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1、第六讲第六讲2.1转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性2.2双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析分析运动控制系统06转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性；双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析；调节器的工程设计方法；调节器的工程设计方法；按工程设计方法设计双闭环系统的调节器按工程设计方法设计双闭环系统的调节器弱磁控制的直流调速系统。弱磁控制的直流调速系统。转速、电流双闭环直流调速系统转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设
2、计方法和调节器的工程设计方法内容提要内容提要运动控制系统062.1转速、电流双闭环直流调速系统转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性及其静特性v问题的提出问题的提出采用转速负反馈和采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。下实现转速无静差。如果对系统的动态性能要求较高，例如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。小等等，单闭环系统就难以满足需要。运动控制系统061).主要原因主要原因 因为在单闭环系统中不
3、能随心所欲地因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。控制电流和转矩的动态过程。 在单闭环直流调速系统中，电流截止在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值只能在超过临界电流值Idcr 以后，靠强烈以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。理想地控制电流的动态波形。运动控制系统06b)理想的快速起动过程理想的快速起动过程IdLntIdOIdma)带电流截止负反馈的单闭环调速系统带电流截止负反馈的单闭环调速系统图图2-1直流调速系统
4、起动过程的电流和转速波形直流调速系统起动过程的电流和转速波形2).理想的起动过程理想的起动过程IdLntIdOIdmIdcr运动控制系统06 性能比较性能比较v带电流截止负反馈的带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统起动过程如图起动过程如图所示，所示，起动电流达到最大值起动电流达到最大值Idm 后，受电流负反后，受电流负反馈的作用降低下来，馈的作用降低下来，电机的电磁转矩也随电机的电磁转矩也随之减小，加速过程延之减小，加速过程延长。长。 IdLntIdOIdmIdcr图图2-1a)带电流截止负反馈带电流截止负反馈的单闭环调速系统的单闭环调速系统运动控制系统06性能比较（续）性能
5、比较（续）v理想起动过程波形理想起动过程波形如图，这时，起动如图，这时，起动电流呈方形波，转电流呈方形波，转速按线性增长。这速按线性增长。这是在最大电流（转是在最大电流（转矩）受限制时调速矩）受限制时调速系统所能获得的最系统所能获得的最快的起动过程。快的起动过程。IdLntIdOIdm图图2-1b)理想的快速起动过程理想的快速起动过程运动控制系统063).解决思路解决思路 为了实现在允许条件下的最快起动，为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程。的恒流过程。按照反馈控制规律，按照反馈控制规律，采用某个物理采用某个物理量
6、的负反馈就可以保持该量基本不变量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。似的恒流过程。运动控制系统06 现在的问题是，我们希望能实现控制：现在的问题是，我们希望能实现控制：起动过程，只有电流负反馈，没有转速起动过程，只有电流负反馈，没有转速负反馈；负反馈；稳态时，只有转速负反馈，没有电流负稳态时，只有转速负反馈，没有电流负反馈。反馈。怎样才能做到这种既存在转速和电流两怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈，又使它们只能分别在不同的阶种负反馈，又使它们只能分别在不同的阶段里起作用呢？段里起作用呢？运动控制系统062.1
7、.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成转速、电流双闭环直流调速系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图所示。套（或称串级）联接如下图所示。运动控制系统06TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG+图图2-2转速、电流双闭环直流调速系统结构转速、电流双闭环直流调速系统结构 1).系统的组成系
8、统的组成ASR转速调节器 ACR电流调节器 TG测速发电机TA电流互感器 UPE电力电子变换器内环外 环运动控制系统06 图中，把转速调节器的输出当作电图中，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出去控制电力电子变换器UPE。从闭环。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。转速环在外边，称作外环。这就形成了这就形成了转速、电流双闭环调速转速、电流双闭环调速系统。系统。运动控制系统062).系统电路结构系统电路结构 为了获得良好的静、动态性能，转速为了获得良好的静
9、、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用和电流两个调节器一般都采用PI调节器，调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图示于下图。图中标出了两个调节器输理图示于下图。图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压电子变换器的控制电压Uc为正电压的情况为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。运动控制系统06系统原理图系统原理图图图2-3双闭环直流调速系统电路原理图双闭环直流调速系统电路原理图 +-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0
10、UcUiTALIdRiCiUd+-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLMMTGUPE运动控制系统06 图中表出，两个调节器的输出都是图中表出，两个调节器的输出都是带限幅作用的。带限幅作用的。v转速调节器转速调节器ASR的输出限幅电压的输出限幅电压U*im决定决定了电流给定电压的最大值；了电流给定电压的最大值；v电流调节器电流调节器ACR的输出限幅电压的输出限幅电压Ucm限制限制了电力电子变换器的最大输出电压了电力电子变换器的最大输出电压Udm。运动控制系统063).限幅电路限幅电路二极管钳位的外限幅电路二极管钳位的外限幅电路C1R1R0RlimVD1VD2运动控制系统06限
11、幅电路（续）限幅电路（续） 稳压管钳位的内限幅电路稳压管钳位的内限幅电路R1C1VS1VS2R0Rlim运动控制系统064).电流检测电路电流检测电路电流检测电路电流检测电路TA电流互感器电流互感器TA运动控制系统062.1.2稳态结构图和静特性稳态结构图和静特性 为了分析双闭环调速系统的静特性，为了分析双闭环调速系统的静特性，必须先绘出它的稳态结构图，如下图。必须先绘出它的稳态结构图，如下图。它可以很方便地根据上图的原理图画出它可以很方便地根据上图的原理图画出来，只要注意用带限幅的输出特性表示来，只要注意用带限幅的输出特性表示PI调节器就可以了。分析静特性的关键调节器就可以了。分析静特性的关
12、键是掌握这样的是掌握这样的PI调节器的稳态特征调节器的稳态特征。运动控制系统061).系统稳态结构图系统稳态结构图图图2-4双闭环直流调速系统的稳态结构图双闭环直流调速系统的稳态结构图 转速反馈系数转速反馈系数; 电流反馈系数电流反馈系数 Ks 1/CeU*nUcIdEnUd0Un+-ASR+U*i- R ACR-UiUPE运动控制系统062).限幅作用限幅作用 存在两种状况：存在两种状况：v饱和饱和输出达到限幅值输出达到限幅值 当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器
13、退出饱和；换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入出饱和；换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的联系，和输出间的联系，相当于使该调节环开环相当于使该调节环开环。v不饱和不饱和输出未达到限幅值输出未达到限幅值 当调节器不饱和时，正如当调节器不饱和时，正如1.61.6节中所阐明的那样，节中所阐明的那样，PI PI 作用使输入偏差电压在稳态时总是零。作用使输入偏差电压在稳态时总是零。运动控制系统063).系统静特性系统静特性实际上，在正常运行实际上，在正常运行时，电流调节器是不时，电流调节器是不会达到饱和状态的。会达到饱和状态的。因此，对于静特性来因此，对于静特性来说，只有转速调节器说，只有转速
14、调节器饱和与不饱和两种情饱和与不饱和两种情况。况。双闭环直流调速双闭环直流调速系统的静特性如图所系统的静特性如图所示，示，图图2-5双闭环直流调速系统的静特性双闭环直流调速系统的静特性 n0IdIdmIdnomOnABC运动控制系统06（1）转速调节器不饱和）转速调节器不饱和式中式中 ， 转速和电流反馈系数。转速和电流反馈系数。由第一个关系式可得由第一个关系式可得 从而得到上图静特性的从而得到上图静特性的CA段段。 (2-1) 运动控制系统06n 静特性的水平特性静特性的水平特性 与此同时，由于与此同时，由于ASR不饱和，不饱和，U*iU*im，从上述第二个关系式可知，从上述第二个关系式可知:
15、IdIdm。这就是说，这就是说，CA段静特性从理想空载段静特性从理想空载状态的状态的Id=0一直延续到一直延续到Id=Idm，而，而Idm一般都是大于额定电流一般都是大于额定电流IdN 的。这就是的。这就是静特性的运行段，它是静特性的运行段，它是水平的特性水平的特性。 运动控制系统06（2）转速调节器饱和转速调节器饱和 这时，这时，ASR输出达到限幅值输出达到限幅值U*im，转速外环，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时节系统。稳态时 式中，
16、最大电流式中，最大电流Idm 是由设计者选定的，取决于是由设计者选定的，取决于电机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速电机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度。度。(2-2) 运动控制系统06n 静特性的垂直特性静特性的垂直特性 式（式（2-2）所描述的静特性是上图中）所描述的静特性是上图中的的AB段，它是段，它是垂直的特性垂直的特性。这样的下垂特性只适合于这样的下垂特性只适合于nn0，则，则UnU*n，ASR将退出饱和状态。将退出饱和状态。 运动控制系统064).两个调节器的作用两个调节器的作用v双闭环调速系统的静特性在负载电流小双闭环调速系统的静特性在负载电流小于于Idm时表现为转速
17、无静差，这时，转速时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。负反馈起主要调节作用。v当负载电流达到当负载电流达到Idm 后，转速调节器饱后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。保护。运动控制系统06 这就是采用了两个这就是采用了两个PI调节器分别形调节器分别形成内、外两个闭环的效果。这样的静特成内、外两个闭环的效果。这样的静特性显然比带电流截止负反馈的单闭环系性显然比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。然而实际上运算放大器的统静特性好。然而实际上运算放大器的开环放大
18、系数并不是无穷大，特别是为开环放大系数并不是无穷大，特别是为了避免零点飘移而采用了避免零点飘移而采用“准准PI调节器调节器”时，时，静特性的两段实际上都略有很小的静差，静特性的两段实际上都略有很小的静差，如上图中虚线所示。如上图中虚线所示。 运动控制系统062.1.3各变量的稳态工作点和稳态参数计算各变量的稳态工作点和稳态参数计算 双闭环调速系统在稳态工作中，当两个双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系 (2-3) (2-5) (2-4) 运动控制系统06 上述关系表明，在稳态工作点上，上述关系表明，在稳态工作点上，转速转
19、速n 是由给定电压是由给定电压U*n决定的；决定的；ASR的输出量的输出量U*i是由负载电流是由负载电流IdL决定的；决定的；控制电压控制电压Uc 的大小则同时取决于的大小则同时取决于n 和和Id，或者说，同时取决于或者说，同时取决于U*n 和和IdL。运动控制系统06 这些关系反映了这些关系反映了PI调节器不同于调节器不同于P调节器的特点。比例环节的输出量总是调节器的特点。比例环节的输出量总是正比于其输入量，而正比于其输入量，而PI调节器则不然，调节器则不然，其输出量的稳态值与输入无关，而是由其输出量的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。后面需要它后面环节的需要决定的。后面需要P
20、I调节器提供多么大的输出值，它就能提调节器提供多么大的输出值，它就能提供多少，直到饱和为止。供多少，直到饱和为止。运动控制系统06n 反馈系数计算反馈系数计算 鉴于这一特点，双闭环调速系统的稳态参鉴于这一特点，双闭环调速系统的稳态参数计算与单闭环有静差系统完全不同，而是数计算与单闭环有静差系统完全不同，而是和无静差系统的稳态计算相似，即根据各调和无静差系统的稳态计算相似，即根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数： 转速反馈系数转速反馈系数 电流反馈系数电流反馈系数 (2-6) (2-7) 运动控制系统06 两个给定电压的最大值两个给定电压的最大值U*n
21、m和和U*im由设由设计者选定，设计原则如下：计者选定，设计原则如下：vU*nm受运算放大器允许输入电压和稳压电受运算放大器允许输入电压和稳压电源的限制；源的限制；vU*im为为ASR的输出限幅值的输出限幅值。运动控制系统062.2双闭环直流调速系统的数学模型双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析和动态性能分析本节提要本节提要v双闭环直流调速系统的动态数学模型双闭环直流调速系统的动态数学模型v起动过程分析起动过程分析v动态抗扰性能分析动态抗扰性能分析v转速和电流两个调节器的作用转速和电流两个调节器的作用运动控制系统062.2.1双闭环直流调速系统的动态数学模型双闭环直流调速系统的动态数学模
22、型 在单闭环直流调速系统动态数学在单闭环直流调速系统动态数学模型的基础上，考虑双闭环控制的结模型的基础上，考虑双闭环控制的结构，即可绘出双闭环直流调速系统的构，即可绘出双闭环直流调速系统的动态结构图，如下图所示。动态结构图，如下图所示。运动控制系统061).系统动态结构系统动态结构图图2-6双闭环直流调速系统的动态结构图双闭环直流调速系统的动态结构图U*n Uc-IdLnUd0Un+- +-UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E运动控制系统062).数学模型数学模型 图中图中WASR(s)和和WACR(s)分别表示转速分别表示转速调节器
23、和电流调节器的传递函数。如果调节器和电流调节器的传递函数。如果采用采用PI调节器，则有调节器，则有 运动控制系统062.2.2起动过程分析起动过程分析 前已指出，设置双闭环控制的一个前已指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近理想起动过程，重要目的就是要获得接近理想起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要首先探讨它的起动过程。时，有必要首先探讨它的起动过程。双闭环直流调速系统突加给定电压双闭环直流调速系统突加给定电压U*n由静止状态起动时，转速和电流的动由静止状态起动时，转速和电流的动态过程示于下图。态过程示于下图。运动控制系统06图图2
24、-7双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形 n OOttIdm IdL Id n* IIIIIIt4 t3 t2 t1 运动控制系统061).起动过程起动过程 由于在起动过程中转速调节器由于在起动过程中转速调节器ASR经经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的个动态过程就分成图中标明的I、II、III三个阶段。三个阶段。 运动控制系统06第第I阶段阶段 电流上升的阶段（电流上升的阶段（0t1）v突加给定电压突加给定电压U*n后，后，Id上升，当上升，当Id 小小于负载电流于负载电流IdL时，电
25、机还不能转动。时，电机还不能转动。v当当IdIdL 后，电机开始起动，由于机电后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转速不会很快增长，因而转惯性作用，转速不会很快增长，因而转速调节器速调节器ASR的输入偏差电压的数值仍的输入偏差电压的数值仍较大，其输出电压保持限幅值较大，其输出电压保持限幅值U*im，强，强迫电流迫电流Id迅速上升。迅速上升。运动控制系统06IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第第I阶段（续）阶段（续）运动控制系统06第第I阶段（续）阶段（续）v直到，直到，Id=Idm，Ui =U*im 电流调节器电流调节器很快就压制很快就压制Id 了的增
26、长，标志着这一了的增长，标志着这一阶段的结束。阶段的结束。在这一阶段中，在这一阶段中，ASR很快进入并保很快进入并保持饱和状态，而持饱和状态，而ACR一般一般不饱和。不饱和。运动控制系统06第第II阶段阶段 恒流升速阶段（恒流升速阶段（t1t2） v在这个阶段中，在这个阶段中，ASR始终是饱和的，转始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒值电流速环相当于开环，系统成为在恒值电流U*im给定下的电流调节系统，基本上保给定下的电流调节系统，基本上保持电流持电流Id 恒定，因而系统的加速度恒恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长。定，转速呈线性增长。运动控制系统06n IdL Id n* I
27、dm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第第II阶段（续）阶段（续）运动控制系统06第第II阶段（续）阶段（续）v与此同时，电机的反电动势与此同时，电机的反电动势E 也按线性增长，也按线性增长，对电流调节系统来说，对电流调节系统来说，E 是一个线性渐增的是一个线性渐增的扰动量，为了克服它的扰动，扰动量，为了克服它的扰动，Ud0和和Uc 也也必须基本上按线性增长，才能保持必须基本上按线性增长，才能保持Id 恒定。恒定。v当当ACR采用采用PI调节器时，要使其输出量按调节器时，要使其输出量按线性增长，其输入偏差电压必须维持一定线性增长，其输入偏差电压必须维持一定的恒值，也就是说，的恒值，
28、也就是说， Id 应略低于应略低于Idm。运动控制系统06第第II阶段（续）阶段（续） 恒流升速阶段是起动过程中的主要阶段。恒流升速阶段是起动过程中的主要阶段。为了保证电流环的主要调节作用，在起为了保证电流环的主要调节作用，在起动过程中动过程中ACR是不应饱和的，电力电子装是不应饱和的，电力电子装置置UPE的最大输出电压也须留有余地，这的最大输出电压也须留有余地，这些都是设计时必须注意的。些都是设计时必须注意的。运动控制系统06第第阶段阶段 转速调节阶段（转速调节阶段（t2以后）以后） v当转速上升到给定值时，转速调节器当转速上升到给定值时，转速调节器ASR的输入偏差减少到零，但其输出却由于积
29、的输入偏差减少到零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值分作用还维持在限幅值U*im，所以电机仍，所以电机仍在加速，使转速超调。在加速，使转速超调。v转速超调后，转速超调后，ASR输入偏差电压变负，使输入偏差电压变负，使它开始退出饱和状态，它开始退出饱和状态，U*i 和和Id 很快下降。很快下降。但是，只要但是，只要Id 仍大于负载电流仍大于负载电流IdL，转速，转速就继续上升。就继续上升。运动控制系统06IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第第阶段（续）阶段（续）运动控制系统06第第阶段（续）阶段（续）v直到直到Id =IdL时，时，转矩转矩Te=TL
30、，则，则dn/dt =0，转速，转速n才到达峰值才到达峰值（t =t3时）。时）。IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt运动控制系统06第第阶段（续）阶段（续）此后，电动机开此后，电动机开始在负载的阻力始在负载的阻力下减速，与此相下减速，与此相应，在一小段时应，在一小段时间内（间内（t3t4），），Id IdL ，直到稳，直到稳定，如果调节器定，如果调节器参数整定得不够参数整定得不够好，也会有一些好，也会有一些振荡过程。振荡过程。IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt运动控制系统06第第阶段（续）阶段（续） 在这最后的
31、转速调节阶段内，在这最后的转速调节阶段内，ASR和和ACR都不饱和，都不饱和，ASR起主导的转速调起主导的转速调节作用，而节作用，而ACR则力图使则力图使Id 尽快地跟随尽快地跟随其给定值其给定值U*i ，或者说，电流内环是一，或者说，电流内环是一个电流随动子系统。个电流随动子系统。 运动控制系统062).分析结果分析结果 综上所述，双闭环直流调速系统的综上所述，双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：起动过程有以下三个特点：（1）饱和非线性控制；饱和非线性控制；（2）转速超调；转速超调；（3）准时间最优控制准时间最优控制。 运动控制系统06（1）饱和非线性控制饱和非线性控制 根据根据AS
32、R的饱和与不饱和，整个系统的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态：处于完全不同的两种状态：当当ASR饱和时，转速环开环，系统表现饱和时，转速环开环，系统表现为恒值电流调节的单闭环系统；为恒值电流调节的单闭环系统；当当ASR不饱和时，转速环闭环，整个系不饱和时，转速环闭环，整个系统是一个无静差调速系统，而电流内环统是一个无静差调速系统，而电流内环表现为电流随动系统表现为电流随动系统。运动控制系统06（2）转速超调）转速超调 由于由于ASR采用了饱和非线性控制，起采用了饱和非线性控制，起动过程结束进入转速调节阶段后，必须使动过程结束进入转速调节阶段后，必须使转速超调，转速超调，ASR的输入
33、偏差电压的输入偏差电压Un 为为负值，才能使负值，才能使ASR退出饱和。退出饱和。这样，采用这样，采用PI调节器的双闭环调速系调节器的双闭环调速系统的转速响应必然有超调。统的转速响应必然有超调。运动控制系统06（3）准时间最优控制）准时间最优控制 起动过程中的主要阶段是第起动过程中的主要阶段是第II阶段的阶段的恒流升速，它的特征是电流保持恒定。一恒流升速，它的特征是电流保持恒定。一般选择为电动机允许的最大电流，以便充般选择为电动机允许的最大电流，以便充分发挥电动机的过载能力，使起动过程尽分发挥电动机的过载能力，使起动过程尽可能最快。可能最快。这阶段属于有限制条件的最短时间控制这阶段属于有限制条
34、件的最短时间控制。因此，整个起动过程可看作为是一个准。因此，整个起动过程可看作为是一个准时间最优控制。时间最优控制。运动控制系统06 最后，应该指出，对于不可逆的电最后，应该指出，对于不可逆的电力电子变换器，双闭环控制只能保证良力电子变换器，双闭环控制只能保证良好的起动性能，却不能产生回馈制动，好的起动性能，却不能产生回馈制动，在制动时，当电流下降到零以后，只好在制动时，当电流下降到零以后，只好自由停车。必须加快制动时，只能采用自由停车。必须加快制动时，只能采用电阻能耗制动或电磁抱闸。电阻能耗制动或电磁抱闸。运动控制系统062.2.3动态抗扰性能分析动态抗扰性能分析 一般来说，双闭环调速系统具
35、有比一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能。对于调速系统，最较满意的动态性能。对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。主要是抗重要的动态性能是抗扰性能。主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。负载扰动和抗电网电压扰动的性能。运动控制系统06 1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/R Tl s+1R TmsKsTss+1ACR U*iUi-EId1).抗负载扰动抗负载扰动IdL直流调速系统的动态抗负载扰作用直流调速系统的动态抗负载扰作用运动控制系统06抗负载扰动（续）抗负载扰动（续） 由动态结构图中可以看出，负载扰由动态结构图中可以看出，负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速动作用
36、在电流环之后，因此只能靠转速调节器调节器ASR来产生抗负载扰动的作用。来产生抗负载扰动的作用。在设计在设计ASR时，应要求有较好的抗扰性时，应要求有较好的抗扰性能指标。能指标。 运动控制系统06图图2-8直流调速系统的动态抗扰作用直流调速系统的动态抗扰作用a)单闭环系统单闭环系统2).抗电网电压扰动抗电网电压扰动UdU*n-IdLUn+-ASR 1/CenUd01/R Tl s+1R TmsIdKsTss+1-E运动控制系统06抗电网电压扰动（续）抗电网电压扰动（续）-IdLUdb)双闭环系统双闭环系统Ud电网电压波动在整流电压上的反映电网电压波动在整流电压上的反映 1/CeU*nnUd0Un
37、+-ASR1/R Tl s+1R TmsIdKsTss+1ACR U*iUi-E运动控制系统063).对比分析对比分析v在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环用点离被调量较远，调节作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。扰动的性能要差一些。v双闭环系统中，由于增设了电流内环，电双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，
38、抗扰性能大有改善。回来，抗扰性能大有改善。运动控制系统064).分析结果分析结果 因此，在双闭环系统中，由电网因此，在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会比单电压波动引起的转速动态变化会比单闭环系统小得多。闭环系统小得多。运动控制系统062.2.4转速和电流两个调节器的作用转速和电流两个调节器的作用 综上所述，转速调节器和电流调综上所述，转速调节器和电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用节器在双闭环直流调速系统中的作用可以分别归纳如下：可以分别归纳如下： 运动控制系统061).转速调节器的作用转速调节器的作用 （1）转速调节器是调速系统的主导调节）转速调节器是调速系统的主导调节器，
39、它使转速器，它使转速n 很快地跟随给定电压变很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。调节器，则可实现无静差。（2）对负载变化起抗扰作用。）对负载变化起抗扰作用。（3）其输出限幅值决定电机允许的最大）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。电流。运动控制系统062).电流调节器的作用电流调节器的作用（1 1）作为内环的调节器，在外环转速的调节）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。（即外环调节器的输出量）变化。（2
40、2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。（3 3）在转速动态过程中，保证获得电机允许）在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。的最大电流，从而加快动态过程。（4 4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流）当电机过载甚至堵转时，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。这个作用对系统的失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。可靠运行来说是十分重要的。运动控制系统06作业作业v课外作业：课外作业：P：94v2-2v2-8v课内作业：课内作业： 双闭环直流调速系统的起动过程具有哪双闭环直流调速系统的起动过程具有哪几个特点？几个特点？运动控制系统06此课件下载可自行编辑修改，供参考！此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢你的支持，我们会努力做得更好！感谢你的支持，我们会努力做得更好！
