直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流環(huán)設計

直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流環(huán)設計

兩個環(huán)形電機減速系統(tǒng)具有負電流反饋和速度反饋，不僅可以加快啟動過程，而且可以提高正常工作的快速響應能力。在閉環(huán)結構的基礎上,進一步采用晶閘管逆變電路,夠成可逆調(diào)速系統(tǒng),就具有快速制動,快速反饋等功能。1轉(zhuǎn)速帶私控制器acr直流電機的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結構如圖1所示,電流調(diào)節(jié)和速度調(diào)節(jié)之間實行串聯(lián)聯(lián)接,及以速度調(diào)節(jié)器ASR的輸出,作為電流調(diào)節(jié)器ACR的輸入,再用電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出,作為晶閘管觸發(fā)器AT的控制電壓,從而調(diào)節(jié)晶閘管變流器的整流電壓Ud,這樣,兩種調(diào)節(jié)作用就能互相配合,相輔相成。為了獲得良好的靜態(tài)、動態(tài)性能,兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。圖1中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR的型式和參數(shù)將在設計過程中決定。轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)屬于多環(huán)系統(tǒng),電流環(huán)是內(nèi)環(huán),轉(zhuǎn)速環(huán)是外環(huán)。設計先從內(nèi)環(huán)入手,首先設計電流調(diào)節(jié)器,把電流環(huán)等效為轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié),再設計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。設計方法是根據(jù)對閉環(huán)工作的要求,選擇典型系統(tǒng)的類型,然后按最佳參數(shù)為閉環(huán)系統(tǒng)設計合適的調(diào)節(jié)器,最后求出調(diào)節(jié)器參數(shù)。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖如圖2所示。由于檢測信號和轉(zhuǎn)速檢測信號中常含有交流諧波成分,在反饋端加上T型濾波器。同時為了補償反饋通道中的慣性作用,在給定通道中也加入時間常數(shù)相同的慣性環(huán)節(jié)。2模型的構建2.1電流控制器的選擇電流環(huán)設計主要為電流調(diào)節(jié)器的選擇及參數(shù)計算。(1)電流環(huán)結構的簡化。由于電流的響應過程比轉(zhuǎn)速響應過程快得多,因此假定在電流調(diào)節(jié)過程中,轉(zhuǎn)速來不及變化,從而不考慮反電動勢E的影響,所以反電勢的反饋支路相當于斷開,再把反饋環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內(nèi)。因為Ts和Toi一般都比Tl小得多,可作小慣性環(huán)節(jié)處理,故取TΣi=Ts+Toi。其中簡化條件應滿足擾動作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù):電流環(huán)結構圖最終簡化為如下框圖:(2)電流調(diào)節(jié)器的選擇。對于經(jīng)常起制動的生產(chǎn)機械,希望電流環(huán)跟隨性能好,起超調(diào)量越小越好。在這種情況下,應該選擇典型I型系統(tǒng)設計電流環(huán)。如果生產(chǎn)機械工作環(huán)境的電網(wǎng)電壓波動較大,希望電流環(huán)有較強的抗電網(wǎng)電壓擾動能力。從這個觀點出發(fā),電流環(huán)應該采用典型II型系統(tǒng)設計電流環(huán)。另外,電流環(huán)中兩個時間常數(shù)之比,也可決定選擇方案。在這里選用典型I型系統(tǒng)進行電流環(huán)的設計。圖3表明電流調(diào)節(jié)ACR的調(diào)節(jié)對象是雙慣性環(huán)節(jié),為了把電流環(huán)校正成典型I型系統(tǒng),ACR函數(shù)必須是PI調(diào)節(jié)器形式。其傳遞函數(shù)為為了消去控制對象的大慣性時間常數(shù)的極點,選擇τi=Tl,則電流環(huán)的動態(tài)結構圖簡化為其中,比較典型的二階開環(huán)傳遞函數(shù),得KI=Ks,TΣi=T。(3)電流調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇。電流調(diào)節(jié)器參數(shù)是KI和τi?，F(xiàn)已選定τi=Tl,而τi取決于所需的ωci和動態(tài)性能指標。根據(jù)生產(chǎn)機械要求的動態(tài)性能指標,查表決定[KT]的數(shù)值。因為KI=K,Ti=T,所以利用公式Ti=Ts+Toi,可得在一般情況下,希望超調(diào)量σ%<=5%,從中得到[KT]=0.5,因此2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇(1)電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。在設計轉(zhuǎn)速環(huán)時,把設計好的電流環(huán)作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)對象的一部分,所以電流環(huán)的傳遞函數(shù)為轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率ωcn較低,因此電流閉環(huán)傳遞函數(shù)可降階近似處理,即由于圖4的輸入信號為Ui*/β,在這里考慮設計成KI*TΣi=0.5,則電流環(huán)等效閉環(huán)傳遞函數(shù)為(2)轉(zhuǎn)速環(huán)的簡化即調(diào)節(jié)器的選擇。轉(zhuǎn)速閉環(huán)部分的簡化圖如圖5,其中圖6為不考慮負載IL的擾動情況下的簡化。因為調(diào)速系統(tǒng)首先需要有較好的抗擾動性能,所以采用抗擾能力強的典型II型系統(tǒng)設計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。要把轉(zhuǎn)速環(huán)校正為典型II型系統(tǒng),A,R應該采用PI型,其傳遞函數(shù)為調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為式中,(3)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)是Kn和τn,按照典型II型系統(tǒng)參數(shù)選擇方法可得轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為3模擬及其結果分析3.1動機性能指標仿真對直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)選擇,根據(jù)電動機性能指標進行,根據(jù)上面所建立的模型用SIMULINK方框圖(圖7)仿真及其仿真結果(圖8)如下:SIMULINK方框圖仿真結果為3.2外語編程模擬：b直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為(2)程序運行結果如下。3.3系統(tǒng)的動態(tài)特性根據(jù)MATLA語言編程仿真結果(圖9)以及SIMULINK方框圖仿真的結果(圖8)分析得到,系統(tǒng)的超調(diào)量σ為:超調(diào)量滿足超調(diào)量σ小于10%的要求,超調(diào)量σ是反映系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性,超調(diào)量σ越小,相對穩(wěn)定性越好,動態(tài)響應越平穩(wěn);系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間(又稱為過渡過程時間)ts<=1.5s,它是衡量系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程的快慢,本系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程很短,系統(tǒng)很快達到穩(wěn)態(tài)值;系統(tǒng)的上升時間tr<=0.2s,系統(tǒng)的上升時間tr表征了動態(tài)相應的快速性,系統(tǒng)的上升時間tr很小,說明系統(tǒng)具有很快速的動態(tài)響應特性。另外,本系統(tǒng)還具有良好的抗負載擾動的能力。4提高直接系統(tǒng)的響應特性,提高加速度總之,直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有快速起動,快速調(diào)