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1、第 3章 转速、电流反馈控制的直流调速系统 电力拖动自动控制系统 运动控制系统 1 内容提要 2 电流截止负反馈调速在启动阶段限制了最大电流，稳态阶段实现了无静差调速，但是系统动态性能并不理想。改进的方法是增加电流控制器。 转速、电流反馈控制的组成及其稳态分析。 转速、电流反馈控制的动态分析。 3.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性 我们希望双闭环调速系统起到以下作用： 1. 过渡阶段（启动、制动、调速、变负载等）： 限制最大 电流、 保持对转速的快速跟踪 性能 2. 稳态转速阶段：保持转矩的平衡、保持转速稳定 3 起动电流呈矩形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）受限制
2、时调速系统所能获得的最快的起动（制动）过程。 图 3-1 时间最优的理想过渡过程 4 3.1.1 转速、电流反馈控制直流调速系统 的组成 图 3-2 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图 ASR 转速调节器 ACR 电流调节器 TG 测速发电机 5 在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流。 把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器 UPE。这种结构称作 串级 控制。 从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。形成了转速、电流反馈控制
3、直流调速系统（简称 双闭环系统 ）。 6 图 3-3 双闭环直流调速系统的 稳态 结构图 转速反馈系数 电流反馈系数 3.1.2 稳态结构图与参数计算 7 1. 稳态结构图和静特性 对于静特性来说，只有 转速调节器饱和与不饱和两种情况，电流调节器不进入饱和状态 。 当调节器饱和时，输出达到限幅值，输入量的变化不再影响输出。 当调节器不饱和时， PI调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压在稳态时为零。 8 （ 1） 转速调节器不饱和 两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。 diinnIUUnnUU*0*dmd II 0*nUn n (3-1) 9 （ 2）转速调节器饱和
4、 ASR输出达到限幅值时，转速外环呈开环状态，转速的变化对转速环不再产生影响。 双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时 (3-2) dmimd IUI *10 AB段是两个调节器都不饱和时的静特性，IdIdm，电动机仍处于加速过程，使 n超过了 n* ，称之为起动过程的转速超调。 转速的超调造成了 Un0， ASR退出饱和状态， Ui和 Id很快下降。转速仍在上升，直到 t=t3时， Id= Idl ，转速才到达峰值。 在 t3t4时间内， Id Idl，由加速变为减速，直到稳定。 如果调节器参数整定得不够好，也会有一段振荡的过程。 在第 阶段中， ASR和 ACR都不饱和，
5、电流内环是一个电流随动子系统。 22 双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点： （ 1）饱和非线性控制 （ 2）转速超调 （ 3）准时间最优控制 23 2动态抗扰性能分析 双闭环系统与单闭环系统的差别在于多了一个电流反馈环和电流调节器。 调速系统最主要的抗扰性能是指抗 负载扰动 和抗 电网电压扰动 性能， 闭环系统的抗扰能力与其作用点的位置有关。 24 （ 1）抗负载扰动 负载扰动作用在电流环之后，只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用。 在设计 ASR时，要求有较好的抗扰性能指标 。 图 3-7 直流调速系统的动态抗扰作用 负载扰动 25 （ 2）抗电网电压扰动 电压波动可以通过电
6、流反馈得到比较及时的调节，使抗扰性能得到改善。 在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速变化会比单闭环系统小得多。 图 3-7 直流调速系统的动态抗扰作用 电网电压扰动 26 1. 转速调节器的作用 转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速很快地跟随给定电压变化 , 如果采用 PI调节器，则可实现无静差。 对负载变化起抗扰作用。 其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。 27 2. 电流调节器的作用 在转速外环的调节过程中，使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。 对电网电压的波动起及时抗扰的作用。 在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流。 当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。 28 自动化学科三个重要算法 自动控制理论： PID 频谱分析： FFT 滤波器设计 数字信号处理 -理论 算法与实现 胡广书 29 一阶低通 30 一阶低通 31 二阶低通 32
