【正文】 根據(jù)對電流環(huán)的具體要求不同可以按典Ⅰ系統(tǒng)也可按典Ⅱ系統(tǒng)來設(shè)計電流?？赏茖?dǎo)其近似條件為 () 變換成單位反饋系統(tǒng)利用結(jié)構(gòu)圖的等效變換法，將給定濾波器和反饋濾波器兩個環(huán)節(jié)等效地置于環(huán)內(nèi)，使電流環(huán)變?yōu)閱挝环答佅到y(tǒng)，（b）所示。因此，反電勢對電流環(huán)的影響可以看作對恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一種變化緩慢的擾動，在電流調(diào)節(jié)器的快速調(diào)節(jié)過程中，可以認(rèn)為E基本不變，或認(rèn)為△E=0。 忽略反電勢的影響將電流環(huán)單獨拿出來設(shè)計，首先遇到的問題是反電勢產(chǎn)生的交叉反饋作用。若以電樞電流超調(diào)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(yīng)校正成典Ⅱ系統(tǒng) 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化。有關(guān)參數(shù)的計算。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器限幅值 Uim=10V。電樞回路總電阻 R=。3 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計晶閘管整流裝置供電的直流雙閉環(huán)調(diào)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(jī) 220V,1500r/min,Ra=；晶閘管整流裝置 Ks=50。根據(jù)系統(tǒng)的要求，將轉(zhuǎn)速環(huán)校正為合適的典型系統(tǒng)，再由調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)和采用的參數(shù)選擇準(zhǔn)則對其主要參數(shù)選擇。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 ① 實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)無靜差，使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓Un變化；② 對負(fù)載變化起抗擾作用；③ 能對電流環(huán)進(jìn)行飽和非線性控制，且其輸出限幅值決定允許的最大電流。如果擾動不是來自負(fù)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(jìn)行調(diào)節(jié)，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速維持在給定值上運(yùn)行。如果電動機(jī)負(fù)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(diào)節(jié)和穩(wěn)定作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載增加時轉(zhuǎn)速下降，平衡狀態(tài)被破壞，調(diào)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(jī)轉(zhuǎn)速上升。 轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計方案 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的工作原理在主電機(jī)上安裝一直流測速發(fā)電機(jī)，發(fā)出正比于主電機(jī)轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)器ASR中去，如欲調(diào)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(diào)節(jié)GT，使觸發(fā)脈沖前移(α減小)，整流電壓Ud提高，電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升，與此同時，Um也相應(yīng)增加。若以電樞電流超調(diào)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(yīng)校正成典Ⅱ系統(tǒng)。 電流調(diào)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(zhuǎn)速調(diào)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(diào)節(jié)作用可獲得理想的下垂特性；⑤ 當(dāng)電動機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時，可限制最大電樞電流，起到快速的安全保護(hù)作用，一旦故障消失，系統(tǒng)能自動恢復(fù)正常。也就是說，在電網(wǎng)電壓變化時，在電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化之前，電流的變化首先被抑制了。一個是速度調(diào)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(dāng)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(jī)在加速過程中始終保持在最大轉(zhuǎn)矩和最大加速度，使起、制動過渡時間最短。通常，隨動系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo)以跟隨性能為主，而調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主。設(shè)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(zhuǎn)速環(huán)的一個組成部分，然后用同樣的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計。每一閉環(huán)都設(shè)有本環(huán)的調(diào)節(jié)器，構(gòu)成一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)。 總體方案直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)屬于多環(huán)控制系統(tǒng)。這樣將使系統(tǒng)的工程設(shè)計過程簡便、明確且具有一定的準(zhǔn)確性。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(zhǔn)、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(shè)計采用另一種方法，工程設(shè)計法。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾性能2 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)方案確定在直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計中，電動機(jī)、晶閘管觸發(fā)和整流裝置都可按負(fù)載的工藝要求來選擇和設(shè)計，轉(zhuǎn)速和電流反饋系統(tǒng)可以通過穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算得到。② 抗電網(wǎng)電壓擾動 從靜特性上看，在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動被包圍在電流環(huán)內(nèi)（）它的影響還未波及到轉(zhuǎn)速就被電流環(huán)所抑制。為了減小動態(tài)轉(zhuǎn)速降（升），在設(shè)計ASR時，必須要求系統(tǒng)具有較好的抗擾性能。① 抗負(fù)載擾動 ，負(fù)載擾動作用在電流環(huán)外，轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器產(chǎn)生抗擾作用。但是ASR處于主導(dǎo)地位，它使轉(zhuǎn)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(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)過程是由轉(zhuǎn)速外環(huán)支配的，是一個電流隨動子系統(tǒng)。但是，在IdIL的一段時間內(nèi)（即t2t3）時間內(nèi)，dn/dt0,電動機(jī)在負(fù)載阻力下減速，直至系統(tǒng)達(dá)穩(wěn)態(tài)。在該階段開始時，即t2時刻，轉(zhuǎn)速已達(dá)給定值n1，ASR的給定電壓Un與反饋電壓Ufn相等，其輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值Uim上，因此電動機(jī)仍在最大電流下繼續(xù)加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。這些都是在系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)予以考慮和解決的問題。這就要求ACR的積分時間常數(shù)和被控對象的時間常數(shù)T1要相互配合。由于ACR是PI調(diào)節(jié)器，因此要使它的輸出量線性增長，就必須使其輸入量偏差電壓△Ui保持為某一恒值，也就是說，Id應(yīng)略低于Idm。為了克服這個擾動量，Uc 和Ud也必須基本上線性增長，才能保持Id恒定。在這個階段中，ASR一直處于飽和狀態(tài)（因△Un未改變極性）,轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，其作用是輸出最大電流給定值Uim，系統(tǒng)表現(xiàn)為在恒值電流給定Uim作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定（電流可能超調(diào)，也可能不超調(diào)，取決與ACR的結(jié)構(gòu)和參數(shù)），因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速及反電勢線性上升。② 第Ⅱ階段（t1t2）:恒流升速階段，即電動機(jī)保持最大電流作等加速啟動的階段。當(dāng)Id=Idm時，Ufi≈Uim,電流調(diào)節(jié)器ACR的作用使Id不再增長，第Ⅰ階段結(jié)束[1,9]。由于在啟動過程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個階段，因此整個啟動過程分為三個階段，在圖中分別標(biāo)以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。（1） 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定時的啟動過程設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個重要目的是要獲得接近于理想啟動過程，因此有必要首先討論雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定時的啟動過程。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖Kn——轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；τn——轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù) 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性一般來說調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能主要指系統(tǒng)對給定輸入（階躍給定）的跟隨性能和系統(tǒng)對擾動輸入（階躍擾動）的抗擾性能而言。這時，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)為 （）電流反饋系數(shù) （）其中兩個給定電壓的最大值Unm和Uim由運(yùn)算放大器允許的最大輸入電壓決定。鑒于此，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算方法完全不同于單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作點及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)的計算由于轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)無靜差，因此，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)穩(wěn)態(tài)，且兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時， 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性圖 （）（） （）上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉(zhuǎn)速n由給定電壓Un決定，ASR的輸出Ui由負(fù)載電流IL決定，而控制電壓Uc的大小同時由n和Id決定，也就是由Un和IL決定。顯然，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性要比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性好。由以上分析可知，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差；當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到Idm后表現(xiàn)為電流無靜差，使系統(tǒng)獲得過電流自動保護(hù)。這樣的下垂特性只適合于n≤n0的情況。穩(wěn)態(tài)時 （）式中，最大電流Idm是由設(shè)計者選定的，取決與電動機(jī)所允許的最大過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加速度。（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和時，ASR輸出達(dá)限幅值Uim，轉(zhuǎn)速環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。因此，由ASR的輸入偏差電壓△Un=0得 （） （）由ACR的輸入偏差電壓△Ui=0得 （）—A段。實際上，系統(tǒng)正常運(yùn)行時，電流調(diào)節(jié)器不會達(dá)到預(yù)先設(shè)計好的飽和狀態(tài)，因此，對于靜特性來說，只需考慮轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和和不飽和兩種情況。一般有兩種狀態(tài)：飽和——輸出達(dá)限幅值；不飽和——輸出未達(dá)限幅值。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖α—為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；β—為電流反饋系數(shù) 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性仍然表示系統(tǒng)轉(zhuǎn)速n與電流Id或轉(zhuǎn)矩Te的穩(wěn)