1、第2章 双闭环直流调速系统,2.4 双闭环调速系统的设计,-主要内容-,双环系统动态结构图。 电流调节器的设计 简化结构图 忽略转速变化的影响 小惯性环节的近似处理 转速调节器的设计 电流环的简化 小惯性环节的近似处理 退饱和超调量的计算。,一、双环系统动态结构图,电流环的控制对象 由电枢回路形成的大惯性环节、晶闸管变流装置、电流检测及其反馈滤波等小惯性群 可将电流环校正成典I或典II系统 若以电枢电流超调小，跟随性能好为主，可校正成典I系统 若以具有较好的抗扰性能为主，则应校正成典II系统。 电流调节器的设计包括以下内容： 1、电流环结构图的化简 2、电流调节器结构的选择 3、电流调节器的参
2、数计算 4、电流调节器的实现,二、电流调节器的设计,忽略反电动势的动态影响(需校验)； 等效成单位负反馈系统； 小惯性环节近似处理（需校验）； 电力电子单元近似（需校验）,a)忽略反电动势的影响,b)等效成单位负反馈,c)小惯性环节近似处理,1、电流环结构图的化简,返回SP2,电流调节器的超前时间常数。,电流调节器的比例系数；,2、电流调节器结构的选择,电流环以跟随性能为主，应选用典I系统，采用PI型的调节器，传递函数：,结合化简后的电流环的动态结构图 ：,电流环的动态结构图的典型形式,3、电流调节器的参数计算,若希望电流超调量， ，可选KT=0.5,4、电流调节器的实现,、,、,三、转速调节
3、器的设计,1、电流环的等效闭环传递函数 2、转速调节器结构的选择 3、转速调节器的参数计算 4、转速调节器的实现,1、电流环的等效闭环传递函数,电流环经简化后可视作转速环中的一个环节，其闭环传递函数,忽略高次项，,电流环在转速环中应等效为:,原来是双惯性环节的电流环控制对象,电流环的改造效果：,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）控制的一个重要功能。,等效成只有较小时间常数的一阶惯性环节,2、转速调节器结构的选择,a）用等效环节代替电流环,(首先要进行 转速环的动态结构框图简化 ),b) 等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理,转速调节器的比例系数；,转速调
4、节器的超前时间常数。,c) ASR调节器选择(应采用PI调节器),d) 校正后成为典II系统,问题：转速环的抗扰性能指标很重要，选择典II系统。选择PI调节器。典II系统的转速超调量是否会很大？,3、转速调节器的参数计算( 、 ),回忆典系统参数关系：,Mrmin准则下：,一般以选择,4、转速调节器的实现,转速调节器参数与电阻、电容值的关系为,四、转速调节器退饱和时转速超调量的计算,如果调节器没有饱和限幅的约束，调速系统可以在很大范围内线性工作，则双闭环系统起动时的转速过渡过程超调量较大。（ ASR不饱和 ） 实际上，突加给定电压后，转速调节器ASR很快就进入饱和状态，输出恒定的限幅电压Uim
5、*，使电动机在恒流条件下起动，起动电流IdIdm=Uim*/，而转速则按线性规律增长。起动过程慢。只有当转速上升到给定值时，转速偏差电压变成负值，ASR退出饱和。,知识回忆：,图： 调速系统起动过程,a) ASR不饱和 b) ASR饱和,图b说明：ASR开始退饱和时，IdIdL，电动机仍继续加速，直到IdIdl时，转速才降低下来，因此在起动过程中转速必然超调。但是，这已经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”。退饱和超调量不等于典型II型系统跟随性能指标中的超调量。,分析线性系统跟随性能时，初始条件为：n(0)=0，Id(0)=0； 讨论退饱和超调时，
6、初始条件是：n(0)=n*，Id(0)=Idm。,（1）ASR退饱和后系统的结构框图,（2）计算退饱和超调量的捷径,ASR选用PI调节器时，图a绘成图b。,图a,图b,稳态转速n*以上的超调部分，即实际转速与给定转速的差值。坐标原点从o移到o，动态结构框图变成图c初始条件则转化为n(0)=0，Id(0)=Idm。,图c,把n的负反馈作用反映到主通道第一个环节的输出量上来，得图d。为了保持图d和图c各量间的加减关系不变，图d中Id和IdL的+、-号作相应的变化。,图d,比较：讨论典型II型系统抗扰所用的图,典II系统，如果在Id=Idm，n=n*稳定运行，在t2时刻(即在O点)突然将负载由Idm
7、减小到IdL，转速会产生一个动态速升与恢复的过程，这个过程的初始条件与退饱和超调过程完全一样。因此，这样的突卸负载速升过程也就是退饱和转速超调过程。可以利用典系统抗扰性能指标来计算退饱和超调量。,在典II系统抗扰性能指标中，C的基准值Cb和扰动量N,N= Idm- IdL,退饱和转速超调的基准值:,开环稳态速降,(转速超调量计为 ，其基准值应该是 ),经基准值换算后得：,（3）计算退饱和超调量,外环的响应比内环慢，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非常有利。,SP1： 设控制系统的传递函数为其中：K1=2，
8、T1=0.4s，T2=0.08s， T3=0.015s，T4=0.005s。要求阶跃输入时系统超调量5%, （1）用PI调节器校正为典I系统，计算调节器参数并计算调节时间。 （2）能否用PI调节器将系统校正为典II系统？ （3）能否用PID调节器将系统校正为典II系统？,解： （1）PI调节器的传递函数为,令,校正为典I系统时，系统的开环传递函数,调节时间:,解： （2）PI调节器将系统校正为典II系统，控制对象中不含积分环节，令,校正后系统的开环传递函数为,校验近似条件：,不能用PI调节器将系统校正为典II系统。,解： （3）用PID调节器将系统校正为典II系统，校正后系统的传递函数为,校验
9、近似条件：,所以，能用PID调节器将系统校正为典II系统。,SP2已知双闭环调速系统如图，电动机额定数据如下：3kW，220V，17.5A，1500r/min，Ra=1.25 ，采用V-M系统，整流装置内阻Rrec=1.3 ，平波电抗器电阻RL=0.3 ，主电路总电感L=200mH， GD2= 3.53Nm2。ACR、ASR均选择PI调节器， Unm*=10V， Uim*=8V。Idbl=2.1IN，Idcr=2IN ，转速反馈滤波时间常数0.01s，电流反馈滤波时间常数0.002s，Ts=0.0017s。电流环按典I系统设计，取KT=0.5，转速换按典II系统设计，取h=5，计算退饱和超调量 。（不需校验）,解：（1）电流环设计,按典I系统设计，取KT=0.5,（2）转速环设计,C的基准值Cb和扰动量N ：,N= Idm- IdL,退饱和转速超调的基准值:,（3）计算退饱和超调量,讨论典型II型系统抗扰所用的图：,又因为开环稳态速降,假定空载起动到额定转速，其基准值应该是,
