运动控制系统第2章电流转速双闭环直流调速系统.ppt

最佳过渡过程的基本概念 转速闭环调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速的无静差,但是对动态性能要求较高的系统,转速闭环系统很难对电流(转矩)进行控制。上一章介绍的电流截止负反馈速度闭环系统,其电流负反馈仅仅在过流时起作用,在正常工作条件下不起作用,并且电流反馈信号和转速反馈信号加到同一个调节器的输入端,很难同时校正好电流环和转速环。电机经常工作在启动、制动、反转等过渡过程中,启动和制动过程的时间在很大程度上决定了电机的效率。如何缩短这一部分时间,以充分发挥电机的效率,是转速控制系统首先要解决的问题。第2章电流转速双闭环直流调速系统 为了到达调节电流(转矩)来调节转速的目的,通常的方法是在速度闭环的基础上增加电流(转矩)环,其目的是在电动机最大电流(转矩)受限制的约束条件下,充分发挥电动机的过载能力,在过渡过程中始终保持电流(转矩)为最大值,使系统尽可能用最大的加速度启动;在电机启动到稳态转速后,又让电流(转矩)立即降下来,使电磁转矩和负载转矩相平衡,从而转入稳态运行。这样的理想的启动过程如图2-1所示,启动过程电流为方波,转速线性增加。这种在最大电流(转矩)受限制条件下调速系统能达到最快的启动过程的控制方法称为最佳启动过程。第2章电流转速双闭环直流调速系统图2-1 最佳启动过程第2章电流转速双闭环直流调速系统 在第1章中,分析了电流截止负反馈调速系统,其在启动过程中有限流作用,保证使电流不超过最大允许电流,但是并不能保证恒定电流启动。当电流从最大值降下来之后,电流转矩也随之减小,加速过程随之延长,启动过程如图2-2所示。为了实现最大转矩控制,关键是要获得一段使电流保持为最大的Idm恒流过程,如图2-1所示。按照反馈控制规律,采用某个物理量的负反馈可以保持该量恒定不变,因此采用电流负反馈应该能得到近似的恒流过程。采用两极串联校正的方法,把速度反馈和电流反馈调节器串联,希望系统在启动过程中只有电流反馈,没有转速反馈; 进入稳态运行时,希望只有转速反馈,没有电流反馈。第2章电流转速双闭环直流调速系统 这样两个控制目标可以通过调节器各自分别完成。实际上,由于电枢电感的作用,电流不能突变,图2-1 所示的理想启动电流波形只能近似逼近,不能完全实现。第2章电流转速双闭环直流调速系统图2-2 电流转速双闭环调速系统组成及静特性 转速单闭环系统不能随意控制电流(转矩)的动态过程。采用电流截止负反馈环节只能限制电流的冲击,并不能很好地控制电流的动态波形。电流转速双闭环反馈控制系统结构如图2-3所示,在转速调节器(ASR)的基础上增加电流调节器(ACR),两级调节器采用串联结构。转速调节器的输出作为电流调节器的输入,电流调节器的输出去控制电力电子变换装置(UPE)的占空比或者相位角,从而获得与电流调节器相对应的输出电压,以期获得需要的转速。第2章电流转速双闭环直流调速系统 双闭环调速系统的具体工作方式是:双闭环系统在启动过程中,只有电流负反馈,没有转速负反馈,以获得允许的最大电磁转矩;达到稳态后,只有转速负反馈,不让电流负反馈发挥主要作用,以获得希望的转速。这样,两个调节器在不同的时段分别起主导作用,以此来获得理想的性能。从系统结构上看,电流环在里面,称为内环;转速环在外面,称为外环。第2章电流转速双闭环直流调速系统图2-3 电流转速双闭环反馈控制系统结构