转速、电流双闭环调速系统班级：铁道自动化091姓名：***指导老师：***完成日期：2011-10-31湖南铁道职业技术学院目录摘要 (3)一、直流调速介绍 (4)1、调速定义 (4)2、调速方法 (4)3、调速指标 (4)二、双闭环直流调速系统介绍 (5)1、转速、电流双闭环调速系统概述 (5)2、转速、电流双闭环调速系统的组成 (6)3、PI调节器的稳态特征 (7)4、起动过程分析 (8)5、动态性能 (11)6、两个调节器的作用 (11)三、总结 (12)摘要随着近代电力电子技术和计算机的发展以及现代控制理论的应用，自动化电力拖动正向着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进，以达到高速、优质、高效率地生产。

在大多数综合自动化系统中，自动化的电力拖动系统仍然是不可缺少的组成部分。

本文讲述的是转速、电流双闭环直流调速系统，通过学习使我对转速、电流双闭环直流调速系统的组成、调速器的稳态特性和作用以及系统的动态特性有了一定的了解。

该系统是在单闭环系统的基础上加以改进后完成的，通过对电力拖动自动控制系统的学习，我们里了解到转速、电流双闭环直流调速系统相对于单闭环调速系统的一些优势，它是通过转速反馈和电流反馈两个环节分别起作用的。

通过这次的学习，我懂得了很多，具有了通过运用理论上所掌握的知识来独立发现问题、思考问题、解决问题的能力，在这次的论文中，我有一次重新学习了转速、电流双闭环直流调速系统，使我这一系统有了更进一步的了解。

转速、电流双闭环调速系统一、直流调速介绍1、调速定义调速是指在某一具体负载情况下，通过改变电动据或电源参数的方法，使机械特性曲线得以改变，从而使电动机转速发生变化或保持不变。

2、调速方法1.调节电枢供电电压U。

改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。

对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。

变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。

2.改变电动机主磁通。

改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。

变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。

3.改变电枢回路电阻<。

在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。

但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。

3、调速指标1．调速范围（包括：恒转矩调速范围/恒功率调速范围），A、恒转矩调速范围是指调速系统在额定负载下，可长期稳定运行的最低速度和最高速度之比，一般这个最高速度就是额定速度，比如：1：1000，假定该调速系统的最大（额定速度）为2000rpm，则其最小运行速度为2rpm。

指标越宽，调速范围越大，系统性能越好B、恒功率调速范围是指调速系统在额定功率下，可长期稳定运行的最低速度和最高速度之比，一般这个最低速度就是额定速度，比如：1：2，假定该调速系统的额定速度为1000rpm，则其最高运行速度为2000rpm。

2．动态速降它是指电机由空载突加额定负载时最大的速度跌落（下降），这个值越小，表明系统响应快，系统特性硬3．恢复时间当电机突加额定负载后可以恢复到原先速度所需的时间，时间越短，响应越好，反之表明系统响应慢。

二、双闭环直流调速系统介绍1、转速、电流双闭环调速系统概述采用转速负反馈和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。

由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，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能得到近似的恒流过程。

问题是希望在起动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输人端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，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?双闭环调速系统正是用来解决这个问题的。

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，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，如图一所示。

图一这就是说，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晶闸管整流器的触发装置。

从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速调节环在外边，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一般都采用PI 调节器，其原理图示于图二。

图二在图上标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照触发装置GT 的控制电压Ur,为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。

图中还表示出，两个调节器的输出都是带限幅的，转速调节器ASR的输出限幅(饱和)电压是U*im，它决定了电流调节器给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压是Uctm，它限制了晶闸管整流器输出电压的最大值。

3、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联系，相当于使该调节环开环。

当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压在稳态时总是零。

实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。

只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。

1．转速调节器不饱和。

这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。

因此U*n=Un=αn U*i=Ui=βId。

ASR不饱和，U*i < U*im，2．转速调节器饱和。

这时，ASR输出达到限幅值，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。

双闭环系统变成一个电流无静差的单闭环系统。

最大电流Idm是由设计者选定的，取决于电机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度。

因为如果，n≥no，则Un≥U*n，ASR将退出饱和状态。

双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。

当负载电流达到Idm后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。

这就是采用了两个PI调节器分别形成内、外两个闭环的效果。

这样的静特性显然比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。

然而实际上运算放大器的开环放大系数并不是无穷大、特别是为了避免零点飘移而采用“准PI调节器”。

在稳态工作点上，转速n是由给定电压U*n决定的，ASR的输出量U*i是由负决定的，而控制电压Uct的大小则同时取决于n和Id，或者说，同时载电流ldL取决于U*n和l。

这些关系反映了PI调节器不同于P调节器的特点。

比例环节dL的输出量总是正于其输入量，而PI调节器则不然，其输出量的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。

后面需要PI调节器提供多么大的输出值，它就能提供多少，直到饱和为止。

无静差系统的稳态计算相似，即根据各调节器的给定亨反馈值计算有关的反馈系数：转速反馈系数α= U*nm/nmax电流反馈系数β= U*im/Idm4、起动过程分析1．过程分析。

设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程。

因此有必要探讨它的起动过程。

双闭环调速系统突加给定电压；由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程示于图三。

图三由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分成三段，在图中分别标以I、和III。

第1阶段0一t1是电流上升的阶段。

突加给定电压后，通过两个调节器的控制作用，电动机开始转动。

由于机电惯性的作用，转速的增长不会很快，因而转速调节器ASR的输人偏差电压数值较大，其输出很快达到限幅值，强迫电流Id迅速上升。

当Id≈Idm时，Ui≈Uim，电流调节器的作用使Id不再迅猛增长，标志着这一阶段的结束。

在这一阶段中，ASR由不饱和很快达到饱和，而ACR一般应该不饱和，以保证电流环的调节作用。

第Ⅱ阶段t1～t2是恒流升速阶段。

从电流升到最大值Imd开始，到转速升到给定值为止，属于恒流升速阶段，是起动过程中的主要阶段。

在这个阶段中，ASR一直是饱和的，转速环相当于开环状态，系统表现为在恒值电流给定U*im 作用下的电流调节系统，基本上保持电流Id恒定(电流可能超调，也可能不超调，取决于电流调节器的结构和参数)，因而拖动系统的加速度恒定，转速呈线性增长。

与此同时，电动机的反电动势正也按线性增长。

对电流调节系统来说，这个反电动势是一个线性渐增的扰动量，为了克服这个扰动，Ud0和Ud也必须基本上按线性增长，才能保持Id恒定。

由于电流调节器ACR是PI调节器，要使它的输出量按线性增长，其输入偏差电压必须维持一定的恒值，也就是说，Id应略低于Idm。

此外还应指出，为了保证电流环的这种调节作用，在起动过程中电流调节器是不能饱和的，同时整流装置的最大电压Ud0m也须留有余地，即晶闸管装置也不应饱和，这些都是在设计中必须注意的。

第III阶段t2以后是转速调节阶段。

在这阶段开始时，转速已经达到给定值，转速调节器的给定与反馈电压相平衡，输入偏差为零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值，所以电动机仍在最大电流下加速，必然使转速超调。

转速超调以后，ASR输入端出现负的偏差电压，使它退出饱和状态，其输出电压即ACR 的给定电压立即从限幅值降下来，主电流Id也因而下降。

但是，由于Id仍大于负载电流IdL，在一段时间内，转速仍继续上升。

到Id=IdL时，转速n达到峰值。

此后，电动机才开始在负载的阻力下减速，与此相应，电流Id也出现一段小于IdL的过程，直到稳定(设调节器参数已调整好)。

在这最后的转速调节阶段内，ASR与ACR都不饱和，同时起调节作用。

由于转速调节在外环，ASR处于主导地位，而ACR的作用则是力图使Id尽快地跟随ASR的输出量，或者说，电流内环是一个电流随动子系统。

2．双闭环调速系统的起动过程三个特点：（1）饱和非线性控制。

随着ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态。

当ASR饱和时，转速环开环，系统表现为恒值电流调节的单闭环系统；当ASR不饱和时，转速环闭环，整个系统是一个无静差调速系统，而电流内环则表现为电流随动系统。

在不同情况下表现为不同结构的线性系统，这就是饱和非线性控制的特征。

决不能简单地应用线性控制理论来分析和设计这样的系统，可以采用分段线性化的方法来处理。

分析过渡过程时，还必须注意初始状态，前一阶段的终了状态就是后一阶段的初始状态。