双闭环直流调速系统研究

冯骏宇 德湘轶* 沈阳工学院 信息与控制学院

1 调速系统设计

双闭环直流调速系统中设置两个调节器，即转速调节器（ASR）和电流调节器（ACR），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。两者实行嵌套链接，且都有输出限幅电路。转速调节器的输出限幅电压决定了电压的最大值；电流调节器的输出限幅电压限制电力电子变化的最大输出电压。

调速系统主要被控量是转速，故转速负反馈组成外环，为保证电机调速准确跟随给定电压，故电流负反馈组成内环。将转速调节器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，形成转速、电流双闭环调速系统。系统结构图如图1所示：

图1 系统结构图

2 双闭环直流系统启动过程分析

起动过程可分为三个阶段：电流上升、恒流升速和转速调，转速调节器在此三个阶段中经历了不饱和、饱和及退饱和三种情况。第一阶段，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不饱和。第二阶段，ASR始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒值电流给定下的电流调节系统，基本上保持电流恒定，因而系统的加速恒定，转速线性增加，是启动过程中的主要阶段。第三阶段，会出现转速超调，之后，ASR输入偏差电压变负，使它开始退出饱和状态。在这最后的转速调节阶段内，ASR和ACR都不饱和，ASR起主导的转速调节作用，而ACR则力图使电流尽快地跟随其给定值，或者说，电流环是一个电流跟随子系统。

3 直流双闭环调速系统电路设计

3.1 电流调节器设计

电流调节器设计图如图2所示：

图2 电流调节器设计电路图

其中确定的时间常数如下：

整流装置滞后时间常熟Ts：三项电路的平均失控时间为Ts=0.0017s；电流滤波时间常数Toi：Toi=0.00335s；电流环最小时间常数之和TΣi=Ts+ Toi=0.00505s。

3.2 速度调节器设计

速度调节器设计电路图如图3所示：

图3 速度调节器设计电路

其中确定的时间常数为：

转速滤波时间常数：Ton=0.00335s；转速环小时间常数：TΣn=2TΣi+Ton=0.01345s。

3.3 转速检测电路设计

转速的检测可把Un接到测速发电机上即可检测转速，如图4所示：

图4 转速检测电路

4 双闭环系统的稳定性能分析

4.1 抗负载扰动

双闭环直流调速系统中负载扰动作用在电流环后，因此只能通过转速调节器ASR来产生抗负载扰动作用。

4.2 抗电网电压扰动

电网电压变化对调速系统产生扰动，为将抗干扰性能改善，在双闭环系统中增设电流内环，电压波动通过电流反馈进行调节。由于电网电压波动引起的转速动态变化小，所以系统有较高稳定性。

5 校正分析

该双闭环直流调速系统中的校正是反馈校正，通过反馈电动机的转速和电流值在经过转速调机器和电流调节器来对电动机的性能校正。其中转速调节器和电流调节器都为比例积分环节。

[1]王建辉、故树生.自动控制原理.清华大学出版社，2007

[2]章燕申.控制系统的设计与实践.清华大学出版社，1992