第六讲(双闭环系统的组成及稳态分析)ppt课件.ppt

转速 电流双闭环调速系统的组成2 双闭环调速系统的稳态分析3 双闭环调速系统的动态分析4 自动控制系统的工程设计方法 第三章直流调速系统 第六讲 转速 电流双闭环调速系统的组成及其稳态分析 内容 1 转速 电流双闭环调速系统的组成2 调节器的锁零及其输出限幅值的整定 调节器输入 输出电压极性的确定3 双闭环调速系统的稳态分析 稳态结构图和静特性 稳态工作点及其稳态参数的计算 要求 1 掌握转速和电流调节器输入 输出电压极性的确定方法及其输出限幅值的整定方法 2 能熟练进行系统稳态分析和稳态参数计算 作业 习题3 1 3 2 3 1转速 电流双闭环直流调速系统的组成原理 一 问题的提出采用PI调节器的转速负反馈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 但是 若对系统的动态性能要求高 如要求快速起 制动 突加负载动态速降小等 单闭环系统难以满足需要 主要原因 1 在单闭环调速系统中用一个调节器综合多种信号 各参数间相互影响 难以进行调节器动态参数的调整 系统的动态性能 动态品质 不够好 2 采用电流截止负反馈环节来限制起 制动电流 不能充分利用电动机的过载能力获得最快的动态响应 即最佳过渡过程 从交流侧引入电流截止负反馈的单闭环有静差直流调速系统 如图3 1所示 当起动电流达最大值Idm后 受电流负反馈的作用而降低 使电机的电磁转矩也随之减小 加速过程延长 图3 1带电流截止负反馈的单闭环调速系统的起动过程 理想的起动过程 起动电流呈方波 转速线性增长 如图3 2所示 这是在最大电流 转矩 受限制时调速系统所能获得的最快起动过程 图3 2理想的快速起动过程 解决思路 实现在允许条件下最快起动的关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程 按照反馈控制规律 采用电流负反馈能够得到近似的恒流过程 二 转速 电流双闭环直流调速系统 为了实现最佳过渡过程 可在系统中分别引入转速 电流负反馈 方法 设置两个调节器 分别调节转速和电流 且实行嵌套 或称串级 联接 TG n ASR ACR Un Ui Uc TA M Ud Id UPE 图3 3转速 电流双闭环直流调速系统结构 1 系统的组成 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 n i innerloop minorloop 内环 outerloop majorloop 图3 4双闭环直流调速系统电路原理图 TG RP2 R0 R0 Uc Ui Ri Ci R0 R0 Rn Cn ASR ACR LM RP1 Un LM M TA Id Ud UPE 输出限幅电路的作用 限制调节器输出电压的最大值 以保证运算放大器的线性特性 即不进入饱和状态 并保护调速系统的各个部件 输出限幅电路 外限幅和内限幅两种 2 PI的输出限幅电路 1 二极管钳位的外限幅电路 3 调节器输出限幅值的整定 转速调节器ASR的输出限幅值Uim 取决于电动机所允许的过载能力和系统对最大加速度的需要 电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm 对应最小控制角 限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm 4 调节器锁零 只有Un Un 0时 调节器锁零 UO 0 双闭环V M不可逆调速系统实验原理图 3 2双闭环 DualClosedLoop 调速系统的稳态分析 双闭环直流调速系统电路原理图 图3 5系统的稳态结构图 问题1 双闭环调速系统的稳态精度是否还受给定电源和反馈检测装置的精度的影响 问题2 试分析系统的稳态抗扰性能 一 系统的静特性 1 具有限幅输出的PI调节器的稳态特征 1 当调节器饱和时 输出限幅值 且不再受输入量变化的影响 除非有反向的输入量使调节器退出饱和 2 当调节器不饱和时 其比例积分控制作用总是使稳态输入偏差电压 U为零 2 系统的静特性 系统的静特性与具有限幅输出的PI调节器的稳态特征有关 对于静特性来说 只需考虑转速调节器的饱和 不饱和两种情况 因为系统正常运行时 电流调节器不会达到预先设计好的饱和状态 SaturationState 1 转速调节器不饱和时的静特性 两个调节器都不饱和 稳态时 它们的输入偏差电压都为零 Un Un Un 0n Un n0 Ui 0Ui Ui Id Un ASR的输入偏差电压 Ui ACR的输入偏差电压 2 转速调节器饱和时的静特性 当转速调节器ASR饱和时 其输出达限幅值Uim 转速环呈开环 OpenLoop 状态 双闭环系统变成一个电流无静差单闭环恒流调节系统 双闭环直流调速系统电路原理图 单闭环恒流调节系统电路原理图 2 转速调节器饱和时的静特性 稳态时Id Uim Idm最大电流Idm是由设计者选定的 取决于电动机所允许的最大过载能力和系统允许的最大加速度 静特性为图中B C段 负载电流小于Idm时表现为转速无静差 当负载电流达到Idm后表现为电流无静差 系统获得过电流自动保护 双闭环调速系统的静特性 但实际上 静特性的两段都略有很小的静差 如上图中虚线所示 实际上运算放大器的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 准PI调节器 时 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 3 两个调节器的作用 双闭环调速系统在负载电流小于Idm时表现为转速无静差 转速负反馈起主要调节作用 当负载电流达到Idm后 转速调节器饱和输出限幅值 电流调节器起主要调节作用 系统表现为电流无静差 得到过电流自动保护 二 系统中各变量间的稳态关系 Un Un n n0Ui Ui Id ILUd Cen IdR CeUn ILRUc Ud Ks 1 当系统处于正常稳定运行状态 如图中A B点处 时 有 n 0 Un 0 Un Un Ud Cen IdR IdmRUc Ud Ks 2 当系统处于堵转 Block 稳定运行状态 SteadyOperationState 图中D点处 时 有 三 系统稳态参数