转速、电流双闭环控制直流调速系统

此篇导图将从系统的组成，稳态分析，动态分析，动态性能指标以及调节器的工程设计方法来阐述转速、电流双闭环控直流调速系统，详实但也不繁缛，通俗易懂

转速、电流双闭环控制直流调速系统

• 系统的组成
  • 转速负反馈（外环）
    • 对负载变化起抗扰作用
    • 稳态时减小转速误差
  • 电流负反馈（内环）
    • 对电网电压的波动起抗扰作用
    • 在启动过程中使电动机获得允许的最大电流（实际上会略小于Idm）
• 稳态分析
  • 稳态结构图
  • 转速调节器饱和
    • 垂直特性，电流无静差
  • 转速调节器不饱和
    • 水平特性，转速无静差
  • 稳态参数计算
    • 转速反馈系数
    • 电流反馈系数
• 动态分析
  • 重点
  • 动态结构图
  • 起动过程
    • 电流上升阶段（0-t1)
      • Id＜IdL
        • 未达到负载电流，电动机不转
      • Idm＞Id>=IdL,
        • 电流达到负载电流，电动机开始启动，在ASR的作用下Id快速上升,直到Id=Idm，ACR开始压制电枢电流继续增长。ASR很快进入饱和状态，起动过程ACR一般不饱和
    • 恒流升速阶段(t1-t2)
      • ASR一直处于饱和状态，Id在ACR的作用下，略有超调后便开始下降至稳态，然而电流闭环无法完全消除扰动，稳态时的Id略小于电动机所能允许的最大电流Idm，该阶段将保持所能达到的最大电流，以确保转速接近线性增大（以最快速度增大至稳态）
    • 转速调节阶段(t2以后）
      • 转速未到达峰值
        • 尽管到达额定转速时，ASR额定输入偏差为0，然而输出在积分作用下还在限幅值，则电机仍在加速，使得转速超调，超调后ASR开始退饱和，电流很快下降，但Id＞IdL(负载电流）时，转速继续上升。
      • 转速到达峰值
        • 当Id=IdL时，转速达到峰值，为了使转速到达稳态时所需的额定转速，Id会降至小于Idl，在最后调整下，稳态阶段达到额定转速和负载电流，在该阶段中，ASR和ACR均不饱和。
  • 制动过程
    • 正向电枢电流衰减阶段（t0-t1)
      • 制动过程中，ASR一直饱和，ACR一般不饱和。t0收到停车指令，在电流环作用下Id快速降低，由于该阶段时间太短，转速几乎没变，ASR很快进入并保持饱和状态
    • 反向电枢电流建立阶段(t1-t2)
      • ASR开环，相当于仅有电流环起作用，使得电流在Ud＜E时一直反向增加，电动机处于反接制动状态，然而这个阶段时间也很短，转速没有很大变化
    • 恒流制动阶段(t2-t3)
      • 电流环始终维持电枢电流接近-Idm，保证制动时间最短，此时的电动机处于回馈制动状态，直到转速变为0，此外该阶段时间最长，是制动过程中的主要阶段。
    • 转速调节阶段（t3以后）
      • 尽管转速降为0时ASR输出偏差也为0，然而在积分的作用下电动机反转，ASR反向退饱和，电流环此时建立正向电枢电流，使Id增大以便使转速不继续增大，当Id=IdL时，转速到达反向最大值，继续增大Id直到电动机停转
• 动态性能指标
  • 动态跟随性能指标
    • 上升时间
    • 超调量
    • 峰值时间
    • 调节时间
  • 动态抗扰性能指标
    • 动态降落
    • 恢复时间
  • 频域性能指标和伯德图
    • 低频段精度高
    • 中频段稳定性强
    • 高频段抗扰能力强
• 调节器的工程设计方法
  • 典型系统的选择
    • 动态跟随指标要求高用典型I型系统
    • 动态抗扰指标要求高用典型II型系统
  • 电流调节器的设计
    • 确定时间常数
    • 选择调节器结构
    • 计算参数
    • 检验近似条件
  • 转速调节器的设计
    • 确定时间常数
    • 选择调节器结构
    • 计算参数
    • 检验近似条件
  • 转速调节器退饱和时转速超调量的计算