項(xiàng)目3系統(tǒng)分析實(shí)例-“江南聯(lián)賽”一等獎(jiǎng)

1職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)高級(jí)維修電工學(xué)習(xí)單元3：系統(tǒng)分析實(shí)例四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)分析3.1單閉環(huán)轉(zhuǎn)速有靜差調(diào)速系統(tǒng)3.2單閉環(huán)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)3.3轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)3.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能前言直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，可以方便地在寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，因此，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中許多場(chǎng)所仍然使用著直流調(diào)速系統(tǒng)。直流調(diào)速系統(tǒng)在反饋控制理論及實(shí)踐應(yīng)用上比較成熟，所以熟悉直流調(diào)速系統(tǒng)對(duì)交流調(diào)速系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)有直接的指導(dǎo)意義。SiChuanEngineeringTechnicalCollege-195933.1單閉環(huán)轉(zhuǎn)速有靜差調(diào)速系統(tǒng)3.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特性3.1.2參數(shù)計(jì)算3.1.3電流截止負(fù)反饋3.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特性轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)3.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特性

給定電位器給出控制電壓Usn，與反饋電壓Ufn相比較后得到偏差電壓ΔU，經(jīng)過(guò)放大器產(chǎn)生觸發(fā)裝置的控制電壓Uc

，用以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變控制電壓就改變觸發(fā)器控制角及整流電壓Ud0，相應(yīng)地就改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)速的目的。3.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特性1．調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性的目的，就是要找出減少靜態(tài)速降、擴(kuò)大調(diào)速范圍的途徑，改善系統(tǒng)的調(diào)速性能。當(dāng)放大器輸入電阻、給定電位器和反饋電壓電位器內(nèi)阻，以及各環(huán)節(jié)的非線性因素均忽略時(shí)，系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)輸入、輸出的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：電壓比較環(huán)節(jié)：

放大器:

觸發(fā)器和晶閘管整流裝置：電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)機(jī)械特性：

測(cè)速發(fā)電機(jī)：

式中Kp—放大器的電壓放大系數(shù)；

Ktr—觸發(fā)器和晶閘管整流裝置的電壓放大系數(shù)；

Km—電動(dòng)機(jī)的放大系數(shù)，Km=1/(KeΦ)；

αn—測(cè)速反饋系數(shù)；

RΣ—電動(dòng)機(jī)電樞回路總電阻。3.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特性3.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖3.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特性根據(jù)上述穩(wěn)態(tài)關(guān)系，畫(huà)出轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。由系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖導(dǎo)出系統(tǒng)的靜特性方程式：

式中

Kn—閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)，Kn＝KpKtr

Kmαn；

n0c—閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速；

Δnc—閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。3.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特性2．開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的比較閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作情況與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)有著本質(zhì)的不同。

3.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特性閉環(huán)系統(tǒng)引入了被調(diào)量的閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)速因負(fù)載的改變而稍有變動(dòng)時(shí)，通過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用，能自動(dòng)地提高整流電壓，獲得一條新的特性A-B-C-D。此特性實(shí)際上是一組開(kāi)環(huán)機(jī)械特性上的各相應(yīng)工作點(diǎn)的集合，表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流（或轉(zhuǎn)矩）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系，稱為“靜特性”。閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比機(jī)械特性硬得多。如果把轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)的反饋回路斷開(kāi)就變成了開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，其機(jī)械特性方程式為：式中

n0—

開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速；

Δn0—

開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落。3.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特性比較靜特性和開(kāi)環(huán)特性可知：在相同負(fù)載電流變動(dòng)下，閉環(huán)系統(tǒng)引起的轉(zhuǎn)速降落明顯減小。兩者的轉(zhuǎn)速降落比為：負(fù)載相同時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速降只為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速降的1/(1+Kn)。增大Kn值，可使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速降減小到允許范圍內(nèi)。當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)調(diào)速范圍的(1+Kn)倍。穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算示例：已知：

1）電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)為2.2kW，220V，12.5A，1500r/min，電樞電阻Rd=1.36Ω。

2）觸發(fā)整流裝置放大系數(shù)Ktr=40，整流裝置內(nèi)阻Rr=3.24Ω。

3）平波電抗器電阻Rs=0.4Ω。

4）測(cè)速發(fā)電機(jī)的額定參數(shù)為22W，110V，0.2A，2000r/min。

5）生產(chǎn)機(jī)械要求調(diào)速范圍D=10，靜差率s≤5％。解：1）為了滿足D=10，s≤5％，額定負(fù)載時(shí)調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為：3.1.2參數(shù)計(jì)算2）根據(jù)Δnc，求出系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)Kn。

式中Id=IN，RΣ=Rd+Rs+Rr=(1.36+0.4+3.4)Ω=5Ω3.1.2參數(shù)計(jì)算3）計(jì)算測(cè)速環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和參數(shù)測(cè)速反饋系數(shù)αn包含測(cè)速發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)KT和電阻RP2的分壓系數(shù)α23.1.2參數(shù)計(jì)算RP2的阻值RP2選擇考慮測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時(shí)，輸出電流為額定電流的1/10～1/20，即0.01A。測(cè)速發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)直接耦合，則電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速1500r/min時(shí)，反饋電動(dòng)勢(shì)KT為：

=8.25kΩ，取9kΩ。3.1.2參數(shù)計(jì)算α2=R2/RP2可以任意改變。增大α2可以增強(qiáng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的強(qiáng)度，但α2增大后，從測(cè)速發(fā)電機(jī)取出的反饋電壓增高，勢(shì)必要求提高給定電源電壓Usn。過(guò)高的給定電源電壓，則會(huì)增加穩(wěn)壓電源的容量，這是不合適的。若系統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源為±15V，可取Ufn為8V，則分壓系數(shù)α2可取：則測(cè)速反饋系數(shù)αn為：3.1.2參數(shù)計(jì)算4）計(jì)算比例放大器的放大系數(shù)和參數(shù)

按運(yùn)算放大器參數(shù)，輸入電阻一般可選為幾十千歐，取R0=20kΩ。則

R1=KpR0=37×20kΩ=740kΩ限流保護(hù)─電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)帶電流截止負(fù)反饋的調(diào)速系統(tǒng)通過(guò)電壓比較環(huán)節(jié)，使電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)在正常負(fù)載電流情況下不起作用，調(diào)速系統(tǒng)只存在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，系統(tǒng)具有較硬的機(jī)械特性；在電流超過(guò)某個(gè)允許值時(shí)該環(huán)節(jié)才起作用，將電樞電流限制在一定的數(shù)值范圍內(nèi)。這種具有限流保護(hù)又不使運(yùn)行段的靜特性變軟的負(fù)反饋環(huán)節(jié)稱為電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)。3.1.3電流截止負(fù)反饋3.1.3電流截止負(fù)反饋

圖a中，電流反饋信號(hào)取自串入電動(dòng)機(jī)電樞回路的小阻值電阻Rc上的壓降IdRc

。比較閾值電壓Ucp是由一個(gè)輔助電源經(jīng)電位器RP3提供的。3.1.3電流截止負(fù)反饋3.1.3電流截止負(fù)反饋正常工作情況下，主回路電流較小，IdRc≤Ucp，（即Id≤Ucp/Rc，稱Ic=Ucp/Rc為截止電流），二極管VD截止，電流負(fù)反饋不起作用。當(dāng)負(fù)載電流過(guò)大，Id增加到使IdRc＞Ucp時(shí)，（即Id＞Ic），VD導(dǎo)通，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)起作用，電流負(fù)反饋信號(hào)電壓Ufi=IdRc-Ucp加到放大器的輸入端，導(dǎo)致偏差電壓ΔU=Usn-(Ufn+Ufi)減小，Ud下降，迫使電樞電流下降到允許的最大電流。當(dāng)電流繼續(xù)增加時(shí)，Ufi使ΔU降低，Uc降低，Ud降低，從而限制電流過(guò)大的增加。這時(shí)，由于Ud的下降，再加上IdRΣ的增大，轉(zhuǎn)速將急劇下降，從而使靜特性出現(xiàn)很陡的下垂特性。3.1.3電流截止負(fù)反饋這樣的特性稱為“挖土機(jī)特性”。A點(diǎn)稱為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，B點(diǎn)稱為堵轉(zhuǎn)點(diǎn)。一般Ic=(1.1～1.2)IN。堵轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速及反電勢(shì)均為零，由于電流截止負(fù)反饋的作用，使Ud大大下降，從而使Id不至于過(guò)大。此時(shí)的電流稱為堵轉(zhuǎn)電流Il，Il≤(1.5～2.0)IN

。3.1.3電流截止負(fù)反饋圖b中采用穩(wěn)壓管VS的穩(wěn)壓值UV作為比較電壓；圖c利用交流電流互感器上的信號(hào)經(jīng)整流，分壓后（為αiId）去與穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UV相比較。應(yīng)用電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)后，雖然限制了電樞最大電流，但主回路中必須接入快速熔斷器，以防止短路。要求較高的場(chǎng)合，應(yīng)增設(shè)過(guò)電流保護(hù)單元，以防止在截止環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)燒壞晶閘管元件。整定：熔絲額定電流＞過(guò)流保護(hù)單元?jiǎng)幼麟娏鳎径罗D(zhuǎn)電流。3.2單閉環(huán)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)

3.2.1PI調(diào)節(jié)器3.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)過(guò)程3.2.1PI調(diào)節(jié)器要實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速，可采用積分調(diào)節(jié)器或比例積分調(diào)節(jié)器。為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)，應(yīng)采用比例積分調(diào)節(jié)器。3.2.1PI調(diào)節(jié)器PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：式中

Kn——PI調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)，Kn=R1/R0；

τn——PI調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù)，τn=R1C1。系統(tǒng)引入PI調(diào)節(jié)器后，將系統(tǒng)從0型提高到了Ι型。突加Usn的瞬間，C1相當(dāng)于短路，放大倍數(shù)為Kn，數(shù)值不大，可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。穩(wěn)態(tài)時(shí)，C1相當(dāng)于開(kāi)路，C1兩端電壓維持不變。調(diào)節(jié)器放大系數(shù)為運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)，數(shù)值在105以上，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差近似為零。PI調(diào)節(jié)器解決了系統(tǒng)對(duì)動(dòng)、靜態(tài)放大系數(shù)要求的矛盾。3.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)過(guò)程3.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)過(guò)程系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流載止負(fù)反饋環(huán)節(jié)組成。測(cè)速反饋電壓Ufn反映電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)際值n，PI調(diào)節(jié)器輸入量是速度給定電壓Usn與速度反饋電壓Ufn的偏差ΔU。系統(tǒng)突加Usn起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)由于機(jī)械慣性轉(zhuǎn)速要逐步加速，Ufn亦要逐步建立。ΔU=Usn-Ufn≈Usn較大，使調(diào)節(jié)器的輸出一開(kāi)始就達(dá)到較大值，因而晶閘管整流電壓上升很快，使電樞電流迅速上升，產(chǎn)生較大的電動(dòng)力矩，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很快上升。由于PI調(diào)節(jié)器的存在，只要ΔU≠0，系統(tǒng)就會(huì)起調(diào)節(jié)作用，使轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，直到Ufn=Usn，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)作用才停止。Uc因積分作用保持在某一數(shù)值上，以維持一定的整流輸出電壓，使電動(dòng)機(jī)保持在給定速度下穩(wěn)定運(yùn)行。3.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)過(guò)程負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，系統(tǒng)的抗擾調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)于Usn1、TL1、n1，ΔU=Usn1-Ufn1=0，Uc保持在Uc1上。晶閘管輸出電壓為Ud01，維持電機(jī)在給定轉(zhuǎn)速n1下運(yùn)轉(zhuǎn)。TL1突增至TL2時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，出現(xiàn)動(dòng)態(tài)速降Δn。ΔUfn=αnΔn，ΔU=ΔUfn，開(kāi)始比例積分調(diào)節(jié)過(guò)程。3.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)過(guò)程調(diào)節(jié)器比例控制作用（Uc2=Uc1+KpΔU）使整流電壓產(chǎn)生增量，及時(shí)阻止轉(zhuǎn)速下降。Uc2控制作用越強(qiáng)，Δnmax越小。調(diào)節(jié)器輸出電壓增量ΔUc是比例和積分部分電壓增量之和。調(diào)節(jié)過(guò)程初、中期，速降Δn較大，比例部分起主要作用。3.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)過(guò)程調(diào)節(jié)作用后期，轉(zhuǎn)速已逐漸回升，Δn很小，比例控制作用減弱。這時(shí)積分部分經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的積累，積分調(diào)節(jié)作用逐漸增大，使轉(zhuǎn)速進(jìn)一步較快地回升。只要轉(zhuǎn)速未回升到原先數(shù)值，ΔU仍大于零，調(diào)節(jié)作用就存在，直到n=n1，ΔU=0，系統(tǒng)進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。電樞電壓增加的ΔUd0正好補(bǔ)償由于負(fù)載增加引起的主回路電阻壓降ΔIdRΣ。無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)受擾動(dòng)作用后存在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差，但通過(guò)積分調(diào)節(jié)作用最后可以消除穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差。

3.3轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)3.3.1電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程3.3.2系統(tǒng)組成和工作原理3.3.3系統(tǒng)靜特性分析3.3.4系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算3.3.1電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程采用比例積分調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，既保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，引入電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)后，能夠限制起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)的沖擊電流。但是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能還不能令人滿意。因?yàn)殡娏鹘刂关?fù)反饋只能限制最大電流，系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的上升，反饋電壓的增加及電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的增長(zhǎng)，會(huì)使電樞電流達(dá)到最大值后迅速降低下來(lái)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩亦迅速減小，使起動(dòng)加速過(guò)程變長(zhǎng)，如下圖a所示。理想起動(dòng)過(guò)程：整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中，充分利用電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，將電樞電流保持在最大允許值上，電動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速直線上升，使過(guò)渡過(guò)程大大縮短。3.3.1電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程a）帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)

b）理想起動(dòng)過(guò)程

采用電流負(fù)反饋能得到近似的恒流過(guò)程。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以避免在一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端綜合幾個(gè)信號(hào)造成各個(gè)參數(shù)間的互相影響。

3.3.2系統(tǒng)組成與工作原理轉(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，二者串聯(lián)。電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)組成的閉環(huán)稱為電流環(huán)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)組成的閉環(huán)稱為速度環(huán)。為獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用帶限幅的PI調(diào)節(jié)器。ASR輸出限幅電壓Usim決定ACR給定電壓的最大值；ACR輸出限幅電壓Ucm限制晶閘管整流裝置最大輸出電壓。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.3.2系統(tǒng)組成與工作原理3.3.2系統(tǒng)組成與工作原理轉(zhuǎn)速外環(huán)構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，被控制量是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。電流內(nèi)環(huán)構(gòu)成一個(gè)電流控制系統(tǒng)，被控制量是電動(dòng)機(jī)的電樞電流Id。給定值Usi是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出。電流調(diào)節(jié)器輸出電壓Uc加到晶閘管整流器的觸發(fā)電路輸入端，控制整流器的輸出電壓，從而控制電樞電流Id。電流反饋信號(hào)與電機(jī)電樞電流成正比。它可以采用交流互感器、直流互感器、霍爾元件等器件進(jìn)行檢測(cè)。這里采用的是交流互感器。3.3.3系統(tǒng)靜特性分析穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖：3.3.3系統(tǒng)靜特性分析調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，它們的輸入偏差電壓都是零。即

由上式可得：上式中左邊式子為雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性方程。ASR不飽和時(shí)，靜特性很硬（下圖中n0-A段），ACR只起輔助作用。系統(tǒng)依靠ASR的調(diào)節(jié)作用，保證系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速無(wú)靜差的特性，n穩(wěn)定在Usn/αn。調(diào)節(jié)Usn即可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n。Usi為定值時(shí)，由于電流調(diào)節(jié)器的作用，整流裝置的電流保持在Usi/αi上，實(shí)現(xiàn)電流無(wú)靜差。Id≥Idm時(shí)，ASR的輸出電壓達(dá)到限幅狀態(tài)，速度環(huán)呈開(kāi)環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速變化對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生影響。電流環(huán)在Usim不變的情況下進(jìn)行負(fù)反饋控制，變?yōu)楹阒惦娏髡{(diào)節(jié)系統(tǒng)。限流調(diào)節(jié)過(guò)程：當(dāng)Id＞Idm，Ufi-Usim＞0時(shí)，電流調(diào)節(jié)器使整流器輸出電壓明顯降低。IdRΣ增大，限制了電流增長(zhǎng)；同時(shí)，由看出，IdRΣ使轉(zhuǎn)速迅速下降，直至堵轉(zhuǎn)n=0，Ufi-Usim

=0，Uc減小到使Ud0=IdRΣ，出現(xiàn)了很陡的下垂特性（圖中A-B段）。3.3.3系統(tǒng)靜特性分析3.3.3系統(tǒng)靜特性分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性是理想的挖土機(jī)特性，在負(fù)載電流小于Idm時(shí)，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。在負(fù)載電流達(dá)到Idm后，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。這體現(xiàn)了采用PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的優(yōu)勢(shì)。由于PI調(diào)節(jié)器的靜態(tài)放大系數(shù)并非無(wú)窮大，系統(tǒng)的實(shí)際靜態(tài)特性與上述的靜特性略有差異，如圖中虛線所示。穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算從穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖可見(jiàn)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量間有下列關(guān)系：3.3.4系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，n由給定電壓Usn決定，Usi由負(fù)載電流決定的，而Uc的大小則同時(shí)取決于n和Id，或者說(shuō)，同時(shí)取決于Usn和IL。P調(diào)節(jié)器的輸出量總是正比于其輸入量，而PI調(diào)節(jié)器輸出量的穩(wěn)態(tài)值由它后面環(huán)節(jié)的需要決定。后面環(huán)節(jié)需要PI調(diào)節(jié)器提供多大的輸出值，它就提供多少，直到飽和為止。3.3.4系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù)：速度反饋系數(shù)

式中

Usnm——最大給定電壓；

nN——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。電流反饋系數(shù)式中

Usim——轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出電壓限幅值。最大電流Idm取決于電動(dòng)機(jī)的允許過(guò)載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。一般取Idm=1.5～2.0IN。3.3.4系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算3.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能

3.4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.4.2動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程對(duì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的分析，主要是從系統(tǒng)對(duì)突加給定時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和它的動(dòng)態(tài)抗干擾性能進(jìn)行分析。動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

3.4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)突加給定起動(dòng)過(guò)程分為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ階段。1）第Ⅰ階段電流上升階段由于電動(dòng)機(jī)機(jī)電慣性作用，加上Usn后，n增長(zhǎng)很慢，Ufn緩慢增加。由于ΔUn和Kn較大，所以ASR輸出很快達(dá)到Usim。Usim加在ACR輸入端，使Uc上升?？煽卣麟妷骸㈦姌须娏餮杆偕?，當(dāng)Id≈Idm時(shí)，Usi≈Usim，ACR的作用使Id不再迅速增長(zhǎng)。隨n上升，E跟隨上升。E對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)相