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1、第,3,章,多,闭,环,控,制,系,统,的,构,造,及,PROFIBUS,网,络,组,态,第,3,章,多,闭,环,控,制,系,统,的,构,造,及,PROFIBUS,网,络,组,态,本讲主要内容 第3.1节 转速电流双闭环调速控制系统的构造过程及其静特性,第311讲,2019/5/22,3/67,3.1.1 问题的提出及解决过程,要想起动时间最短必须在整个的起动期间内保持：,那么如何让系统在整个的起动期间内保持最大加速度不变呢？,2019/5/22,4/67,3.1.1 问题的提出及解决过程,要想起动时间最短必须在整个的起动期间内保持：,那么如何让系统在整个的起动期间内保持最大加速度不变呢？,2
2、019/5/22,5/67,那么如何让系统在整个的起动期间内保持最大加速度不变呢？ 又在整个的起动期间TdL不变。 要想在整个的起动时间保持 不变就应该在整个的起动期间保持电磁转矩T不变。 考虑到：,3.1.1 问题的提出及解决过程,2019/5/22,6/67,那么如何让系统在整个的起动期间内保持最大加速度不变呢？ 又在整个的起动期间TdL不变。 要想在整个的起动时间保持 不变就应该在整个的起动期间保持电磁转矩T不变。 考虑到：,3.1.1 问题的提出及解决过程,第3.1章转速、电流双闭环调速控制系统及其静特性,2019/5/22,7/67,第3.1章转速、电流双闭环调速控制系统及其静特性
3、3.1.1 问题的提出及解决过程,所以只要保证在整个的起动期 间电枢电流等于一个适当的最大 允许值不变，就能够实现最短时 间起动问题(现代控制理论角度说 是时间最优控制问题),2019/5/22,8/67,第3.1章转速、电流双闭环调速控制系统及其静特性 3.1.1 问题的提出及解决过程,所以只要保证在整个的起动期 间电枢电流等于一个适当的最大 允许值不变，就能够实现最短时 间起动问题(现代控制理论角度说 是时间最优控制问题),2019/5/22,9/67,转速为什么会出现超调？ 出现超调的主要原因是转速在达到额定转速时（n=ne），电磁转矩仍然大于负载转矩，导致转速超调。,第3.1章转速、电
4、流双闭环调速控制系统及其静特性,3.1.1 问题的提出及解决过程,2019/5/22,10/67,转速为什么会出现超调？ 出现超调的主要原因是转速在达到额定转速时（n=ne），电磁转矩仍然大于负载转矩，导致转速超调。,第3.1章转速、电流双闭环调速控制系统及其静特性,3.1.1 问题的提出及解决过程,2019/5/22,11/67,当转速第一次出现n=ne时，如果 此时电枢电流能自动突降为额定电 流，那么系统在起动过程结束时， 可以在理论上实现转速无超调。,第3.1章转速、电流双闭环调速控制系统及其静特性,3.1.1 问题的提出及解决过程,在实际工程中为了克服惯性的 影响，电枢电流的突降值要比
5、负载 电流小。,2019/5/22,12/67,当转速第一次出现n=ne时，如果 此时电枢电流能自动突降为额定电 流，那么系统在起动过程结束时， 可以在理论上实现转速无超调。,第3.1章转速、电流双闭环调速控制系统及其静特性,3.1.1 问题的提出及解决过程,在实际工程中为了克服惯性的 影响，电枢电流的突降值要比负载 电流小。,13/67,这种变电枢电流的控制策略，打破了上升时间与超调量之间的传统函数关系。 在这种控制策略下，超调量只与电枢电流突降的时间和大小有关，与上升时间无关!,当转速第一次出现n=ne时，如果 此时电枢电流能自动突降为额定电 流，那么系统在起动过程结束时， 可以在理论上实
6、现转速无超调。,第3.1章转速、电流双闭环调速控制系统及其静特性,3.1.1 问题的提出及解决过程,14/67,这种变电枢电流的控制策略，打破了上升时间与超调量之间的传统函数关系。 在这种控制策略下，超调量只与电枢电流突降的时间和大小有关，与上升时间无关!,当转速第一次出现n=ne时，如果 此时电枢电流能自动突降为额定电 流，那么系统在起动过程结束时， 可以在理论上实现转速无超调。,第3.1章转速、电流双闭环调速控制系统及其静特性,3.1.1 问题的提出及解决过程,2019/5/22,15/67,还有一个问题：控制系统起动过程结束后如何保持额定转速不变的问题。引转速负反馈! 解决命题的理论方法
7、有了，如何来实现呢？,当转速第一次出现n=ne时，如果 此时电枢电流能自动突降为额定电 流，那么系统在起动过程结束时， 可以在理论上实现转速无超调。,第3.1章转速、电流双闭环调速控制系统及其静特性,3.1.1 问题的提出及解决过程,2019/5/22,16/67,还有一个问题：控制系统起动过程结束后如何保持额定转速不变的问题。引转速负反馈! 解决命题的理论方法有了，如何来实现呢？,当转速第一次出现n=ne时，如果 此时电枢电流能自动突降为额定电 流，那么系统在起动过程结束时， 可以在理论上实现转速无超调。,第3.1章转速、电流双闭环调速控制系统及其静特性,3.1.1 问题的提出及解决过程,2
8、019/5/22,17/67,第3.1章转速、电流双闭环调速控制系统及其静特性 3.1.1 问题的提出及解决过程,2、系统的构造过程 因为在起动期间需要保持电枢电流恒定不变；在稳定运行期间需要保持电机的转速恒定不变，所以需要构造电流环和转速环两个反馈环节。,根据多环组合定理(方法)，电流环在里面转速环在外面。构造的关键是：起动过程结束时，如何实现电枢电流自动与负载电流相平衡？,2019/5/22,18/67,第3.1章转速、电流双闭环调速控制系统及其静特性 3.1.1 问题的提出及解决过程,2、系统的构造过程 因为在起动期间需要保持电枢电流恒定不变；在稳定运行期间需要保持电机的转速恒定不变，所
9、以需要构造电流环和转速环两个反馈环节。,根据多环组合定理(方法)，电流环在里面转速环在外面。构造的关键是：起动过程结束时，如何实现电枢电流自动与负载电流相平衡？,2、系统的构造过程,2019/5/22,19/67,2、系统的构造过程,为了满足起动期间的要求根据反馈定理只要引电枢电流的负反馈就可以解决这个问题，因此就有了下面的电流环,几点说明： 1) 电流调节器ACR:一般采用PI调节器原因： * 动态GAIN增益小容易稳定；静态增益大容易满足生产工艺要求。 * 改变输入偏差的极性才能改变输出的变化方向或使输出退出饱和。 为什么此时ACR输出增加限幅电路？,2019/5/22,20/67,2、系
10、统的构造过程,为了满足起动期间的要求根据反馈定理只要引电枢电流的负反馈就可以解决这个问题，因此就有了下面的电流环,几点说明： 1) 电流调节器ACR:一般采用PI调节器原因： * 动态GAIN增益小容易稳定；静态增益大容易满足生产工艺要求。 * 改变输入偏差的极性才能改变输出的变化方向或使输出退出饱和。 为什么此时ACR输出增加限幅电路？,2019/5/22,21/67,2、系统的构造过程,几点说明： 2) 电流反馈单元: 一般从交流侧引出的主要原因是：,* 互感器能起隔离作用(隔离主电路与控制电路之间的直接联系)； * 不增加主电路的电阻就能反馈主电路的电流大小，并且极性恒定； * 能增加主
11、电路的等效电感。,2019/5/22,22/67,2、系统的构造过程,几点说明： 2) 电流反馈单元: 一般从交流侧引出的主要原因是：,* 互感器能起隔离作用(隔离主电路与控制电路之间的直接联系)； * 不增加主电路的电阻就能反馈主电路的电流大小，并且极性恒定； * 能增加主电路的等效电感。,23/67,2、系统的构造过程,几点说明： 3)对电流环的给定要求：在起动期间为： 起动结束后电流环的给定能自动变为：,是电流反馈系数,要实现电流环的变给定，有两个关健点： 电流环的变给定是如何感知到起动结束的？ 负载随时都有可能发生变化，电流环的变给定又是如何在起动结束 时自动调整 与负载电流相平衡的呢
12、？,2019/5/22,24/67,几点说明： 3)对电流环的给定要求：在起动期间为： 起动结束后电流环的给定能自动变为：,是电流反馈系数,要实现电流环的变给定，有两个关健点： 电流环的变给定是如何感知到起动结束的？ 负载随时都有可能发生变化，电流环的变给定又是如何在起动结束 时自动调整 与负载电流相平衡的呢？,2、系统的构造过程,2019/5/22,25/67,为了满足起动结束后的要求就应该引转速负反馈，但是转速负反馈信号引到何处去呢？,根据多环组合方法，应该引到电流环的外面去，因为电流出现的时间早于转速。,但是，转速环调节器的输出能承担起电流环对变给定的要求吗？,2、系统的构造过程,201
13、9/5/22,26/67,为了满足起动结束后的要求就应该引转速负反馈，但是转速负反馈信号引到何处去呢？,根据多环组合方法，应该引到电流环的外面去，因为电流出现的时间早于转速。,但是，转速环调节器的输出能承担起电流环对变给定的要求吗？,2、系统的构造过程,2019/5/22,27/67,根据反馈定理转速环应该有自己的给定信号和调节器，于是由多环组合方法，让转速调节器的输出代替电流环的给定信号 得到下面的控制系统原理图。,2、系统的构造过程,2019/5/22,28/67,根据反馈定理转速环应该有自己的给定信号和调节器，于是由多环组合方法，让转速调节器的输出代替电流环的给定信号 得到下面的控制系统
14、原理图。,2、系统的构造过程,2019/5/22,29/67,关键的问题是：电流环的给定信号需要具有自动变化的功能（才能解决上升时间又短又无超调的问题）， ASR的输出能否代替电流环的给定信号U*I ？,根据反馈定理转速环应该有自己的给定信号和调节器，于是由多环组合方法，让转速调节器的输出代替电流环的给定信号 得到下面的控制系统原理图。,2、系统的构造过程,2019/5/22,30/67,关键的问题是：电流环的给定信号需要具有自动变化的功能（才能解决上升时间又短又无超调的问题）， ASR的输出能否代替电流环的给定信号U*I ？,根据反馈定理转速环应该有自己的给定信号和调节器，于是由多环组合方法
15、，让转速调节器的输出代替电流环的给定信号 得到下面的控制系统原理图。,2、系统的构造过程,2019/5/22,31/67,在起动结束时是否能自动与负载相平衡？,速度调节器ASR输出在起动期间是否能为：,2、系统的构造过程,2019/5/22,32/67,在起动结束时是否能自动与负载相平衡？,速度调节器ASR输出在起动期间是否能为：,2、系统的构造过程,速度调节器只要选用PI调节器其输出就能满足起动期间的要求！,系统只要是稳定系统，速度调节器的输出就能满足起动结束的要求！,2019/5/22,33/67,在起动结束时是否能自动与负载相平衡？,速度调节器ASR输出在起动期间是否能为：,2、系统的构
16、造过程,为什么说：ASR只要选用PI调节器其输出就能满足起动期间的要求？,2019/5/22,34/67,当突加给定起动时，由于系统(主要是电动机)的惯性转速n不可能立即建立起来，所以此时转速环的给定就等于速度调节器ASR的输入信号即：,2、系统的构造过程,为什么说：ASR只要选用PI调节器其输出就能满足起动期间的要求？,2019/5/22,35/67,如果速度调节器ASR的比例部分P选择适当那么速度调节器ASR就会立即达到饱和。,2、系统的构造过程,为什么说：ASR只要选用PI调节器其输出就能满足起动期间的要求？,放大器的输入信号的幅值发生变化时，其输出幅值保持不变，这种现象称为饱和。,如何退出饱和？,2019/5/22,36/67,考虑到在整个的起动期间：,2、系统的构造过程,为什么说：ASR只要选用PI调节器其输出就能满足起动期间的要求？,2019/5/22,37/67
