雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 一、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，考慮雙閉環(huán)掌握的結(jié)構(gòu)，即可繪出雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。其中，轉(zhuǎn)速調(diào)整器和電流調(diào)整器的傳遞函數(shù)W ASR(s)和W ACR(s)均采納PI調(diào)整器：則得系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如下圖所示。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 二、突加給定起動(dòng)過程分析前已指出，設(shè)置雙閉環(huán)掌握的一個(gè)重要目的就是要獲得接近抱負(fù)起動(dòng)過程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，首先分析它的起動(dòng)過程。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓U* n由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，其系統(tǒng)狀態(tài)：U n*=0，U

2、i=0，U ct=0，n =0 ，U i*=0，U d0=0。當(dāng)輸入一階躍信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入起動(dòng)過程。1. 起動(dòng)過程波形分析分析起動(dòng)過程：根據(jù)ASR由不飽和飽和飽和退飽和這一過程是由電流調(diào)整轉(zhuǎn)速調(diào)整。三個(gè)階段（如圖所示）：未飽和飽和 I（t=0t1）飽和 （t=t1t2）退出飽和 （t=t1t2）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形（1）第I階段 ASR由未飽和飽和（0 t1）電流上升階段突加U n* U n=U n*-U nU n*很大ASR快速飽和U i* U im* UctUd0I d快速上升。當(dāng) I d I dL 后n開頭(緩慢。這由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)) 當(dāng)t=t1，I d

3、I dm，此時(shí)ASR的輸入偏差電壓U n的值仍較大， 保持U i U im* 。如下圖所示。 本階段：ASR由不飽和快速飽和（U n增長(zhǎng)慢）。ACR不飽和（U i增長(zhǎng)快）。（2）第階段 ASR飽和（t1 t2）恒流升速階段轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán) 電流環(huán)起主導(dǎo)作用這時(shí)，I d=I dm，可能連續(xù)(取決ACR的結(jié)構(gòu)和參數(shù)) U i U im* U i=反號(hào)U ctU doI dI dm（I d略低于I dm）且維持n(直線)。U do = id R+C e n+L did/dtUct nU doU ctU i=U im*-U i=常數(shù)，以維持U ct ACR調(diào)整作用、ASR飽和，Uct和Udo 線性增長(zhǎng)，Id

4、略小于Idm。 （3）第 階段 ASR退飽和（ t2 t4）當(dāng)t=t2，U n0(n n*)ASR仍飽和U i U im*I dI dmI dLn n* （超調(diào)）U n=反號(hào) U i*U im*（ASR退飽和） U ct I d I dL，n。第 階段 （續(xù)）當(dāng) t=t3，I d = I dLT e= T L dn/dt = 0，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值。此后，電動(dòng)機(jī)開頭在負(fù)載的阻力下（t3t4）I d I dL n 第 階段 （續(xù)）當(dāng) t=t4，n n* 進(jìn)入穩(wěn)態(tài)（假如調(diào)整器參數(shù)整定得不夠好，轉(zhuǎn)速n可能會(huì)經(jīng)過幾次振蕩，但轉(zhuǎn)速環(huán)會(huì)進(jìn)行調(diào)整）。U n = n* =U n*U i*= U I = I dL

5、 2. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程的特點(diǎn)（1） 飽和非線性掌握（或稱變結(jié)構(gòu)掌握）依據(jù)ASR的飽和與不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：當(dāng)ASR飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)整的單閉環(huán)系統(tǒng)，ASR輸出的限幅值，使起動(dòng)過程中電流不超過允許的最大電流，且恒定；當(dāng)ASR不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)由于采納 PI 調(diào)整器作為ASR（轉(zhuǎn)速調(diào)整器）實(shí)現(xiàn)了飽和非線性掌握，起動(dòng)過程結(jié)束進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)整階段后，必需使轉(zhuǎn)速超調(diào)， ASR 的輸入偏差電壓 U n 為負(fù)值，才能使ASR退出飽和，從而真正發(fā)揮線性調(diào)整作用。這樣，采納 PI 調(diào)整器

6、的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必定有超調(diào)。（3）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)掌握起動(dòng)過程中能以所允許最大電流起動(dòng)，主要表現(xiàn)在第II階段的恒流升速，它的特征是電流保持恒定。一般選擇為電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過載力量，使起動(dòng)過程盡可能最快。起動(dòng)過程的第II階段屬于有限制條件的最短時(shí)間掌握。因此，整個(gè)起動(dòng)過程可看作為是一個(gè)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)掌握（與時(shí)間最優(yōu)掌握有區(qū)分，如第階段）。三、動(dòng)態(tài)抗擾性能分析一般來說，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿足的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的性能。1. 動(dòng)態(tài)跟隨性能在起動(dòng)、升速時(shí)，由于電流環(huán)具有很快的動(dòng)態(tài)跟隨性能，因此，動(dòng)態(tài)跟隨性能

7、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)比單閉環(huán)強(qiáng)得多（電流環(huán)保證最大電流起動(dòng)）。在停車、減速時(shí)，由于是不行逆的電力電子變換器，不能產(chǎn)生回饋制動(dòng)，在制動(dòng)時(shí)，當(dāng)電流下降到零以后，只好自由停車（靠負(fù)載阻力停車），因此動(dòng)態(tài)跟隨性能變差。設(shè)計(jì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，要求電流內(nèi)環(huán)應(yīng)具有良好的跟隨性能。2. 動(dòng)態(tài)抗擾性能 抗負(fù)載擾動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗負(fù)載擾作用 抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾作用a)單閉環(huán)系統(tǒng)b)雙閉環(huán)系統(tǒng) U d電網(wǎng)電壓波動(dòng)在整流電壓上的反映由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖知：電網(wǎng)電壓擾動(dòng)在電流環(huán)之內(nèi)，電壓擾動(dòng)尚未影響到轉(zhuǎn)速前就已經(jīng)為電流環(huán)所抑制。因而雙環(huán)系統(tǒng)中電網(wǎng)電壓擾動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)速降（升）比單環(huán)小得多。 因此，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)由電流環(huán)起調(diào)整作用。 四、兩個(gè)調(diào)整器的作用綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)整器和電流調(diào)整器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用可以分別歸納如下：1. ASR的作用（1）轉(zhuǎn)速調(diào)整器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)整器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，假如采納PI調(diào)整器，則可實(shí)現(xiàn)無靜差。（2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值打算電機(jī)允許的最大電流。（4）變結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)非線性掌握。2. ACR的作用（1）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起準(zhǔn)時(shí)抗擾的作用。（2）在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)整過程中，使電流緊緊跟隨其U i*快速變化，并無靜差。（3）在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)