可逆冷轧机主传动双闭环调速系统设计谢海云

霍岩岩

摘 要：近几十年来全球经济迅猛发展，其中能源和环境与经济密切相关，能源与人们的生产和生活息息相关，制约着我国的经济的发展。一直以来，直流电机以其自身的优势立足于变速运动控制系统。无论是理论还是实践，相对于交流调速来说，直流调速系统非常的成熟。所以文章结合自动化电机的一些思想，结合理论设计出了可逆冷轧机主传动双闭环调速控制系统。

关键词：双闭环调速系统；直流调速系统；电位调节器；IGBT

1 双闭环调速系统简介

1.1 双闭环调速系统的组成

与单闭环调速系统用一个调节器综合调节各种信号不同，双闭环调速系统利用两个调节器来分别调节转速和电流。单个调节器在进行静态调节时固然可以，但是动态性能不好，一个调节器虽然能同时调节两种信号但却不能保证动态参数，无法达到很好的效果。但是运用两个调节器来分别调节，克服了各种信号间的相互制约，可以使系统获得更好的动态品质。具体结构就是，用转速调节器来控制转速，相应的用电流调节器控制电流，两个调节器之间进行串联。在双闭环调速系统中，内外环分别是电流环和速度环，两个调节器均有一定的幅值限制，转速调节器的幅值与系统所给的最大加速度的值有关，而电流调节器幅值与晶闸管所允许流过的最大电流有关。

1.2 双闭环调速系统的静态特性

对于双闭环调速系统的静态特性而言，只需要考虑转速调节器和电流调节器饱和还是不饱和两种状态。

转速调节器饱和也就是调节器达到幅值时，输出为稳定值，输出量不随输入量的变化而变化。只有当由于有反向的输入量使得调节器退出饱和即不再是限幅值时，此时稳态输入偏差电压总是趋近于零。

1.3 双闭环调速系统的动态特性

Kn-转速调节的比例系数；τn-转速调节器的超前时间常数；

双闭环调速的动态性能主要描述的是系统在给定输入的跟随性能和系统对扰动输入的抗干扰性能，把两者综合在一起就可以完整的表示一个系统的动态品质。

双闭环调速系统在给定一个阶跃输入后由静止状态开始启动，启动过程中转速调节器会经历不饱和，饱和，退饱三个阶段。第一个阶段是转速调节器由不饱和很快达到饱和，而电流调节器一般处于不饱和状态以确保电流环的调节作用。在第二个阶段电流调节器仍旧处于不饱和状态，转速调节器一直处于饱和状态，此阶段电机进行等加速度启动阶段，处于恒流调节状态，若要满足电流调节器不饱和，必须对晶闸管作出相应的要求，晶闸管供电装置的最大电压必须有余地不能饱和。第三阶段转速调节器退饱和，转速趋于恒定值。

在双闭环调速系统中主要是电网扰动和负载扰动。负载扰动在电流内环和转速外环之间，这种扰动只能通过转速调节器抗干扰。而电网扰动处于电流环内，被电流环所抑制，涉及不到转速调节器。

2 系统总回路方案的确定

系统方案的选择必须要以实践为依据以理论为指导，在满足生产工艺要求的前提下采用合理的设计从而实现低成本高收益，实现节能要求，从而保障我国经济快速健全的发展。系统方案的选择涉及到以下几个方面。

首先，是驱动方案也就是专业上说的拖动方案的选择。前面已经介绍到直流调速比交流调速更加的成熟，直流在很大的范围内可以实现平滑调速，满足了可逆冷轧街主传动调速系统在电机方面的要求。由此，在可逆冷轧机主传动双闭环调速系统的设计中采用直流拖动。

其次，在供电方面也有一定的要求。有一定电机专业知识的人都知道，实现可逆型冷轧机主传动系统无级调速的最佳途径便是调节电机的驱动电压。与传统的离子拖动系统相比，晶闸管变流供电装置性能好而且较为可靠。但是晶闸管存在一个很明显的缺点：单向导电，所以在使用晶闸管供电时必须有保护电路，来避免因为过电流或者过电压对其造成损害。该系统采用晶闸管供电装置外加保护电路通过调压达到调速目的。

然后，需要考虑整流电路的形式，三相半波整流电路虽然投资少，但是电压波动大，会产生电流的磁化现象，影响其利用率。而三相桥式整流电路虽然投资大，但基本不会有电流磁化现象，利用率高，所以在可逆冷轧机系统中采用三相全波整流。

最后，是系统的环流方案的确定，可逆冷轧机主传动双闭环调速系统中的环流设置可以实现调速无死角，能够进行快速而平滑的调速。

3 直流双闭环调速系统设计

可逆冷轧机双闭环调速系统的设计中涉及到以下一些方面：电流环的设计，转速环的设计，晶闸管电路的设计。

3.1 电流环的设计

首先要对电流环结构图进行简化，然后再进行电流调节器的结构选择以及参数的计算。电流环可以对电网扰动起到很好的抑制作用，保证了系统的完美启动，而且当电机过载时电流调节器可以起到很好的保护作用。

3.2 转速调节器的设计

转速调节器可以抑制负载的扰动，可以实现平滑调速无静差。转速调节器的输出限幅值决定了系统的电流最大值。转速调节器处于外环，设计时可以根据已经设计好的内环电流调节器来设计，根据可逆冷轧机主传动双闭环系统的动态性能指标和参数的选择标准对转速调节器进行设计，根据已选好的参数标准对该系统超调速量值进行计算，检验是否符合设计的需要。

3.3 晶闸管电路的设计

在使用晶闸管作供电装置时必须要有相应的保护电路以防止晶闸管由于过电流或过电压而损坏。保护电路包括过电压保护电路和过电流保护电路。过电流保护电路可以使用接入快速熔断器进行保护等等措施。过电压保护电路可以在元件的两端并联RC电路，来防止元件由于换相过电压而受到损害。

4 结束语

可逆冷轧机主传动双闭环调速系统运用了多环控制，内环控制电流外环控制转速，运用转速调节器和电流调节器分别控制信号相结合，并设定相应的限幅值，构成双闭环调速系统。又使用晶闸管供电装置供电，实现宽范围的平滑调速。在设计时采用三相全波整流电路，避免了电流的磁化大大提高了利用率。可逆冷轧机主传动双闭环调速系统的设计实现了节能的要求，符合现代工业生产的要求，更加有利于我国经济的发展。

参考文献

[1]王兆安.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，33-160.

[2]刘东汉，陈学珍.基于AT89C51控制的直流电动机双环调速系统[J].微型计算机信息，2006，22（4-2）：13-15.

[3]王果，朱大鹏.直流电机双闭环调速系统的工程设计方法仿真[J]. 电力系统及其自动化学报，2003，15（9-1）：25-27.

摘 要：近几十年来全球经济迅猛发展，其中能源和环境与经济密切相关，能源与人们的生产和生活息息相关，制约着我国的经济的发展。一直以来，直流电机以其自身的优势立足于变速运动控制系统。无论是理论还是实践，相对于交流调速来说，直流调速系统非常的成熟。所以文章结合自动化电机的一些思想，结合理论设计出了可逆冷轧机主传动双闭环调速控制系统。

关键词：双闭环调速系统；直流调速系统；电位调节器；IGBT

1 双闭环调速系统简介

1.1 双闭环调速系统的组成

与单闭环调速系统用一个调节器综合调节各种信号不同，双闭环调速系统利用两个调节器来分别调节转速和电流。单个调节器在进行静态调节时固然可以，但是动态性能不好，一个调节器虽然能同时调节两种信号但却不能保证动态参数，无法达到很好的效果。但是运用两个调节器来分别调节，克服了各种信号间的相互制约，可以使系统获得更好的动态品质。具体结构就是，用转速调节器来控制转速，相应的用电流调节器控制电流，两个调节器之间进行串联。在双闭环调速系统中，内外环分别是电流环和速度环，两个调节器均有一定的幅值限制，转速调节器的幅值与系统所给的最大加速度的值有关，而电流调节器幅值与晶闸管所允许流过的最大电流有关。

1.2 双闭环调速系统的静态特性

对于双闭环调速系统的静态特性而言，只需要考虑转速调节器和电流调节器饱和还是不饱和两种状态。

转速调节器饱和也就是调节器达到幅值时，输出为稳定值，输出量不随输入量的变化而变化。只有当由于有反向的输入量使得调节器退出饱和即不再是限幅值时，此时稳态输入偏差电压总是趋近于零。

1.3 双闭环调速系统的动态特性

Kn-转速调节的比例系数；τn-转速调节器的超前时间常数；

双闭环调速的动态性能主要描述的是系统在给定输入的跟随性能和系统对扰动输入的抗干扰性能，把两者综合在一起就可以完整的表示一个系统的动态品质。

双闭环调速系统在给定一个阶跃输入后由静止状态开始启动，启动过程中转速调节器会经历不饱和，饱和，退饱三个阶段。第一个阶段是转速调节器由不饱和很快达到饱和，而电流调节器一般处于不饱和状态以确保电流环的调节作用。在第二个阶段电流调节器仍旧处于不饱和状态，转速调节器一直处于饱和状态，此阶段电机进行等加速度启动阶段，处于恒流调节状态，若要满足电流调节器不饱和，必须对晶闸管作出相应的要求，晶闸管供电装置的最大电压必须有余地不能饱和。第三阶段转速调节器退饱和，转速趋于恒定值。

在双闭环调速系统中主要是电网扰动和负载扰动。负载扰动在电流内环和转速外环之间，这种扰动只能通过转速调节器抗干扰。而电网扰动处于电流环内，被电流环所抑制，涉及不到转速调节器。

2 系统总回路方案的确定

系统方案的选择必须要以实践为依据以理论为指导，在满足生产工艺要求的前提下采用合理的设计从而实现低成本高收益，实现节能要求，从而保障我国经济快速健全的发展。系统方案的选择涉及到以下几个方面。

首先，是驱动方案也就是专业上说的拖动方案的选择。前面已经介绍到直流调速比交流调速更加的成熟，直流在很大的范围内可以实现平滑调速，满足了可逆冷轧街主传动调速系统在电机方面的要求。由此，在可逆冷轧机主传动双闭环调速系统的设计中采用直流拖动。

其次，在供电方面也有一定的要求。有一定电机专业知识的人都知道，实现可逆型冷轧机主传动系统无级调速的最佳途径便是调节电机的驱动电压。与传统的离子拖动系统相比，晶闸管变流供电装置性能好而且较为可靠。但是晶闸管存在一个很明显的缺点：单向导电，所以在使用晶闸管供电时必须有保护电路，来避免因为过电流或者过电压对其造成损害。该系统采用晶闸管供电装置外加保护电路通过调压达到调速目的。

然后，需要考虑整流电路的形式，三相半波整流电路虽然投资少，但是电压波动大，会产生电流的磁化现象，影响其利用率。而三相桥式整流电路虽然投资大，但基本不会有电流磁化现象，利用率高，所以在可逆冷轧机系统中采用三相全波整流。

最后，是系统的环流方案的确定，可逆冷轧机主传动双闭环调速系统中的环流设置可以实现调速无死角，能够进行快速而平滑的调速。

3 直流双闭环调速系统设计

可逆冷轧机双闭环调速系统的设计中涉及到以下一些方面：电流环的设计，转速环的设计，晶闸管电路的设计。

3.1 电流环的设计

首先要对电流环结构图进行简化，然后再进行电流调节器的结构选择以及参数的计算。电流环可以对电网扰动起到很好的抑制作用，保证了系统的完美启动，而且当电机过载时电流调节器可以起到很好的保护作用。

3.2 转速调节器的设计

转速调节器可以抑制负载的扰动，可以实现平滑调速无静差。转速调节器的输出限幅值决定了系统的电流最大值。转速调节器处于外环，设计时可以根据已经设计好的内环电流调节器来设计，根据可逆冷轧机主传动双闭环系统的动态性能指标和参数的选择标准对转速调节器进行设计，根据已选好的参数标准对该系统超调速量值进行计算，检验是否符合设计的需要。

3.3 晶闸管电路的设计

在使用晶闸管作供电装置时必须要有相应的保护电路以防止晶闸管由于过电流或过电压而损坏。保护电路包括过电压保护电路和过电流保护电路。过电流保护电路可以使用接入快速熔断器进行保护等等措施。过电压保护电路可以在元件的两端并联RC电路，来防止元件由于换相过电压而受到损害。

4 结束语

可逆冷轧机主传动双闭环调速系统运用了多环控制，内环控制电流外环控制转速，运用转速调节器和电流调节器分别控制信号相结合，并设定相应的限幅值，构成双闭环调速系统。又使用晶闸管供电装置供电，实现宽范围的平滑调速。在设计时采用三相全波整流电路，避免了电流的磁化大大提高了利用率。可逆冷轧机主传动双闭环调速系统的设计实现了节能的要求，符合现代工业生产的要求，更加有利于我国经济的发展。

参考文献

[1]王兆安.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，33-160.

[2]刘东汉，陈学珍.基于AT89C51控制的直流电动机双环调速系统[J].微型计算机信息，2006，22（4-2）：13-15.

[3]王果，朱大鹏.直流电机双闭环调速系统的工程设计方法仿真[J]. 电力系统及其自动化学报，2003，15（9-1）：25-27.

摘 要：近几十年来全球经济迅猛发展，其中能源和环境与经济密切相关，能源与人们的生产和生活息息相关，制约着我国的经济的发展。一直以来，直流电机以其自身的优势立足于变速运动控制系统。无论是理论还是实践，相对于交流调速来说，直流调速系统非常的成熟。所以文章结合自动化电机的一些思想，结合理论设计出了可逆冷轧机主传动双闭环调速控制系统。

关键词：双闭环调速系统；直流调速系统；电位调节器；IGBT

1 双闭环调速系统简介

1.1 双闭环调速系统的组成

与单闭环调速系统用一个调节器综合调节各种信号不同，双闭环调速系统利用两个调节器来分别调节转速和电流。单个调节器在进行静态调节时固然可以，但是动态性能不好，一个调节器虽然能同时调节两种信号但却不能保证动态参数，无法达到很好的效果。但是运用两个调节器来分别调节，克服了各种信号间的相互制约，可以使系统获得更好的动态品质。具体结构就是，用转速调节器来控制转速，相应的用电流调节器控制电流，两个调节器之间进行串联。在双闭环调速系统中，内外环分别是电流环和速度环，两个调节器均有一定的幅值限制，转速调节器的幅值与系统所给的最大加速度的值有关，而电流调节器幅值与晶闸管所允许流过的最大电流有关。

1.2 双闭环调速系统的静态特性

对于双闭环调速系统的静态特性而言，只需要考虑转速调节器和电流调节器饱和还是不饱和两种状态。

转速调节器饱和也就是调节器达到幅值时，输出为稳定值，输出量不随输入量的变化而变化。只有当由于有反向的输入量使得调节器退出饱和即不再是限幅值时，此时稳态输入偏差电压总是趋近于零。

1.3 双闭环调速系统的动态特性

Kn-转速调节的比例系数；τn-转速调节器的超前时间常数；

双闭环调速的动态性能主要描述的是系统在给定输入的跟随性能和系统对扰动输入的抗干扰性能，把两者综合在一起就可以完整的表示一个系统的动态品质。

双闭环调速系统在给定一个阶跃输入后由静止状态开始启动，启动过程中转速调节器会经历不饱和，饱和，退饱三个阶段。第一个阶段是转速调节器由不饱和很快达到饱和，而电流调节器一般处于不饱和状态以确保电流环的调节作用。在第二个阶段电流调节器仍旧处于不饱和状态，转速调节器一直处于饱和状态，此阶段电机进行等加速度启动阶段，处于恒流调节状态，若要满足电流调节器不饱和，必须对晶闸管作出相应的要求，晶闸管供电装置的最大电压必须有余地不能饱和。第三阶段转速调节器退饱和，转速趋于恒定值。

在双闭环调速系统中主要是电网扰动和负载扰动。负载扰动在电流内环和转速外环之间，这种扰动只能通过转速调节器抗干扰。而电网扰动处于电流环内，被电流环所抑制，涉及不到转速调节器。

2 系统总回路方案的确定

系统方案的选择必须要以实践为依据以理论为指导，在满足生产工艺要求的前提下采用合理的设计从而实现低成本高收益，实现节能要求，从而保障我国经济快速健全的发展。系统方案的选择涉及到以下几个方面。

首先，是驱动方案也就是专业上说的拖动方案的选择。前面已经介绍到直流调速比交流调速更加的成熟，直流在很大的范围内可以实现平滑调速，满足了可逆冷轧街主传动调速系统在电机方面的要求。由此，在可逆冷轧机主传动双闭环调速系统的设计中采用直流拖动。

其次，在供电方面也有一定的要求。有一定电机专业知识的人都知道，实现可逆型冷轧机主传动系统无级调速的最佳途径便是调节电机的驱动电压。与传统的离子拖动系统相比，晶闸管变流供电装置性能好而且较为可靠。但是晶闸管存在一个很明显的缺点：单向导电，所以在使用晶闸管供电时必须有保护电路，来避免因为过电流或者过电压对其造成损害。该系统采用晶闸管供电装置外加保护电路通过调压达到调速目的。

然后，需要考虑整流电路的形式，三相半波整流电路虽然投资少，但是电压波动大，会产生电流的磁化现象，影响其利用率。而三相桥式整流电路虽然投资大，但基本不会有电流磁化现象，利用率高，所以在可逆冷轧机系统中采用三相全波整流。

最后，是系统的环流方案的确定，可逆冷轧机主传动双闭环调速系统中的环流设置可以实现调速无死角，能够进行快速而平滑的调速。

3 直流双闭环调速系统设计

可逆冷轧机双闭环调速系统的设计中涉及到以下一些方面：电流环的设计，转速环的设计，晶闸管电路的设计。

3.1 电流环的设计

首先要对电流环结构图进行简化，然后再进行电流调节器的结构选择以及参数的计算。电流环可以对电网扰动起到很好的抑制作用，保证了系统的完美启动，而且当电机过载时电流调节器可以起到很好的保护作用。

3.2 转速调节器的设计

转速调节器可以抑制负载的扰动，可以实现平滑调速无静差。转速调节器的输出限幅值决定了系统的电流最大值。转速调节器处于外环，设计时可以根据已经设计好的内环电流调节器来设计，根据可逆冷轧机主传动双闭环系统的动态性能指标和参数的选择标准对转速调节器进行设计，根据已选好的参数标准对该系统超调速量值进行计算，检验是否符合设计的需要。

3.3 晶闸管电路的设计

在使用晶闸管作供电装置时必须要有相应的保护电路以防止晶闸管由于过电流或过电压而损坏。保护电路包括过电压保护电路和过电流保护电路。过电流保护电路可以使用接入快速熔断器进行保护等等措施。过电压保护电路可以在元件的两端并联RC电路，来防止元件由于换相过电压而受到损害。

4 结束语

可逆冷轧机主传动双闭环调速系统运用了多环控制，内环控制电流外环控制转速，运用转速调节器和电流调节器分别控制信号相结合，并设定相应的限幅值，构成双闭环调速系统。又使用晶闸管供电装置供电，实现宽范围的平滑调速。在设计时采用三相全波整流电路，避免了电流的磁化大大提高了利用率。可逆冷轧机主传动双闭环调速系统的设计实现了节能的要求，符合现代工业生产的要求，更加有利于我国经济的发展。

参考文献

[1]王兆安.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，33-160.

[2]刘东汉，陈学珍.基于AT89C51控制的直流电动机双环调速系统[J].微型计算机信息，2006，22（4-2）：13-15.

[3]王果，朱大鹏.直流电机双闭环调速系统的工程设计方法仿真[J]. 电力系统及其自动化学报，2003，15（9-1）：25-27.