淺析直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

黃海燕

摘要：分析直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、建立其數(shù)學(xué)模型。通過改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或電壓等方法來改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，從而改變電動(dòng)機(jī)工作特性，使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)基本組成 工作原理 數(shù)學(xué)模型

1 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)概述

直流調(diào)速是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械的要求。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的電氣傳動(dòng)裝置之一。應(yīng)用于冶金、印刷等許多領(lǐng)域的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，具有抗干擾能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。在工作中，我們經(jīng)常需要對直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，以調(diào)節(jié)各項(xiàng)參數(shù)使之符合實(shí)際工作的要求，自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本分析方法是：①先對系統(tǒng)的組成、工作原理、各部分的作用和聯(lián)系做細(xì)致的分析。②然后在此基礎(chǔ)上對控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，就是根據(jù)工作系統(tǒng)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，利用傳遞函數(shù)對系統(tǒng)的各項(xiàng)性能進(jìn)行分析。

2 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理

采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。

其系統(tǒng)的構(gòu)成：把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，構(gòu)成內(nèi)環(huán)：電流環(huán)；再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE，構(gòu)成外環(huán)：轉(zhuǎn)速環(huán)。

轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，這是為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，如此構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖就如上圖所示。在考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用的前提下，按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況，標(biāo)出了圖中兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性。

雙閉環(huán)系統(tǒng)的工作原理是：系統(tǒng)中分別設(shè)置了電流調(diào)節(jié)器（ACR）和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR），分別調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速，電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進(jìn)行串接，電流調(diào)節(jié)器（ACR）的輸出限幅電路限幅值分別為Usim，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）的限幅值為Ucm。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速是主要被控量， 為了保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)刻配合給定電壓，所以，把轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成的環(huán)作為外環(huán)，電流負(fù)反饋則為內(nèi)環(huán)，兩者配合對系統(tǒng)轉(zhuǎn)速變化進(jìn)行控制。

直流拖動(dòng)系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都較成熟，雖然現(xiàn)在交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展越來越快，單在反饋閉環(huán)控制的角度上看，直流拖動(dòng)系統(tǒng)又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生活和生產(chǎn)中有著十分重要的作用。

為了便于對直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，我們通常要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，以進(jìn)行進(jìn)一步的仿真和調(diào)試。

為了區(qū)分系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精準(zhǔn)度，在自動(dòng)控制原理中，我們根據(jù)積分環(huán)節(jié)將系統(tǒng)劃分為：0型、1型、2型……系統(tǒng) 。系統(tǒng)的準(zhǔn)確度隨著系統(tǒng)級別的升高也逐漸升高，但是，相對而言，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就變差了。因此，我們通常選擇1型或者2型系統(tǒng)，目的是為了保證系統(tǒng)具有一定的相對穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精準(zhǔn)度，將其稱為典型1型和2型系統(tǒng)。

對于轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，首先求取電流環(huán)傳遞函數(shù)，再將其視為轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，然后求取轉(zhuǎn)速環(huán)的傳遞函數(shù)。

對轉(zhuǎn)速電流信號采用T型濾波以過濾檢測信號中含有交流分量或其他干擾。然后，再加到調(diào)節(jié)器的輸入端。為了補(bǔ)償這些濾波環(huán)節(jié)帶來的慣性作用，在給定信號中也加入一個(gè)相同時(shí)間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。

3 建立直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

建立完數(shù)學(xué)模型之后，可以對其設(shè)定參數(shù)。如此便完成了對直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的淺要分析，為其他校正和仿真工作做出了鋪墊。此處不再贅述。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳伯石.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2]顧繩谷.電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)上冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3]王劃一.自動(dòng)控制原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2001.