发布时间 : 星期三 文章全数字化双闭环可逆直流PWM调速系统的研究更新完毕开始阅读5c888014824d2b160b4e767f5acfa1c7aa0082ba
?IdlR?Ts?1??Tl?1?CeIdlR?n?lims?n?s??lim?? (2-12)
s?0s?0?Ts?1?TTs2?Ts?1?K??C1?Kemlm??上式说明采用比例调节器的闭环控制系统是有静差的。
2.4 比例积分单闭环脉宽控制系统(无静差系统)
用比例积分调节器控制的闭环调速系统当Un* = 0时的动态结构图如图2-6所示。
?IdL?s?R(Tls+1)++1/CeTmTls?Tms?1KPWMTs?1?n?s?-Kpi?s?1?s?
图2-6 比例积分调节器控制的闭环调速系统结构图
和前面的推导方法一样，在这里，
?IdlR??Ts?1??Tls?1?Ce?n?s?? (2-13) ?Ks2?Kpi?s?1???Ts?1?TmTls?Tms?1?Ce??则稳态速率为
?IdlR?s?Ts?1??Tls?1?Ce?n?lims?n?s??lim?0 （2-14） s?0s?0?K2s?Kpi?s?1??s?Ts?1?TmTls?Tms?1?Ce?? 因此，比例积分控制的系统也是无静差调速系统。显然，只要调节器中有积分成分，系统就是无静差的。还可以得出如下的结论：只要在控制系统的前向通道上在扰动作用
9
点以前含有积分环节，这个恒值扰动便不会引起稳态误差。如果积分环节出现在扰动作用点以后，它对消除静差是无能为力的。严格说来，“无静差”只是理论上的，因为积
分或比例积分调节器在稳态时电容两端电压不变，相当于开路，运算放大器的放大系数 理论上无穷大，所以才能在输入电压Un* = 0时，使输出电压Uct为任意值。实际上，这时的放大系数是运算放大器本身的开环放大系数，其数字虽大，还是有限的，因此仍存在着很小的ΔUn，也就是说，仍有很小的静差Δn，只是在一般精度要求下可以忽略不计而己。
2.5本章小结
本章讨论了改变电枢电压来实现调速控制是直流调速系统的可行方案。简要介绍了直流调速系统的两项重要调速指标：调速范围D与静差率s。系统的静差率是指最低转速时的静差率。系统的调速范围是指满足一定静差率条件下的调速比。两项指标同时关联，只有同时提出才有意义。
开环调速系统可实现较大范围的转速平滑调节，但静态速降大，机械特性不硬，当对调速精度有较高要求时不能满足具有一定静差率的调速范围的要求，需引入转速负反馈，这样将负载扰动引起的静态速降减小为原系统的1/(1+K)，因而在一定静差率的调速范围扩大(1+K)倍，或者说在一定调速范围内减小了静差率。作用在闭环系统反馈环内主通道上的各个环节上的扰动都会受到闭环反馈调节作用的抑制，这些扰动作用最终造成的转速变化量都将被减小。
有静差调速系统其控制量与偏差成正比，只能减小偏差而不能消除它，其根本原因是采用了比例调节器。若换为PI调节器，则系统的控制量与调节过程中偏差对时间的积累成正比，稳态时偏差为零，依靠积分调节器的记忆作用保持一定的控制量，这样便成为无静差的调速系统。
10
第
3章 微机控制双闭环可逆直流PWM调速系统
原理设计
采用门极可关断晶闸管GTO、全控电力晶体管GTR, MOSFET、IGBT等电力电子器件组成的直流脉冲宽度(PWM)型的调速系统近年来己经发展成熟，用途越来越广泛，与晶闸管可控整流调速系统(V-M系统)相比，在很多方面具有较大的优越性：(1)主电路线路简单，需用的功率元件少；(2)开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较小；(3)低速性能好，稳速精度高，因而调速范围宽；(4)系统频带宽，快速响应性能好，动态抗扰能力强；(5)主电路元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率较高；(6)直流电源采用不可控三相整流时，电网功率因数高。
3.1转速、电流双闭环调速系统及其静特性
3.1.1问题的提出
由前面的分析可知，采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。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要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。
在单闭环调速系统中，只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流Idcr值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。带电流截至负反馈的单闭环调速系统启动时的电流和转速波形如图3-1所示。当电流从最大值降下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。
对于像龙门刨床、可逆轧钢机那样的经常正反转运行的调速系统，尽量缩短起制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此，在电机最大电流(转矩)受限的条件下，希望充分利用电机允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流(转矩)为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态转速后，又让电流立即降低下来，使转矩马上与负载平衡，从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形见图3-2，这时，起动电流呈方形波，而转速是呈线性增长的。这是在最大电流(转矩)受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。
IdIdcrnIdmnIdlt11
图3-1 带电流截至负反馈得单闭环调速系统启动过程
nIdmnIdl0t
图3-2 理想快速启动过程
实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突变，图3-2所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全实现。为了实现在允许条件下最快起动，关键要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程，按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就应该得到近似的恒流过程。问题是希一望在起动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转矩负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳定转速后，又希一望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主要的作用。怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈作用，又使它们只能分别在不同的阶段起作用呢?双闭环调速系统可以解决这个问题。
3.1.2转速、电流双闭环调速系统的组成
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，分别是转速和电流，二者之间实行串级联接，如图3-3所示。这就是说，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PWM调制器。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速调节器在外面，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
为了获得良好的静、动态性能，双闭环调速系统的两个调节器都采用PI调节器。
3.1.3稳态结构图和静特性
为了分析双闭环调速系统的静特性，绘出了它的稳态结构图，如图3-3所示。分析静特性的关键是掌握这样的PI调节器的稳态特征。一般存在两种状况：饱和：输出达到限幅值；不饱和：输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的关系，相当于使调节环开环。当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压ΔU在稳态时总是为零。
12