双闭环直流调速系统调节器设计

双闭环直流调速系统调节器设计

转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。采用PID调节的单个转速闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统难以满足需要，这主要是因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。这时候就需要双闭环控制系统了[6]。
因为双闭环采用转速和电流两个调节器，能同时存在转速和电流两种负反馈，又能分别在不同的阶段起作用。
2.3.1 直流电机双闭环调速系统结构
为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PID调节器。图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力e68a84e8a2ade799bee5baa6e79fa5e9819331333264643062电子变换器的控制电压Uc为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图中还表示了两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调节器ASR的输出限幅电压Uim*决定了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，即分别是引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联结，如图2-4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。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PID调节器。图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压Uc为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图中还表示了两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调节器ASR的输出限幅电压Uim*决定了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm [7] 。

图1-1 双闭环直流调速系统电路原理图

图2-4 转速电流双闭环直流调速系统原理图
图中，ASR：转速调节器；ACR—电流调节器；TG—测速发电机；TA

图2-4 双闭环直流调速系统电路原理图
2.3.2 转速和电流调节器的作用分析
转速和电流两个调节器的作用：
1.转速调节器的作用
（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它是转速n很快地跟随给定电压Un变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PID调节器，则可实现无静差。
（2）对负载变化起抗扰作用。
（3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。
2.电流调节器的作用
（1）作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压Ui（外环调节器的输出量）变化。
（2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。
（3）在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。
（4）当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的[8]。

以上回答正确,再补充以下内容: 双闭环直流调速系统是转速稳定系统,只靠转速负反馈(即电压负反馈)响应速度还达不到系统要求,因为转速负反馈是很大的惯性环节.而电流调节器形成的电流反馈能提前察觉到转速的变化来调节电流(因为电流在相位上超前于电压),因此达到更快的速度响应. 同时电流调节器在电机启动时能保证为系统提供最大电流来尽量缩短启动时间