【正文】 的電感 KPL =L BL DL L =1613540=122mH 上式中的 L 為電樞電路連線電感，由于線路較短其電感可以忽略不計(jì)，故取 L =0. 6 4 雙閉環(huán)系統(tǒng) 雙閉環(huán)的原理 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置一兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，如圖 41所示。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，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)。 為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用 PI 調(diào)節(jié)器，其原理圖如下圖所示。 圖 41 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ASR 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR 電流調(diào)節(jié)器 TG 測(cè)速發(fā)電機(jī) TA 電流互感器 UPE 電力電子變換器 7 圖 42 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 其中 LM 表示限幅作用。 電流調(diào)節(jié)器 ACR 的輸出限幅電壓 Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓 Udm。注意用帶限幅的輸出特性表示 PI 調(diào)節(jié)器。 ? —電流反饋系數(shù) 分析靜特性 。其 關(guān)鍵是掌握這 樣的 PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。 除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說(shuō)，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開(kāi)環(huán)。穩(wěn)態(tài)時(shí) dmimd IUI ?? 最大電流 dmI 是由設(shè)計(jì)者選定的，取決于電機(jī)的容許過(guò)載能力和 拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。這樣的下垂特性只適合于 n n0 的情況，因?yàn)槿绻? n n0 ，則 Un U*n ， ASR將退出飽和狀態(tài)。 實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和，也就是，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中 兩個(gè)調(diào)節(jié) 器 都不飽和時(shí)，各變量之間的關(guān)系 對(duì)于 ASR 有 Ks ? 1/Ce U*n Uc Id E n Ud0 Un + + ASR + U*i R ? ACR Ui UPE 8 nUU ??? fnn (41) 對(duì)于 ASR 有 dLdfii IIUU ?? ??? (42) 式中 ?， ? —— 轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù) . 由此我們找到穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn) ctU =SdoKU =Sde K RInC ? =SdLne K RIUC ??* (43) 由 (21)式可得 (44) 這是 靜特性的水平特性 ， 與此同時(shí)，由于 ASR 不飽和， U*i U*im，從上述第二個(gè)關(guān)系式可知 : Id Idm。這就是靜特性的運(yùn)行 段。這些關(guān)系反映了 PI 調(diào)節(jié)器則不然，其 輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無(wú)關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于 dmI 表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。這就是采用了兩個(gè) PI 調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)外兩個(gè)閉環(huán)的效果。 因此，上面論述的可以知道： 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) max*nUnm?? 電流反饋系數(shù) dmimIU *?? 其中兩個(gè)給定電壓的最大值 *nmU 和 *imU 是受運(yùn)算放大器的允許輸入電壓限制的。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來(lái)控制電流的，但它只是在起過(guò)臨界 電流 dcrI 值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。 圖 44 帶電流截止負(fù)反饋的調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程 當(dāng)電流從最大值降低下來(lái)以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過(guò)程必然拖長(zhǎng)。 基于上述電流截止負(fù)反饋的調(diào)速系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過(guò)程過(guò)所遇到的問(wèn)題，我們來(lái)看看用雙閉環(huán)是否能 解 決。如果采用 PI調(diào)節(jié)器，則有 下面我們來(lái)研究一下雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程： 前已指出，設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要目的就是要獲得接近理想起動(dòng)過(guò)程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，有必要首先探討它的起動(dòng)過(guò)程。 )11()( nnA S R sKsW ???)11()( iiA C R sKsW ??? 10 圖 46 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形 由于在起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程就分成圖中標(biāo)明的 I、 II、 III 三個(gè)階段。 當(dāng) Id ≥ Idl 后，電機(jī)開(kāi)始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR的輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值 Uim，強(qiáng)迫電流 Id 迅速上升直到， Id = Idm， Ui = Uim 電流調(diào)節(jié)器很快就壓制 Id 了的增長(zhǎng)，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。 第 II 階段 恒流升速階段 (t1t2) 在這個(gè)階段中， ASR 始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流 Uim 給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 Id 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)。 當(dāng) ACR 采用 PI 調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說(shuō)， Id 應(yīng)略低于 Idm， 恒流升速階段是起動(dòng)過(guò)程中的主要階段。轉(zhuǎn)速超調(diào)后， ASR 輸入偏差電壓變負(fù)，使它開(kāi)始退出飽和狀態(tài) ， *iU 和 dI 很快下降。 直到 dI = dlI 時(shí) ,轉(zhuǎn)矩 Le TT? ,則 dn/dt = 0，轉(zhuǎn)速 n 才到達(dá)峰值 (t =3t 時(shí) )。 11 表 41 典型 II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按 Mrmin準(zhǔn)則確定關(guān)系時(shí)） h 3 4 5 6 7 8 9 10 ? rt /T st /T k % 3 % 2 % 2 % 1 % 1 % 1 % 1 % 1 表 42 典型 II 型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 h 3 4 5 6 7 8 9 10 CMAX/CB tm/T tv/T % % % % % % % % 由表 42中 數(shù)據(jù)可見(jiàn)，一般來(lái)說(shuō)， h 值越小， Cmax/Cb 也越小， tm和 tv 都短，因而抗擾性能越好，這個(gè)趨勢(shì)與跟隨性能指標(biāo)中超調(diào)量與 h 值的關(guān)系恰好相反，反映了快速性與穩(wěn)定性的矛盾。 由此可見(jiàn)， h = 5是較好的選擇，這與跟隨性能中調(diào)節(jié)時(shí)間最短的條件是一致 的 (見(jiàn)表 41)。 表 43 校正成典型 II 型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇 控制對(duì)象 2( 1)KsTs? 212(