运动控制系统06

1、第六、2.1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分析、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调节器的工程方法用工程方法对双闭环系统的调节器弱磁场控制的直流调速系统进行了修正。 转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工序设定校正方法的概要、2.1转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性， 提出了采用转速负反馈和pi调节器的单闭环直流调速系统，在保证系统稳定的基础上，转速中静差对系统动态性能的要求较高，如对高速刹车器的要求、突加负载的动态速度下降较小等，单闭环系统难以满足要求。 1 ) .主要原因是，单闭环系统

2、不能自由控制电流和扭矩的动态过程。 在单闭环直流调速系统中，电流切断负反馈网络链接专门用于控制电流，但在超过临界电流值idcr后，只能利用强的负反馈作用限制电流的冲击，从而无法理想地控制电流的动态波形。 (b )理想的高速起动过程、idl、n、idm、a )带电流切断负反馈的单闭环调速系统、图2-1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、idl、n、idm、图2-1 a )带电流切断负反馈的单闭环调速系统， 性能比较(续)，理想的起动过程波形如图，此时起动电流呈方形波，转速直线增加。 这是在最大电流(扭矩)受到限制时能够得到调速系统的最快的起动过程。 图2-1 b )理想的

3、高速启动过程，3 ) .解决方案是，为了实现容许条件下的最快启动，得到将电流保持在最大值idm的恒流过程是重要的。 根据种子文件回控定律，如果采用某个物理量的负反馈，则该量可以保持大致一定，如果采用电流负反馈，则应该得到近似的恒流过程。 现在的问题是，只有启动过程，电流负反馈，没有转速负反馈，稳定时，只有转速负反馈，没有电流负反馈。 如何实现这种既存的转速和电流两种负反馈，只有在各自不同的阶段才能发挥作用呢？2.1.1转速、电流双闭环直流调速系统的构成是，由于转速和电流两种负反馈分别作用，因此在系统上设置两个调节器如果在两者之间执行嵌套(或级联反应)联接，则如下图所示。 从系统的构成、asr旋

4、转速度调节器acr电流调节器tg速度发电机ta电流互感器upe将电力电子变换器、内环、外环、图中，将旋转速度调节器的输出作为电流调节器的输入，通过电流调节器的输出控制电力电子的闭环结构来看，电流环在内侧，称为内侧环的转速环在外，称为外环。 由此形成了转速、电流的双闭环调速系统。 2 )、系统的电路构成，为了得到良好的静动态性能，转速和电流两个调节器一般采用p i调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图如下图所示。 该图示出了两个稳压器的投入产出定电压的实际极性，其中，在功率-电子转换器的控制电压uc为正电压的情况下绘图这些个，并且考虑到互惠生定放大器的反转作用。 如图、系统原理图、图所

5、示，两个调节器的输出都具有振幅限制作用。旋转速度调节器asr的输出限制电压u*im决定电流规定电压的最大值的电流调整器acr的输出限制电压ucm限制电力电子转换器的最高输出功率电压udm。 电流检测电路、电流检测电路ta电流互感器、2.1.2稳态结构图和静态特性，为了分析双闭环调速系统的静态特性，必须首先描绘其稳态结构图。 注意，这可以基于上面的原理简单地描述并且可以用限幅输出特性来表示pi调节器。 分析静态特性的关键是掌握这种pi调节器的稳态特性。 1 ) .系统的稳态结构图，2 ) .极限作用、饱和输出达到极限值，调节器饱和时，输出成为一定值，输入量的变化影响输出，相反的输入信号只要不使调

6、节器饱和，换言之，饱和的调节器暂时切断投入产出间的连接，该调节器当不饱和输出未达到极限值的稳压器未饱和时，如1.6节所述，由于pi作用，输入偏差电压在稳定时总是为零。 3 ) .系统的静态特性是，实际上在正常运转时电流调整器不会达到饱和状态。 因此，关于静态特性，只有旋转速度调节器饱和和不饱和两种情况。 双闭环直流调速系统的静态特性如图所示，(1)旋转速度调节器不饱和，式中，旋转速度和电流种子文件回系数。 可以从最初的关系式中得到上图静特性的ca段。 (2-1)、静特性的水平特性和云同步中，根据asr不饱和、u*i u*im，从上述第二关系式可知： id idm。 也就是说，尽管ca段的静态特

7、性从理想无负载状态下的id=0持续到id=idm，但idm一般大于额定电流idn。 这是静态特性的运转段，是水平的特性。 (2)旋转速度调节器饱和时，asr输出达到极限值u*im，转速外圈变为开环状态，转速的变化不会对系统造成影响。 双闭环系统是电流无静差的单电流闭环调节系统。 稳定时，式中，最大电流idm由设定改正者选定，依赖于电动机的容许过载能力和拖动系统容许的最大加速度。 (2-2)、静态特性的垂直特性、式(2-2)所述的静态特性是上图的ab级，是垂直的特性。 如果这样的垂直特性仅适合于n n0，则un u*n、asr脱离饱和状态。4 ) .两个调节器的作用，双闭环调速系统的静态特性显示

8、负载电流小于idm时转速无静差，此时转速负反馈发挥主要调节作用。 负载电流达到idm时，旋转速度调节器饱和，电流调节器发挥主要调节作用，系统电流无静差，可得到过电流的自动保护。 这是使用2个pi调节器分别形成内外2个闭环的效果。 这种静态特性明显优于带电流切断负反馈的单闭环系统静态特性。 但是，实际上，互惠生放大器的开环放大率并非无限大，特别是在为了避免零位移而采用了“基准pi调节器”的情况下，静态特性的2级实际上都有微小的静差，如上图的虚线所示。 2.1.3各变量的稳态动作点和稳态残奥仪表的校正运算、双闭环调速系统在稳态动作中，两调节器不饱和的情况下，各变量之间存在以下关系，(2-3)、(2

9、-5)、(2-4)、asr的输出量u*i由负载电流idl决定。 控制电压uc的大小取决于n和id，或者u*n和idl两者。 这些个的关系反映了pi调节器与p调节器的不同特征。 比例网络链接的输出量总是与其输入量成正比，但pi调节器则不然，其输出量的正常值与输入无关，由之后的网络链接需要决定。 在饱和之前，pi调节器需要提供多大的输出值可以提供多少？、种子文件回程系数的校正运算鉴于此特征，双闭环调速系统的稳态残奥仪表的校正运算与单闭环有静差系统的稳态校正运算完全不同，以及与各调节器所提供的种子文件回程值的校正运算相关联的种子文件回程系数：转速种子文件回程系数、电流种子文件回程系数、(、 2.2双

10、闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析，本节提出双闭环直流调速系统的动态数学模型，并根据双闭环直流调速系统的动态数学模型，绘制双闭环直流调速系统的动态结构图，1 ) .系统的动态结构，2 ) .数学模型，图中的wasr(s )和wacr(s )分别表示旋转速度调节器和电流调节器的传递函数。 采用pi调节器，有、2.2.2启动过程的分析，指出设置双闭环控制的重要目的之一是获得接近理想的启动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，必须首先研究其启动过程。 双闭环直流调速系统的突加规定电压u*n在静止状态下启动时的转速和电流的动态过程如下图所示。 图2-7双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波

11、形，1 ) .起动过程由于在起动过程中经历了旋转速度调节器asr不饱和、饱和、退饱和三种情况，因此整体动态过程可分为图所示的i、ii、iii三个阶段。 在第i段的电流上升的阶段(0 t1)，若突然增加规定的电压u*n，则id上升，若id小于负载电流idl，则电动机不能旋转。 id idl后，电动机开始启动，由于机电惯性作用，旋转速度不急剧增加，因此旋转速度调节器asr的输入偏差电压的值依然较大，其输出电压保持极限值u*im，强制电流id急剧上升。第i级(继续)、第i级(继续)、id=idm、ui=u*im电流调整器都将id的增加抑制并指示级的结束。 在此阶段，asr立即进入饱和状态，并且acr

12、通常不饱和。第ii阶段恒定电流升速阶段(t1 t2)，在该阶段，asr始终饱和，转速环相当于开环，系统成为以恒定值电流u*im给出的电流调节系统，基本上保持电流id恒定，因此系统的加速度恒定，转速线性增加。 在第ii阶段(继续)、第ii阶段(继续)和云同步，电动机的反电动势e也线性增加，对于电流调节系统而言，e是线性增加的声干扰量，并且ud0和uc也基本上必须线性增加，以克服其声干扰，否则无法保持id恒定。 如果acr采用pi调节器，则为了线性增加其输出，输入偏差电压必须维持恒定值，即，id必须稍微低于idm。 第ii阶段(继续)，恒流升速阶段是启动中的主要阶段。 为了保证电流环路的主要调节作

13、用，acr在启动过程中应当饱和使不得，并且电力电子设备upe的最高输出功率电压也应当有富馀。 所有的这些个都必须在修订时加以注意。 第一阶段转速调节阶段(t2以后)中，转速上升至规定值时，旋转速度调节器asr的输入偏差减少为零，但其输出通过积分作用维持在极限值u*im，因此电动机加速，使转速超调量。 转速超调量后，asr输入偏差电压变为负，开始脱离饱和状态，u*i和id立即下降。 但是，只要id大于负载电流idl，转速就会持续上升。 第一阶段(继续)、第二阶段(继续)到id=idl为止是扭矩te=tl，dn/dt=0，转速n达到峰值(t=t3时)。第一阶段(继续)，其后，电动机开始由负载的电阻

14、引起减速，并由此在有会儿期间(t3 t4 )，在id idl稳定之前，如果稳压器残奥仪表的调整不是一盏茶的，就存在一些振荡过程。第一阶段(继续)，在该最后的转速调节阶段，asr和acr都不饱和，asr发挥主导的转速调节作用，acr尽量使id跟踪快速喵了个咪的一定值u*i，或者电流内环是电流跟踪子系统。 2 ) .解析结果，如上所述，在双闭环直流调速系统的起动过程中，执行(1)饱和非线性控制(2)转速的超调量(3)基准时间最优控制。 (1)由于饱和非线性控制、asr的饱和和不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态：当asr饱和时，转速环开环，当系统表示为定值电流调节的单闭环系统的asr未饱和时，转

15、速环是闭环，整个系统是闭环(2)转速的超调量采用asr饱和的非线性控制，因此在起动过程结束而进入转速调节阶段后，必须使转速超调量，在asr的输入偏差电压un成为负值时才能够使asr饱和。 这样，使用pi调节器的双闭环调速系统的转速响应必然存在超调量。 (3)标准时间最优控制，起动中的主要阶段是第ii阶段的定电流上升速度，其特征是电流保持一定。 选择电机容许的最大电流，使一盏茶发挥电机的过载能力，尽可能加快启动过程。 这个阶段是有制约的最短时间控制。 因此，整个启动过程可以被认为是基准时间最优控制。 最后，对于不可逆的电力电子变换器，应该指出，双闭环控制只能保不定良好的起动性能，但不能发生再生制

16、动，制动时电流降到零后必须自由停车。 必须加快刹车器时，只能采用电阻能源消费刹车器或电磁刹车器。 2.2.3动态防声干扰性能分析，一般而言，双闭环调速系统具有较满脚丫子的动态性能。 调速系统最重要的动态性能是防声干扰性能。 主要是对负载声干扰和电网电压声干扰的性能。 1 ) .对负载声干扰的电阻、直流调速系统对动态负载声干扰的电阻(续)、动态结构图可知，由于负载声干扰作用于电流环之后，因此仅通过旋转速度调节器asr即可对负载声干扰产生电阻作用。 在设定、修改asr时，需要良好的防声干扰性能指标。 图2-8直流调速系统的动态声干扰防止作用a )单闭环系统，2 )防止网格电压声干扰，防止网格电压声干扰(接着)、-idl、ud、b )双闭环系统ud网格电压变动对整流电压的反映，3 )在双闭环系统中， 由于增设了电流内环，电压波动可通过电流种子文件回调比较及时，无需影响转速后再进行种子文件回调，大大改善了对声干扰的耐受力。 4 ) .为了分析结果，在双闭环系统中，由网格电压变动引起的旋转速度的动态变化远小于单闭环系统。 2.2.4转速和电流两个调节器的作用，如上所述，双闭环直流调速系统中的转速调节器和电流调节器的作用可分别归纳如下：1 ) .转