新疆大学：《运动控制系统》课程教学课件（PPT讲稿）第3章 转速、电流反馈控制的直流调速系统

系庭大学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 电力拖动自动控制条统—运动控制条统 第3章转速、电流反馈控制的直流调速系统

电力拖动自动控制系统—运动控制系统 第3章 转速、电流反馈控制的直流调速系统

新庭火学 电气工程学院运动控制系统 Xinjiang University 容提要 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性 转速、电流反馈控制直流调速系统的动态数学模型 转速、电流反馈控制直流调速系统调节器的工程设计方法 MATLAB仿真软件对转速、电流反馈控制的直流调速系 统的仿真

内 容 提 要 • 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性 • 转速、电流反馈控制直流调速系统的动态数学模型 • 转速、电流反馈控制直流调速系统调节器的工程设计方法 • MATLAB仿真软件对转速、电流反馈控制的直流调速系 统的仿真

系庭大学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 3.1转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性 对于经常正、反转运行的调速系统，缩短起、制动过程的时间是 提高生产率的重要因素。 当到达稳态转速时， 在起动（或制动） 最好使电流立即降 过渡过程中，希 下来，使电磁转矩 望始终保持电流 与负载转矩相平衡 (电磁转矩)为 从而迅速转入稳态 允许的最大值， 运行。 使调速系统以最 大的加（减）速 /dm 度运行。 时间最优的理想过渡过程图 起动电流呈矩形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）受限制时调 速系统所能获得的最快的起动（制动）过程

• 对于经常正、反转运行的调速系统，缩短起、制动过程的时间是 提高生产率的重要因素。 3.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性 • 在起动（或制动） 过渡过程中，希 望始终保持电流 （电磁转矩）为 允许的最大值， 使调速系统以最 大的加（减）速 度运行。 • 当到达稳态转速时， 最好使电流立即降 下来，使电磁转矩 与负载转矩相平衡， 从而迅速转入稳态 运行。 时间最优的理想过渡过程图 起动电流呈矩形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）受限制时调 速系统所能获得的最快的起动（制动）过程

嘉原火学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 3.1.1转速、电流反馈控制直流调速系统的组成 转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调 节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压 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

3.1.1 转速、电流反馈控制直流调速系统 的组成 • 转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调 节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压 • 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。 • 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； • 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

系庭大学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 3.1.2稳态结构图与参数计算 转速调节器 ASR ACR UPE TG 电流调节器 测速发电 机 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图

转速、电流反馈控制直流调速系统原理图 3.1.2 稳态结构图与参数计算 转速调节器 测速发电 机 电流调节器

新庭火学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 3.1.2 稳态结构图与参数计算 度賨霾贵及赢电滦馨堡笔流溪夏犧麦馨第」 在达到稳态转速后， 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。 公团环结构上看，鼎流环在黑面：称作内环转速环套外边，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）。 电流反馈系数 内 转速反馈系数 双闭环直流调速系统的稳态结构图

• 应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，在达到稳态转速后， 又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。 • 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）。 3.1.2 稳态结构图与参数计算 电流反馈系数 转速反馈系数 双闭环直流调速系统的稳态结构图

系庭大学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 3.1.2稳态结构图与参数计算 1.稳态结构图和静特性 (1)转速调节器不饱和 两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。 d 转速反馈电压 电流反馈电压 U=U=Bld 转速 U n 二no <I dm x

两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。 转速反馈电压 电流反馈电压 转速 3.1.2 稳态结构图与参数计算 i i d n n U U I U U n n    = = = = = * 0 * 0 * n U n n = =  d dm I  I （1）转速调节器不饱和 1. 稳态结构图和静特性

嘉原火学 Xinjiang University 电气工程学院-运动控制系统 AB段是两个调节器都不饱和 时的静特性，Id， n<0,ASR反向积分，使ASR调节器退出饱和

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时，转速调节器为饱和输出U* im，电流调节器起主要调节作用， 系统表现为电流无静差。 采用两个PI调节器形成了内、外两个闭环的效果。 当ASR处于饱和状态时，Id=Idm，若负载电流减小，Idn0， Δn<0，ASR反向积分，使ASR调节器退出饱和。 • 双闭环直流调速系统的静特性 AB段是两个调节器都不饱和 时的静特性，Id<Idm, n=n0。 BC段是ASR调节器饱和 时的静特性，Id=Idm, n<n0

亲群大学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 (2)转速调节器饱和 ASR输出达到限幅值时，转速外环呈开环状态，转速的变化对转 速环不再产生影响。 ·双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时 U im

• ASR输出达到限幅值时，转速外环呈开环状态，转速的变化对转 速环不再产生影响。 • 双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时 dm im d I U I = =  * （2）转速调节器饱和

新庭火学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 2.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，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列 转速反馈电压 U=Un amn ano 电流反馈电压 U=U-BId=BIdL. U。 Cn+IR C。Um1a+IauR K K K 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 Unm n 电流反馈系数 im 两个给定电压的最大值矿mm和Uim由设计者选定

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 • 转速反馈电压 电流反馈电压 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 • 两个给定电压的最大值U* nm和U* im由设计者选定。 2．各变量的稳态工作点和稳态参数计算 0 * Un = Un =n =n i i d dL U = U = I = I * s e n dL s e d s d c K C U I R K C n I R K U U + = + = = / * 0 n U nm  = dm im I U  =