电气传动控制系统课程设计(5)

WPI(s) KP

1

s

KP

1s 1 1s

Kp

Kp

1s

Kp KI

1s

1 KP

(a) 二极管钳位的外限幅电 为满足系统需要，调节器采用带有限幅作用的PI路调节器，一旦PI调节器饱和，其输(b) 稳压管钳位的内限幅电路

出量为恒值，输入量的变化不再影响输出，即饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的关系，相当于使该调节器处于断开起到保护作用。除非有反极性的输入信号使调节器退出饱和。而输出未达限幅时，调节器才起调节作用，使输入偏差电压在调节过程中趋于零，而在稳态时为零。图2(a)是利用二极管钳位的外限幅电路，其中二极管VD1和电位器RP1提供正电压限幅,VD2和电位器RP2提供负电压限幅。调节电位器RP1和RP2可以任意改变正、负限幅值。当Uex达到限幅值后，如果输入信号Ui 符号不变，C点的电位不会一直增加。因此当输入信号符号改变时，调节器退饱和时间也不会太长。图2(b)是稳压管钳位的内限幅电路。正限幅电压等于稳压管VST1的稳压值，负限幅电压等于稳压管VST2的稳压值。如果输出电压超过限幅值时，因稳压管导通，对运算放大器产生强烈的反馈作用，使Uex回到限幅值。

图 2

4、确定系统的总体结构

为实现转速和电流两种负反馈分别作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转 速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套联接，如图2所示。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。转速一电流双闭环直流调速系统的结构如图2所示，Un*为转速给定电压，Un为转速反馈电压，Ui*为电流给定电压，Ui为电流反馈电压，是电枢端电压，

Uc

是控制

电压，ASR为转速调节器，ACR为电流调节器，GT为晶阐管触发装置，VT为整流装置，TA为电流互感器，VT为整流装置，M是电动机，TG

是测速发电机。两个调节器之间串

级联接，转速调节器ASR的输出是电流调节器的输入，电流调节器ACR的输出控制电力电子变换器。从闭环结构上看，转速环是外环，电流环是内环，这就构成了转速一电流双闭环直流调速系统。通过原理图画出其稳态结构框图，如图4所示。

三、双闭环调速系统的稳态分析及稳态参数计算

1、稳态结构图及静特性

双闭环调速系统的静特性如图5所示，图中AC段描述了调节器不饱和时的静特性，调节器ASR处于线性调节状态，电流的大小是从理想空载状态Id=0一直延续到Id=Idm，表现为一条水平的特性。系统所采用的是带限幅的PI调节器。在稳态时，PI调节器的作用使得输入偏差电压 U总为零，即图5中AC段。

图

5 双闭环调速系统的静特性

在起动或堵转时，负载电流Id Idm后，图5中AB段，转速调节器ASR饱和，电流调节器起主要调节器作用，系统表现为电流无静差，电流给定值是转速调节器的限幅值，实现过电流的自动保护。若负载电流减小，Id Idm，则使得转速上升，n n0， n 0，ASR反向积分，使得ASR调节器推出饱和又回到线性调节状态，结果使系统又回到静特性AC段。

2、稳态参数计算

双闭环调速系统工作在稳态时，转速变化率为零，故电枢电流等于负载电流，

Id Idl

，由ACR得输入 Ui 0推得，转速调节器的输出，即电流调节器的给定

Ui Ui Id Idl

*

电流调节器ACR的输出

Uc

Ud0Ks

Cen IdR

Ks

CeUn/ IdR

Ks

*

根据各调节器的给定值和反馈值可以计算出响应的反馈系数

UnmnmaxUimIdm

**

10V200r/min10V2 3.7A

0.05

1.3514