双闭环直流调速系统的课程设计

双闭环直流调速系统的课程设计内容摘要：

上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。 因此，对静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。 1． 转速调节器不饱和 这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零，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 从而得到静特性曲线的 CA 段。 与此同时，由于 ASR 不饱和， *Ui *imU 可知dI dmI ，这就是说， CA段特性从理想空载状态的 Id=0一直延续到 dI = dmI。 而 dmI ，一般都是大于额定电流 dnI 的。 这就是静特性的运行段，它是一条水平的特性。 2．转速调节器饱和 这时， ASR 输出达到限幅值 *imU ，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。 双闭环系统变成了一个电流无静差的单电流闭环调节系统。 稳态时： dI = *imU= dmI （ 13） 其中，最大电流 dmI 取决于电动机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度，由上式可得静特性的 AB 段，它是一条垂直的特性。 这样是下垂特性只适合于 0nn 的情况，因为如果 0nn ， 则 *nn UU ， ASR 将退出饱和状态。 图 4 双闭环直流调速系统的静特性曲线 双闭环直流调速系统的数学 模型 双闭环直流调速系统的动态数学模型 双闭环控制系统数学模型的主要形式仍然是以传递函数或零极点模型为基础 6 的系统动态结构图。 双闭环直流调速系统的动态结构框图如图 5 所示。 图中)(sWASR 和 )(sWACR 分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。 为了引出电流反馈，在电动机的动态结构框图中必须把电枢电流 dI 显露出来。 图 5：双闭环直流调速系统的 动态结构框图 起动过程分析 双闭环直流调速系统突加给定电压 gnU 由静止状态起动时，转速调节器输出电压 giU 、电流调节器输出电压 kU 、可控整流器输出电压 dU 、电动机电枢电流 aI 和转速 n 的动态响应波形过程如图 2— 8 所示。 由于在起动过程中转速调节器 ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个阶段。 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 图 6 双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形 第一阶段是电流上升阶段。 当突加给定电压 时，由于电动机的机电惯性较大，电动机还来不及转动（ n=0），转速负反馈电压 ，这时，很大，使 ASR 的输出突增为 ， ACR 的输出为 ，可控整流器的输出为 ，使电枢电流 迅速增加。 当增加到 （负载电流）时，电动机开始转动，以后转速调节器 ASR 的输出很快达到限幅值 ，从而使电枢电流达到所对应的最大值 （在这过程中 的下降是由于电流负反馈所引起的），到这时电流负反馈电压与 ACR 的给定电压基本上是相等的，即 gnU0fnU fngnn UUU gioU koU doUaI La II gimUamI dk UU, 8 （ 13） 式中， —— 电流反馈系数。 速度调节器 ASR 的输出限幅值正是按这个要求来整定的。 第二阶段是恒流升速阶段。 从电流升到最大值 amI 开始，到转速升到给定值为止，这是启动过程的主要阶段，在这个阶段中， ASR 一直是饱和的，转速负反馈不起调节作用，转速环相当于开环状态，系统表现为恒流调节。 由于电流 aI 保持恒定值 amI ，即系统的加速度 dtdn/ 为恒值，所以转速 n 按线性规律上升，由nCRIU eamd   知， dU 也线性增加，这就要求 kU 也要线性增加，故在启动过程中电流调节器是不应该饱和的，晶闸管可控整流环节也不应该饱和。 第三阶段是转速调节阶段。 转速调节器在这个阶段中起作用。 开始时转速已经上升到给定值， ASR 的给定电压 gnU 与转速负反馈电压 fnU 相平衡，输入偏差nU 等于零。 但其输出却由于积分作用还维持在限幅值 gimU ，所以电动机仍在以最大电流 amI 下加速，使转速超调。 超调后， 0,0  nfn UU ，使 ASR 退出饱和，其输出电压（也就是 ACR 的给定电压） giU 才从限幅值降下来， dk UU与 也随之降了下来，但是，由于 aI 仍大于负载电流 LI ，在开始一段时间内转速仍继续上升。 到 La II  时，电动机才开始在负载的阻力下减速，知道稳定（如果系统的动态品质不够好，可能振荡几次以后才稳定）。 在这个阶段中 ASR与 ACR同时发挥作用，由于转速调节器在外环， ASR 处于主导地位，而 ACR 的作用则力图使 aI 尽快地跟随 ASR 输出 giU 的变化。 稳态时，转速等于给定值 gn ，电枢电流 aI 等于负载电流 LI ， ASR 和 ACR 的输入偏差电压都为零，但由于积分作用，它们都有恒定的输出电压。 ASR 的输出amfig im IUU  9 电压为 Lfigi IUU  （ 14） ACR 的输出电压为 s Lgek KRInCU  （ 15） 由上述可知，双闭环调速系统，在启动过程的大部分时间内， ASR 处于饱和限幅状态，转速环相当于开路，系统表现为恒电流调节，从而可基本上实现理想过程。 双闭环调速系统的转速响应一定有超调，只有在超调后，转速调节器才能退出饱和，使在稳定运行时 ASR 发挥调节作用，从而使在稳态和接近稳态运行中表现为无静差调速。 故双闭环调速系统具有良好的静态和动态品质。 综上所述，双闭环调速系统的起动过程有以下三个特点： （ 1）饱和非线形控制： 随着 ASR 的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态，在不同情况下表现为不同结构的线形系统，只能采用分段线形化的方法来分析，不能简单的用线形控制理论来笼统的设计这样的控制系统。 （ 2）转速超调： 当转速调节器 ASR 采用 PI 调节器时，转速必然有超调。 转速略有超调一般是容许的，对于完全不允许超调的情况，应采用其他控制方法来抑制超调。 （ 3）准时间最优控制： 在设备允许条件下实现最短时间的控制称作“时间最优控制” ， 对于电力拖动系统，在电动机允许过载能力限制下的恒流起动，就是时间最优控制。 但由于在 起动过程Ⅰ、Ⅱ两个阶段中电流不能突变，实际。