双闭环控制直流调速系统的动态性能优化

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：图1.33反映了双闭环控制后转速和电流在起动时的响应过程。转速电流双闭环控制系统的抗扰能力与转速单闭环控制系统的不同之处是，由于增加了电流控制环，对于被电流环包围的前向通道上的扰动，电流环有直接抑制的作用，而不必待这些扰动引起转速变化后，才由转速环对之产生抑制，因此双闭环控制系统较转速单闭环控制系统有更强的抗扰能力。

1.跟随性能

跟随性能是指转速或电流的给定值变化后，电动机转速和电流的响应能力。图1.33反映了双闭环控制后转速和电流在起动时的响应过程。由图可以看出，由于转速调节器的限幅和电流环的作用使电动机能恒流升速，因此在充分利用电动机电流能力的基础上减少了起动时间，转速的响应能力显然较转速单闭环控制时有了提高。而转速单闭环加电流截止反馈控制时，尽管限制了最大电流，但是电流截止反馈不能保证恒流升速，起动时间相对较长。当双闭环系统提高转速给定时，电动机转速可以随之提高。当转速给定提高的幅度较大时，转速调节器可以饱和，电动机可以以最大电流提速。当转速给定提高幅度较小时，转速调节器也可能不饱和，电动机提速时的电流不一定达到最大值。如果转速给定减小，则转速调节器输出减小，电流下降转矩减小，电动机转速下降。不过，对于不可逆系统，如果没有一定的制动措施，则转速下降的速度会受到限制。

2.抗扰能力

双闭环调速系统的转速环可以抑制转速环前向通道上的扰动，如调节器参数、电枢电阻、负载的变化等，这些变化只要引起了转速变化，转速调节器都能发挥调节作用而减小这些扰动的影响。对于采用PI调节器的双闭环系统，理论上可以消除扰动的影响而保持转速不变，这与转速单闭环控制系统相同。转速电流双闭环控制系统的抗扰能力与转速单闭环控制系统的不同之处是，由于增加了电流控制环，对于被电流环包围的前向通道上的扰动，电流环有直接抑制的作用，而不必待这些扰动引起转速变化后，才由转速环对之产生抑制，因此双闭环控制系统较转速单闭环控制系统有更强的抗扰能力。其中，典型的是双闭环控制对电网电压波动的抗扰能力，例如当电网电压增加引起电流的上升时，经电流环的调节就可以保持电枢电流不变。

转速电流双闭环调速系统中转速调节器和电流调节器的作用归纳如下：

（1）转速调节器的作用

1）转速调节器是调速系统的主调节器，它使转速跟随转速给定变化，如果采用PI调节器，则可以实现转速无静差调节。

2）转速调节器的输出限幅决定了电动机允许的最大电流，不仅使电动机能以最大电流起动，并且还起过电流保护的作用。

3）对负载变化有抗扰作用。

（2）电流调节器的作用

1）电流调节器是调速系统的从调节器，它的作用是使电流跟随转速调节器输出U_i∗变化。

2）在转速动态过程中，保证电动机可以在允许的最大电流下，加快动态调节过程。

3）对电网电压波动起及时抗扰作用。

4）在电动机过载和堵转时，限制电枢电流，起快速自动保护作用，一旦故障消失，系统即恢复正常。这个作用对系统的可靠运行是十分重要的。