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1、直流部分复习1.开环机械特性；闭环静特性2.闭环系统参数变化对速度的影响3.PI调节器的特性及在双闭环系统中的作用4.典，型系统的特点及设计5.可逆系统的环流及抑制6.可逆系统的制动过程（三个阶段）7.单闭环系统参数计算（D，S，Kp等计算）8.双闭环系统设计9/21/20241直流调速系统直流调速系统电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统 运动控制系统运动控制系统第 1 篇9/21/20242根据直流电机转速方程 q 直流调速方法直流调速方法有三种方法调节电动机的转速：（1）调节电枢供电电压）调节电枢供电电压 U； （2）减弱励磁磁通）减弱励磁磁通 ； （3）改变电枢回路电阻）改变电枢回路
2、电阻 R。9/21/20243第第2章章 转速反馈控制的直流调速系统转速反馈控制的直流调速系统 电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统 运动控制系统运动控制系统9/21/20244内 容 提 要直流调速系统用的可控直流电源稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性 转速反馈控制的直流调速系统 直流调速系统的数字控制 转速反馈控制直流调速系统的限流保护 转速反馈控制直流调速系统的仿真9/21/202452.1.1晶闸管整流器-电动机系统图21晶闸管整流器-电动机调速系统（V-M系统）原理图9/21/20246在理想情况下，Ud和Uc之间呈线性关系：（2-1）式中，Ud平均整流电压，Uc控制电压，
3、Ks晶闸管整流器放大系数。9/21/20247(2-2)式中E电动机反电动势(V)；id整流电流瞬时值(A)；L主电路总电感(H)； R主电路总电阻(),；瞬时电压平衡方程式9/21/20248图2-2V-M系统主电路的等效电路图9/21/202493晶闸管整流器-电动机系统的机械特性当电流波形连续时，V-M系统的机械特性方程式为（2-7）式中，Ce电动机在额定磁通下的电动势系数9/21/202410图2-5电流连续时V-M系统的机械特性9/21/202411图26V-M系统机械特性在电流连续区，显示出较硬的机械特性；在电流断续区，机械特性很软，理想空载转速翘得很高。 9/21/202412传
4、递函数的近似处理按泰勒级数展开，可得 n 依据工程近似处理的原则，可忽略高次项，把整流装置近似看作一阶惯性环节 （2-16） 9/21/202413图29晶闸管触发与整流装置动态结构图准确的近似的9/21/202414转速控制的要求和稳态调速性能指标转速控制的要求和稳态调速性能指标1、调速范围调速范围生产机械要求电动机提供的最高转速nmax和最低转速nmin之比称为调速范围，用字母D表示，即（2-27）nmax和nmin是电动机在额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的机械，也可用实际负载时的最高和最低转速。9/21/2024152、静差率静差率s当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载
5、增加到额定值所对应的转速降落nN与理想空载转速n0之比：（2-28）用百分数表示（2-29）9/21/202416静差率与机械特性硬度的区别图2-14不同转速下的静差率特性a和b的硬度相同，特性a和b额定速降相同，特性a和b的静差率不相同。9/21/2024173.调速范围、静差率和额定速降之间的关系（2-30）对于同一个调速系统，nN值是定值。要求s值越小时，系统能够允许的调速范围D也越小。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。9/21/202418图215开环调速系统的原理图2.2.2 直流调速系统的机械特性直流调速系统的机械特性9/21/202419机械
6、特性机械特性 开环调速系统中各环节的稳态关系如下：电力电子变换器直流电动机 开环调速系统的机械特性为 （2-31） 9/21/202420图2-16开环调速系统稳态结构图9/21/2024212.3.1转速反馈控制直流调速系统的数学模型图2-18带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图1转速反馈控制直流调速系统的静特性9/21/202422 稳态关系稳态关系电压比较环节比例调节器测速反馈环节电力电子变换器直流电动机Kp比例调节器的比例系数 转速反馈系数（Vmin/r）9/21/202423静特性方程式（2-32）式中: 闭环系统的开环 放大系数 闭环调速系统的静特性静特性表示闭环系统电动机转速与
7、负载电流（或转矩）间的稳态关系。 9/21/202424图2-17开环直流调速系统的机械特性9/21/202425KpKs 1/CeU*nUcUnEnUd0Un+- IdR-UnKs闭环系统的稳态结构框图图2-19转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图（a）闭环调速系统9/21/202426比例放大器的传递函数 电力电子变换器的传递函数测速反馈的传递函数(2-33)（2-42）(2-43)2转速反馈控制直流调速系统的动态数学模型9/21/202427图2-20他励直流电动机在额定励磁下的等效电路假定主电路电流连续，动态电压方程动态电压方程：(2-34)忽略粘性摩擦及弹性转矩，电动机轴上的动力学方
8、程动力学方程：(2-35)9/21/202428额定励磁下的感应电动势感应电动势和电磁转矩电磁转矩分别为(2-36)(2-37)包括电动机空载转矩在内的负载转矩，（Nm）电力拖动装置折算到电动机轴上的飞轮惯量，(Nm2)电动机额定励磁下的转矩系数，(Nm/A)再定义下列时间常数：电枢回路电磁时间常数(s)电力拖动系统机电时间常数(s)9/21/202429直流电动机有两个输入量两个输入量：一个是施加在电枢上的理想空载电压Ud0，是控制输入量，另一个是负载电流IdL，是扰动输入量。如果不需要在结构图中显现出电流，可将扰动量的综合点移前，再进行等效变换，得图2-22。9/21/202430额定励磁
9、下的直流电动机是一个二阶线性环节，时间常数Tm表示机电惯性时间常数Tl表示电磁惯性。图2-22直流电动机动态结构框图的变换9/21/202431图2-23转速反馈控制直流调速系统的动态结构框图由图可见，将电力电子变换器按一阶惯性环节处理后，带比例放大器的闭环直流调速系统可以看作是一个三阶线性系统。9/21/2024322.3.2比例控制的直流调速系统1开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系开环机械特性为(2-46)式中，表示开环系统的理想空载转速，表示开环系统的稳态速降。比例控制闭环系统的静特性为(2-47)式中，表示闭环系统的理想空载转速，表示闭环系统的稳态速降。9/21/20243
10、3（1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多在同样的负载扰动下，开环系统的转速降落闭环系统的转速降落它们的关系是(2-48)9/21/202434（2）闭环系统的静差率要比开环系统小得多闭环系统的静差率为开环系统的静差率为当时，（2-49）9/21/202435（3）如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围如果电动机的最高转速都是nN，最低速静差率都是s，可得开环时，闭环时，得到（2-50）9/21/202436结论结论2：把以上三点概括起来，可得下述结论： 比值控制的直流闭环调速系统可以获得比值控制的直流闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而比开环调速系
11、统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及转速检测与反馈装置。电压放大器以及转速检测与反馈装置。 9/21/202437图2-24闭环系统静特性和开环系统机械特性的关系闭环系统静特性和开环机械特性9/21/2024382反馈控制规律（1）比例控制的反馈控制系统是）比例控制的反馈控制系统是被调量有静差被调量有静差的的控制系统控制系统比例控制反馈控制系统的开环放大系数值越大，系统的稳态性能越好。但只要比例放大系数Kp常数，开环放大系数K，反馈控制就只能减小稳态
12、误差，而不能消除它，这样的控制系统叫做有静差控制系统。比例控制的闭环直流调速系统是一种基本的反馈控制系统，它具有以下三个基本特征，也就是反馈控制的基本规律，9/21/202439（2）反馈控制系统的作用是：）反馈控制系统的作用是：抵抗扰动抵抗扰动, 服从给定服从给定反馈控制系统具有良好的抗扰性能，它能有效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道前向通道上的扰动作用，对于给定作用的变化唯命是从。扰动除给定信号外，作用在控制系统各环节上的一切会引起输出量变化的因素都叫做“扰动作用”。9/21/202440调速系统的扰动源负载变化的扰动（使Id变化）；交流电源电压波动的扰动（使Ks变化）；电动机励磁的变
13、化的扰动（造成Ce变化）；放大器输出电压漂移的扰动（使Kp变化）；温升引起主电路电阻增大的扰动（使R变化）；检测误差的扰动（使变化）。在图2-25中，各种扰动作用都在稳态结构框图上表示出来了，所有这些因素最终都要影响到转速。9/21/202441图2-25闭环调速系统的给定作用和扰动作用9/21/202442n结论3：反馈控制系统的规律是：一方面能反馈控制系统的规律是：一方面能够有效地抑制一切被包在负反馈环内够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向通道上前向通道上的扰动作用；另一方面，的扰动作用；另一方面，则紧紧地跟随着给定作用，对给定信则紧紧地跟随着给定作用，对给定信号的任何变化都是唯命是从的。
14、号的任何变化都是唯命是从的。9/21/202443（3）系统的精度依赖于给定和反馈检测的精）系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度度反馈控制系统无法鉴别是对给定电压的正常调节还是不应有的给定电压的电源波动。反馈检测装置的误差也是反馈控制系统无法克服的。现代调速系统的发展趋势是用数字给定和数字测速来提高调速系统的精度。 9/21/2024442.3.3比例积分控制的无静差直流调速系统比例与积分控制的比较 比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状；而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。比例积分控制规律比例积分控制规律 比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点，
15、扬长避短，互相补充。比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。n在比例控制直流V-M调速系统中，稳态性能和动态稳定性的要求常常是互相矛盾的。9/21/202445在t=0时就有Uex(t)=KpUin，实现了快速控制；随后Uex(t)按积分规律增长，在t=t1时，Uin=0，图2-29PI调节器的输入输出特性9/21/202446在闭环调速系统中，采用PI调节器输出部分Uc由两部分组成，比例部分和Un成正比，积分部分表示了从t=0到此时刻对Un(t)的积分值，Uc是这两部分之和。图2-30闭环系统中PI调节器的输入和输出动态过程9/21/2024472.5转速反馈控制直流调速系统
16、的限流保护2.5.1 转速反馈控制直流调速系统的过流问题转速反馈控制直流调速系统的过流问题在转速反馈控制直流调速系统上突加给定电压时，电枢电压立即达到它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，会造成电动机过流。当直流电动机被堵转时，电流将远远超过允许值。如果只依靠过流继电器或熔断器来保护，过载时就跳闸。9/21/202448解决办法解决办法系统中必须有自动限制电枢电流的环节。引入电流负反馈，可以使它不超过允许值。但这种作用只应在起动和堵转时存在，在正常的稳速运行时又得取消。当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈，叫做电流截止负反馈。9/21/202449图2-40带电流截止负反馈的闭环直流调速
17、系统稳态结构框图2带电流截止负反馈比例控制闭环直流调速系统的稳态结构框图和静特性系统稳态结构9/21/202450图2-41带电流截止负反馈比例控制闭环直流调速系统的静特性CA段:（2-32）电流负反馈被截止AB段:（2-94）电流负反馈起作用9/21/2024513带电流截止的无静差直流调速系统图2-42无静差直流调速系统9/21/202452图2-43无静差直流调速系统稳态结构框图（IdIdcr）转速反馈系数(2-99)式中nmax电动机调压时的最高转速；U*nmax相应的最高给定电压。9/21/202453图2-44带电流截止的无静差直流调速系统的静特性带电流截止的无静差直流调速系统的静
18、特性9/21/202454第第3章章 转速、电流反馈控制转速、电流反馈控制的直流调速系统的直流调速系统 电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统 运动控制系统运动控制系统9/21/2024553.1.1转速、电流反馈控制直流调速系统的组成实现方法实现方法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。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、电流反馈控制直流调速系统（简称双闭环系统）。9/21/2024563.1.2稳态结构图与参数计算图3-2 转速
19、、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9/21/2024571.稳态结构图和静特性转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm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，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；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。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 。9/21/202458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
20、馈系数n稳态结构图9/21/202459n限幅作用存在两种状况：饱和输出达到限幅值当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的联系，相当于使该调节环开环。不饱和输出未达到限幅值当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压在稳态时总是零。9/21/202460n系统静特性（1）转速调节器不饱和图2-5双闭环直流调速系统的静特性n0IdIdmIdNOnABC（2）转速调节器饱和则得静特性的CA段则得静特性的AB段9/21/2024612. 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
21、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 (3-3)(3-5)(3-4)9/21/202462上述关系表明，在稳态工作点上，转速n 是由给定电压U*n决定的；ASR的输出量:U*i是由负载电流IdL决定的；ACR的输出量:控制电压Uc的大小则同时取决于n 和Id，或者说，同时取决于U*n 和IdL。9/21/202463nPI调节器不同于P调节器的特点。P调节器的输出量总是正比于其输入量，PI调节器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PI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。9/21/202464n反馈系数计算鉴于这一特点
22、，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： 转速反馈系数 电流反馈系数(3-6)(3-7)9/21/2024653.2转速、电流反馈控制直流调速系统的数学模型与动态过程分析3.2.1转速、电流反馈控制直流调速系统的动态数学模型图3-5 双闭环直流调速系统的动态结构图1. 系统动态结构9/21/2024662.调节器的数学模型图中WASR(s)和WACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。如果采用PI调节器，则有9/21/202467转速、电流反馈控制直流调速系统的动态过程分析对调速系统而
23、言，被控制的对象是转速。跟随性能可以用阶跃给定下的动态响应描述。能否实现所期望的恒加速过程，最终以时间最优的形式达到所要求的性能指标，是设置双闭环控制的一个重要的追求目标。9/21/202468图3-6双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形n OOttIdm IdL Id n* IIIIIIt4 t3 t2 t1 1. 起动过程分析起动过程分析9/21/2024692）分析结果双闭环直流调速系统的起动过程有三个特点：（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。1） 起动过程由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种
24、情况，整个动态过程就分成图中标明的I（电流上升）、II （恒流升速） 、III （转速调整）三个阶段。9/21/2024702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。9/21/202471（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9/21/202472（2）抗电网电压扰动电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，使抗扰性能得
25、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9/21/202473n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。9/21/202474n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
26、失，系统立即自动恢复正常。9/21/2024753.3转速、电流反馈控制直流调速系统的设计3.3.1控制系统的动态性能指标在控制系统中设置调节器是为了改善系统的静、动态性能。控制系统的动态性能指标包括：u对给定输入信号的跟随性能指标u对扰动输入信号的抗扰性能指标9/21/2024761、跟随性能指标在给定信号或参考输入信号的作用下，系统输出量的变化情况可用跟随性能指标来描述。通常以输出量的初始值为零，给定信号阶跃变化下的过渡过程作为典型的跟随过程，此跟随过程的输出量动态响应称作阶跃响应。常用的阶跃响应跟随性能指标有上升时间、超调量和调节时间。 9/21/202477图3-8典型的阶跃响应过程和
27、跟随性能指标上升时间峰值时间调节时间超调量1、跟随性能指标9/21/202478跟随性能指标：跟随性能指标：tr 上升时间：反映动态响应的快速性 超调量：反映系统的相对稳定性ts 调节时间：反映系统的快速性和稳定性9/21/2024792抗扰性能指标当调速系统在稳定运行中，突加一个使输出量降低（或上升）的扰动量F之后，输出量由降低（或上升）到恢复到稳态值的过渡过程就是一个抗扰过程。常用的抗扰性能指标为动态降落和恢复时间。9/21/202480图3-9突加扰动的动态过程和抗扰性能指标动态降落恢复时间9/21/202481抗扰性能指标标志着控制系统抵抗扰动的能力。抗扰性能指标：Cmax 动态降落
28、tv 恢复时间一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态指标则以跟随性能为主。9/21/2024823.3.2调节器的工程设计方法作为典型的I型系统，其开环传递函数选择为（3-10）式中，T系统的惯性时间常数；K系统的开环增益。对数幅频特性的中频段以-20dB/dec的斜率穿越零分贝线，只要参数的选择能保证足够的中频带宽度，系统就一定是稳定的。只包含开环增益K和时间常数T两个参数，时间常数T往往是控制对象本身固有的，唯一可变的只有开环增益唯一可变的只有开环增益K 。设计时，需要按照性能指标选择参数K的大小。1典型型系统9/21/202483图3-10 典型型系统(a)闭环系统
29、结构图(b)开环对数频率特性9/21/202484（1）动态跟随性能指标 具体选择参数时，应根据系统工艺要求选择参数以满足性能指标。参数关系KT0.250.390.50.691.0阻尼比超调量 上升时间tr峰值时间 tp 相角稳定裕度 截止频率c1.00%76.30.243/T0.81.5%6.6T8.3T69.90.367/T0.7074.3%4.7T6.2T 65.50.455/T0.69.5%3.3T4.7T59.20.596/T0.516.3%2.4T3.2T51.80.786/T表表3-1 典型典型I型系统跟随性能指标和频域指标与参数的关系型系统跟随性能指标和频域指标与参数的关系9/
30、21/202485分析结果：由表3-1中的数据可以看出，当系统的时间常数T为已知时，随着K的增大，系统的快属性增强，而稳定性变差。 具体选择参数时，应根据系统工艺要求选择参数以满足性能指标。9/21/202486（2）动态抗扰性能指标影响到参数K的选择的第二个因素是它和抗扰性能指标之间的关系，典型型系统已经规定了系统的结构，分析它的抗扰性能指标的关键因素是扰动作用点，某种定量的抗扰性能指标只适用于一种特定的扰动作用点。9/21/20248727.8%12.6%9.3%6.5%tm /T2.83.43.84.0tv /T14.721.728.730.4表3-2典型I型系统动态抗扰性能指标与参数的
31、关系（控制结构和扰动作用点如图3-12所示）9/21/202488分析结果：由表3-2中的数据可以看出，当控制对象的两个时间常数相距较大时，动态降落减小，但恢复时间却拖得较长。9/21/2024892.典型型系统典型型系统的开环传递函数表示为（3-22）典型II型系统的时间常数T也是控制对象固有的，而待定的参数有两个：K 和 。定义中频宽：(3-23)中频宽表示了斜率为-20dB/sec的中频的宽度（对数坐标），是一个与性能指标紧密相关的参数。9/21/202490图3-13 典型型系统(a)闭环系统结构图(b)开环对数频率特性9/21/202491工程设计方法中典型型系统参数计算采用“振荡指
32、标法”中的闭环幅频特性峰值Mr最小准则，可以找到h和c 的最佳配合，可以得出以下公式：只要按照动态性能指标的要求确定了h值，就可以代入这两个公式计算K 和，并由此计算调节器的参数。（3-29） （3-30） 9/21/202492表3-4典型II型系统阶跃输入跟随性能指标（按Mrmin准则确定关系时）h345678910 tr /Tts /Tk52.6%2.412.15343.6%2.6511.65237.6%2.859.55233.2%3.010.45129.8%3.111.30127.2%3.212.25125.0%3.313.25123.3%3.3514.201以h=5的动态跟随性能比较
33、适中。9/21/202493表3-5典型II型系统动态抗扰性能指标与参数的关系（控制结构和阶跃扰动作用点如图3-15，参数关系符合最小Mr准则） h345678910 Cmax/Cbtm /T tv /T 72.2%2.4513.6077.5%2.7010.4581.2%2.858.8084.0%3.0012.9586.3%3.1516.8588.1%3.2519.8089.6%3.3022.8090.8%3.4025.859/21/202494两种系统比较比较分析的结果可以看出，典型I型系统和典型型系统除了在稳态误差上的区别以外，在动态性能中，典型典型 I 型系统在跟随性能上可以做到超调型系
34、统在跟随性能上可以做到超调小，但抗扰性能稍差，小，但抗扰性能稍差，典型典型型系统的超调量相对较大，抗扰性型系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好能却比较好。这是设计时选择典型系统的重要依据。9/21/2024953.控制对象的工程近似处理方法（1）高频段小惯性环节的近似处理 小惯性环节可以合并例如：(3-37) 近似条件(3-38) 9/21/202496（2）高阶系统的降阶近似处理 其中 a，b，c都是正系数，且bc a，即系统是稳定的。(3-41) 降阶处理： 近似条件 (3-42) (3-43) 9/21/202497（3）低频段大惯性环节的近似处理近似条件 (3-44) 例如：9/21
35、/2024983.3.3按工程设计方法设计转速、电流反馈控制直流调速系统的调节器 本节将应用前述的工程设计方法来设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器。主要内容为系统设计对象系统设计原则系统设计步骤9/21/202499-IdLUd0Un+-+-UiACR1/RTl s+1RTmsU*iUcKs Tss+1Id1Ce+E T0is+11 T0is+1ASR1 T0ns+1 T0ns+1U*nn电流内环图3-18双闭环调速系统的动态结构图 转速、电流双闭环调速系统。n系统设计对象Toi电流反馈滤波时间常数； Ton转速反馈滤波时间常数9/21/2024100n系统设计原则系统设计的一般原则：“
36、先内环后外环先内环后外环” 从内环开始，逐步向外扩展。在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。9/21/2024101设计分为以下几个步骤：1)电流环结构图的简化2)电流调节器结构的选择3)电流调节器的参数计算4)电流调节器的实现5)校验近似条件1. 电流调节器的设计电流调节器的设计（3-48） （3-）简化内容： 忽略反电动势的动态影响 等效成单位负反馈系统 小惯性环节近似处理（3-）（当i 5%，则 KITi ）9/21/2024102n 电流环设计校验近似条件1）电力电子变换器纯滞后的近似处理2）忽略反电势变化对电流环的动态影响3）电
37、流环小惯性群的近似处理9/21/2024103设计分为以下几个步骤：1转速环结构图的简化2.转速调节器结构的选择3.转速调节器参数的选择4.转速调节器的实现5.校验近似条件2. 转速调节器的设计转速调节器的设计(3-59) 简化内容： 电流环等效闭环传递函数 等效成单位负反馈系统 小惯性环节近似处理（3-61） （3-64） （3-65） （一般可选择 h =5）（3-62） 9/21/2024104n 转速环设计校验近似条件1）电流环闭环后近似为一个惯性环节的条件2）转速环二个小惯性环节合并的条件9/21/2024105转速环与电流环的关系： 外环的响应比内环慢，这是按上述工程外环的响应比内
38、环慢，这是按上述工程设计方法设计多环控制系统的特点。这样设计方法设计多环控制系统的特点。这样做，虽然不利于快速性，但每个控制环本做，虽然不利于快速性，但每个控制环本身都是稳定的，对系统的组成和调试工作身都是稳定的，对系统的组成和调试工作非常有利非常有利。 电流环的物理意义： 电流的闭环控制改造了控制对象，加快电流的闭环控制改造了控制对象，加快了电流的跟随作用，这是局部闭环（内环）了电流的跟随作用，这是局部闭环（内环）控制的一个重要功能控制的一个重要功能。 9/21/20241063转速调节器退饱和时转速超调量的计算当转速超过给定值之后，转速调节器ASR由饱和限幅状态进入线性调节状态，此时的转速
39、环由开环进入闭环控制，迫使电流由最大值Idm降到负载电流Idl。ASR开始退饱和时，由于电动机电流Id仍大于负载电流Idl，电动机继续加速，直到IdIdl时，转速才降低。这不是按线性系统规律的超调，而是经历了饱和非线性区域之后的超调，称作“退饱和超调”。9/21/2024107图3-24ASR饱和时转速环按典型II型系统设计的调速系统起动过程9/21/2024108退饱和超调量可以由表3-5列出的数据经基准值换算后求得，即 电动机允许的过载倍数，z负载系数，(3-72)9/21/2024109第第4章章 可逆控制和弱磁控制可逆控制和弱磁控制的直流调速系统的直流调速系统电力拖动自动控制系统电力拖
40、动自动控制系统 运动控制系统运动控制系统9/21/20241104.2 V-M可逆直流调速系统两组晶闸管整流装置同时工作时，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流。一般地说，环流对系统无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏，因此必须予以抑制或消除。2V-M可逆直流调速系统中的环流问题9/21/2024112图4-10反并联可逆V-M系统中的环流Id负载电流Ic环流Rrec整流装置内阻 Ra电枢电阻n环流的形成9/21/2024113环流的分类在不同情况下，会出现下列不同性质的环流：（1）静静态态环环流流两组可逆线路在一定控制角下稳定工
41、作时出现的环流，其中又有两类：直流平均环流由晶闸管装置输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流。瞬时脉动环流两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。（2）动态环流）动态环流仅在可逆V-M系统处于过渡过程中出现的环流。9/21/2024114n 直流平均环流与配合控制（1）配合控制原理在正组处于整流状态、Ud0f为正时，强迫让反组处于逆变状态，使Ud0r为负，且幅值与Ud0f相等，使逆变电压Ud0r把整流电压Ud0f顶住，则直流平均环流为零。配合控制消除直流平均环流为了更可靠地消除直流平均环流，可采用 f r 9/21/2024
42、115（2）配合控制方法为了实现=配合控制，可将两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在90。当控制电压Uc=0时，使f=r=90，此时 Ud0f=Ud0r =0，电机处于停止状态。增大控制电压Uc移相时，只要使两组触发装置的控制电压大小相等符号相反就可以了。9/21/2024116图4-11配合控制电路GTF正组触发装置GTR反组触发装置AR反号器是经过反号器AR后获得（3） = 配合控制电路9/21/2024117图4-12=配合控制特性（4）= 配合控制特性当控制电压Uc=0时，f和r都调整在90。在正转过程中始终保持f=r，反转时应保持f=r。为了防止出现“逆变颠覆” ，必须形成最小逆变角m
43、in保护。通常取min=min=30。 9/21/2024118（5） =控制的工作状态 待待逆变状态逆变状态逆变状态逆变状态待整流状态待整流状态整流状态整流状态在=配合控制下，负载电流可以迅速地从正向到反向（或从反向到正向）平滑过渡，在任何时候，实际上只有一组晶闸管装置在工作，另一组则处于等待工作的状态。9/21/2024119n瞬时脉动环流及其抑制采用配合控制已经消除了直流平均环流，但是，由于整流与逆变电压波形上的差异，仍会出现瞬时电压，从而仍能产生瞬时的脉动环流。这个瞬时脉动环流是自然存在的，因此配合控制有环流可逆系统又称作自然环流系统。采用环流电抗器抑制瞬时脉动环流。9/21/2024120图4-14配合控制的有环流可逆V-M系统原理框图环流电抗器平波电抗器9/21/2024121tttOOOId n Uc 制动过程系统响应曲线I II1II2II3-Idm IdL -Ucm E 图4-17配合控制有环流可逆直流调速系统正向制动过渡过程波形整个制动过程可以分为两个主要阶段：I. 本组逆变阶段；II.它组制动阶段。它组整流阶段(它组反接制动阶段)它组逆变阶段(它组回馈制动阶段)9/21/2024122IdL Id n Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 ttIVVVIt5 t6 -Idm -IdL n* -n* 有环流系统可逆运行曲线9/21/2024123
