流 (堵轉(zhuǎn)電流 )可以通過整定速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅值來改變。 為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用 PI 調(diào)節(jié)器。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊。 如下圖所示，為了使轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào) 節(jié)器，分別 引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行嵌套連接。 其原理圖如圖 22 所示： VII 圖 22 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 由 給定電壓、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、三相集成觸發(fā)器、三相全控橋、直流電動機 及轉(zhuǎn)速、電流檢測裝置組成， 圖中還表示了兩個調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出限幅電壓 Uim*決定后了電流給定電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器 ACR的輸出限幅電壓 Ucm限制電壓 Ucm 限制了電力電子變換器的最大輸出電壓 Udm。 如圖 21 所示： 給 定 電 壓速 度調(diào) 節(jié) 器電 流調(diào) 節(jié) 器三 相 集 成觸 發(fā) 器三 相全 控 橋直 流電 動 機電 流檢 測轉(zhuǎn) 速檢 測U n *U n+Δ UnU i *U i+U cnU d 圖 21 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用 PI 調(diào)節(jié)器。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出限幅電壓 *imU 決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器 ACR的輸出限幅電壓 cmU 限制了電力電子變換器的最大輸出電壓 dmU 。 為實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別作用， 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器 , 即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 (ASR)和電流調(diào)節(jié)器 (ACR), 分別 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流 , 即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。因傳遞函數(shù)中包含指數(shù)函數(shù) ,使系統(tǒng)成為非最小相位系統(tǒng) ,給分析和設(shè)計帶來了麻煩 ,一般情況下 ,把它近似成一階慣性環(huán)節(jié)。從圖 11上可以看出 ,這一環(huán)節(jié)的輸入量是 觸發(fā)電路的控制電壓 Uct,輸出量是電樞電壓 Ud?？紤] n=E /Ce,可得直流電機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 12所示。 IdL=TL/Cm— 負載電流 (A)。 GD2— 電力拖動系統(tǒng)整個運動部分折算到電動機軸上的轉(zhuǎn) 動慣量。 E— 電機的反電動勢 ,且有 E=Cen。假設(shè)電機補償良好 ,忽略電樞反應(yīng)、渦流效應(yīng)和磁滯的影響 ,并設(shè)勵磁電流恒定 ,得直流電機數(shù)學(xué)模型和運動方程分別為 : 11 式中 : Ud— 電樞電壓 。速度外環(huán)的輸出為 U*i,不直接推動后面的放大器 ,而是作為電流環(huán)的給定值 ,二者共同構(gòu)成串級控制系統(tǒng) ,不僅能控制轉(zhuǎn)速 ,而且能控制電流 ,可充分利用電機的過載能力 ,獲得 較快的動態(tài)響應(yīng)。但由于直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在理論和實踐上都比較成熟 ,具有極好的運行和控制性能 ,在工業(yè)生產(chǎn)中仍占有相當(dāng)?shù)谋壤?,其雙閉 環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 11所示。 設(shè)計要求： 穩(wěn)態(tài)指標：無靜差 動態(tài)指標：電流超調(diào)量 005?i? ；空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量0010?n? 。 某晶閘管供電的 轉(zhuǎn)速電流 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)為： 直流電動機： VUN 750? , AIN 780? , min3