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文檔簡介
主要內(nèi)容
1.雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性2.數(shù)學(xué)模型和動態(tài)性能分析3.調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法
4.雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計
*5.轉(zhuǎn)速超調(diào)的抑制*6.弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)√1本節(jié)要點:
1.應(yīng)用上述的工程設(shè)計方法解決雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)兩個調(diào)節(jié)器的設(shè)計問題;2.主要參數(shù)的計算方法;3.電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計;4.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計。
重點、難點:
1.電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計中性能要求與系統(tǒng)選型的原則,主要參數(shù)的計算方法;2.電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電路實現(xiàn)方案。
22.4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器
本節(jié)將應(yīng)用前述的工程設(shè)計方法來設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器。主要內(nèi)容為:系統(tǒng)設(shè)計對象系統(tǒng)設(shè)計原則系統(tǒng)設(shè)計步驟3轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1.系統(tǒng)設(shè)計對象電流內(nèi)環(huán)4-IdLUd0Un+--+-UiACR1/RTls+1RTmsU*iUcKsTss+1Id1Ce+E
Tois+11
Tois+1ASR1
Tons+1
Tons+1U*nn電流內(nèi)環(huán)圖2-22雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖
轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)(增加了濾波環(huán)節(jié))
Ton—轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)Toi—電流反饋濾波時間常數(shù)52.系統(tǒng)設(shè)計原則系統(tǒng)設(shè)計的一般原則:
“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”
從內(nèi)環(huán)開始,逐步向外擴展。
?首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器,
?然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié),再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。6設(shè)計分為以下幾個步驟:1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算4.電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)2.4.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計71.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化簡化內(nèi)容:忽略反電動勢的動態(tài)影響等效成單位負反饋系統(tǒng)小慣性環(huán)節(jié)近似處理8-IdLUd0Un+--+-UiACR1/RTls+1RTmsU*iUcKsTss+1Id1Ce+E
T0is+11
T0is+1ASR1
T0ns+1
T0ns+1U*nn電流內(nèi)環(huán)圖2-22雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖
忽略反電動勢的動態(tài)影響
在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)時,可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響,即E≈0。×9忽略反電動勢的動態(tài)影響這時,電流環(huán)如下圖所示。
Ud0(s)+-Ui(s)ACR1/RTls+1U*i(s)Uc
(s)KsTss+1Id
(s)
T0is+11
T0is+1圖2-23(a)忽略反電動勢的動態(tài)影響
10等效成單位負反饋系統(tǒng)
如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi),同時把給定信號改成U*i(s)/,則電流環(huán)便等效成單位負反饋系統(tǒng)+-ACRUc
(s)Ks
/R
(Tss+1)(Tls+1)Id
(s)U*i(s)
T0is+1圖2-23b11小慣性環(huán)節(jié)近似處理
最后,由于Ts
和Toi
一般都比Tl小得多,可以當作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié),其時間常數(shù)為
T∑i=Ts+Toi
(2-55)
簡化的近似條件為
(2-56)
12電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡化成圖2-23c。
+-ACRUc
(s)Ks
/R
(Tls+1)(Tis+1)Id
(s)U*i(s)+-ACRUc
(s)Ks
/R
(Tls+1)(Tis+1)Id
(s)U*i(s)圖2-23c132.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇典型系統(tǒng)的選擇:從穩(wěn)態(tài)要求上看,希望電流無靜差,以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性,由圖2-23c可以看出,采用I型系統(tǒng)就夠了。從動態(tài)要求上看,實際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調(diào),以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值,而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要的因素,為此,電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主,應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。14電流調(diào)節(jié)器選擇
圖2-23c表明,電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的,要校正成典型I型系統(tǒng),顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)可以寫成(2-57)
式中Ki
—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);
i—電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。參見表2-815
為了讓調(diào)節(jié)器零點與控制對象的大時間常數(shù)極點對消,選擇
則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為圖2-24a所示的典型形式,其中(2-58)(2-59)16KIs(Tis+1)Id
(s)+-U*i(s)校正后電流環(huán)的結(jié)構(gòu)和特性
圖2-24校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán)a)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖:
b)開環(huán)對數(shù)幅頻特性:
0L/dBci-20dB/dec/s-1-40dB/decT∑i173.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算
式(2-57)給出,電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)有:Ki
和i,其中i
已選定,見式(2-58),剩下的只有比例系數(shù)Ki,可根據(jù)所需要的動態(tài)性能指標選取。18參數(shù)選擇
在一般情況下,希望電流超調(diào)量i<5%,由表2-2,可選=0.707,KI
Ti=0.5,則(2-60)
(2-61)
再利用式(2-59)和式(2-58)得到
19注意:
如果實際系統(tǒng)要求的跟隨性能指標不同,式(2-60)和式(2-61)當然應(yīng)作相應(yīng)的改變。
此外,如果對電流環(huán)的抗擾性能也有具體的要求,還得再校驗一下抗擾性能指標是否滿足。204.電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)模擬式電流調(diào)節(jié)器電路圖中U*i
—為電流給定電壓;–Id
—為電流負反饋電壓;Uc
—電力電子變換器的控制電壓。圖2-25含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器
21電流調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計算公式(2-62)
(2-63)
(2-64)
22
總結(jié)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計分為以下幾個步驟:1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化:1.1忽略反電動勢的動態(tài)影響1.2等效成單位負反饋系統(tǒng)1.3小慣性環(huán)節(jié)近似處理2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算4.電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)23設(shè)計分為以下幾個步驟:1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇4.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)2.4.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計241.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)
電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié),為此,須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。由圖2-24a可知(2-65)
25傳遞函數(shù)化簡忽略高次項,上式可降階近似為
(2-66)
近似條件可由式(2-52)求出
(2-67)
式中cn—轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。
26電流環(huán)等效傳遞函數(shù)
接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi),電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為U*i(s),因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為(2-68)
這樣,原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象,經(jīng)閉環(huán)控制后,可以近似地等效成只有較小時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。27物理意義:
這就表明,電流的閉環(huán)控制改造了控制對象,加快了電流的跟隨作用,這是局部閉環(huán)(內(nèi)環(huán))控制的一個重要功能。
282.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)
用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替圖2-22中的電流環(huán)后,整個轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖所示。電流環(huán)29系統(tǒng)等效和小慣性的近似處理
和電流環(huán)中一樣,①把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi),②同時將給定信號改成U*n(s)/,③再把時間常數(shù)為1/KI和T0n的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來,近似成一個時間常數(shù)為Tn的慣性環(huán)節(jié),其中(2-69)
30轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡化n
(s)+-ASRCeTmsRU*n(s)Id
(s)/
Tns+1U*n(s)+-IdL
(s)b)等效成單位負反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理
31轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選擇
為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差,在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié),它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中,現(xiàn)在在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié),因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個積分環(huán)節(jié),所以應(yīng)該設(shè)計成典型Ⅱ型系統(tǒng),這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。32
由此可見,ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)為(2-70)
式中Kn—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);
n—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。
33調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)
這樣,調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為(2-72)
則
(2-71)
34校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
n
(s)+-U*n(s)c)校正后成為典型II型系統(tǒng)353.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算
轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括Kn
和n。按照典型Ⅱ型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系,由式(2-38)
(2-74)
再由式(2-39)
(2-75)
(2-76)
因此
36參數(shù)選擇
至于中頻寬h應(yīng)選擇多少,要看動態(tài)性能的要求決定。無特殊要求時,一般可選擇
參見表2-6374.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)模擬式轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路圖2-27含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器圖中U*n
—為轉(zhuǎn)速給定電壓,-n—為轉(zhuǎn)速負反饋電壓,U*i
—調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。38轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計算(2-77)
(2-78)
(2-79)
39轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)的關(guān)系:
外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢,這是按上述工程設(shè)計方法設(shè)計多環(huán)控制系統(tǒng)的特點。這樣做,雖然不利于快速性,但每個控制環(huán)本身都是穩(wěn)定的,對系統(tǒng)的組成和調(diào)試工作非常有利。
402.4.3設(shè)計舉例某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),整流裝置采用三相橋式電路,基本數(shù)據(jù)如下:直流電動機:
電動機電勢系數(shù),允許過載倍數(shù);晶閘管裝置放大系數(shù):;41
設(shè)計要求:靜態(tài)指標:無靜差動態(tài)指標:電流超調(diào)量;空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量421.電流環(huán)的設(shè)計①確定時間常數(shù)整流裝置滯后時間常數(shù):三相橋式電路的平均失控時間Ts=0.0017s。電流濾波時間常數(shù):
Toi=2ms=0.002s。電流環(huán)小時間常數(shù)之和:按小時間常數(shù)近似處理,Ti=Ts+Toi=0.0037s。431.電流環(huán)的設(shè)計②選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求,要保證穩(wěn)態(tài)電流無差,可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。44電流環(huán)控制對象是雙慣性型的,用PI型電流調(diào)節(jié)器。+-ACRUc
(s)Ks
/R
(Tls+1)(Tis+1)Id
(s)U*i(s)+-ACRUc
(s)Ks
/R
(Tls+1)(Tis+1)Id
(s)U*i(s)45電流環(huán)的設(shè)計ACR的比例系數(shù):電流環(huán)開環(huán)增益:③計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù):要求
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