畢業(yè)設(shè)計(jì)---雙閉環(huán)可逆直流pwm調(diào)速系統(tǒng)的研究

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題 目：全數(shù)字化雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的研究</p><p>　　作 者： </p><p>　　系 （部）： 信息與電子工程系 </p>&l

2、t;p>　　專業(yè)班級(jí)： 工業(yè)電氣自動(dòng)化 </p><p>　　指導(dǎo)教師： xx </p><p>　　職 稱： 講師 </p><p>　　2006年06月01日</p><p&g

3、t;<b>　　摘 要</b></p><p>　　當(dāng)今，自動(dòng)化控制系統(tǒng)己經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，而直流調(diào)速控制作為電氣傳動(dòng)的主流在現(xiàn)代化生產(chǎn)中起著主要作用。本文主要研究直流調(diào)速系統(tǒng)，它主要由三部分組成，包括控制部分、功率部分、直流電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)期以來，直流電動(dòng)機(jī)因其具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速比較靈活、方法簡(jiǎn)單、易于大范圍內(nèi)平滑調(diào)速、控制性能好等特點(diǎn)，一直在傳動(dòng)領(lǐng)域占有統(tǒng)治地位。</p&g

4、t;<p>　　微機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，在控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文對(duì)基于微機(jī)控制的雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了較深入的研究，從直流調(diào)速系統(tǒng)原理出發(fā)，逐步建立了雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，用微機(jī)硬件和軟件發(fā)展的最新成果，探討一個(gè)將微機(jī)和電力拖動(dòng)控制相結(jié)合的新的控制方法，研究工作在對(duì)控制對(duì)象全面回顧的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)控制部分展開研究，它包括對(duì)實(shí)現(xiàn)控制所需要的硬件和軟件的探討，控制策略和控制算法的探討等內(nèi)容。在硬件方面

5、充分利用微機(jī)外設(shè)接口豐富，運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，采取軟件和硬件相結(jié)合的措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制。</p><p>　　論文分析了系統(tǒng)工作原理和提高調(diào)速性能的方法，研究了IGBT模塊應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)、吸收、保護(hù)控制等關(guān)鍵技術(shù)。在微機(jī)控制方面，討論了數(shù)字觸發(fā)、數(shù)字測(cè)速、數(shù)字PWM調(diào)制器、雙極式H型PWM變換電路、轉(zhuǎn)速與電流控制器的原理，并給出了軟、硬件實(shí)現(xiàn)方案。該方案以89C52微機(jī)為核心，分別采用了8255

6、, 8253, 8279, ADC0809, 741914等芯片與一些外圍電路。通過實(shí)時(shí)測(cè)試與調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速/電流，此調(diào)速系統(tǒng)可獲得快速、精確的調(diào)速效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：直流可逆調(diào)速，數(shù)字觸發(fā)，PWM，數(shù)字控制器</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Today, autocontrol sy

7、stems have been widely used and deleloped in every Walk of life, while DC speed regulation as the artery in the area of electric drive systems acts the main effect in modernization production. DC speed regulation is mai

8、nly made up of control unite, power unite and DC motor. For a long time，DC motor has possessed the main role in the area of electric drive field because of its neatly adjust, easy method and smooth timing in wide rage, a

9、lso, its control performance is very go</p><p>　　With the rapid development of microcomputer, it is widely used in the control field. This paper reserches reversible DC-PWM timing system with a dual-converte

10、r and dual-closed-loop. Beginning with the theory of the DC timing system, this article has build up the maths model of the reversible DC-PWM timing system with Central a dual-converter and dual-closed-loop，discussing

11、 a microcomputer with DC-drive. Based new method that 0n the overall review of control object, the emphasis is put on the </p><p>　　This paper analyzes the working principles of the system and some key techn

12、ical issues of the application based on the IGBT apparatus, which include drive circuit,snubber circuit,protection and controlling the quantity of heat, and so on.In the aspect of microcomputer control, it has discussed

13、the principle of number touch off、number velocity testing、current/velocity controller、number PWM modulator and presents the hardware/software scheme to achieve it. This scheme is based on the core of 89C52</p><

14、;p>　　Keywords: reversible DC timing system, number touch off, Pulse-Width Modulation, number controller</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 引言.......................................

15、...............................................................……....1</p><p>　　1.1電氣傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀.......................................... .............................……......1</p><p>　　1.2微機(jī)控制電機(jī)的

16、發(fā)展和現(xiàn)狀.........................................................…….............1</p><p>　　1.3電機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)...............................................................……...........2</p><p>　　1.4本課

17、題在實(shí)際應(yīng)用方面的意義和價(jià)值..........................................……............2</p><p>　　第2章 單閉環(huán)控制直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)...................................................…….......... 4</p><p>　　2.1單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介.......

18、........................................................…….......... 4</p><p>　　2.1.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案.........................................................……............. 4</p><p>　　2.1.2調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)指標(biāo).

19、....................................... ......................……............5</p><p>　　2.2開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性.........................................….................6</p><p>　　2.3采用比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)控制脈寬

20、調(diào)速系統(tǒng)..............................…................7</p><p>　　2.4比例積分單閉環(huán)脈寬控制系統(tǒng)(無靜差系統(tǒng))..............................……..............8</p><p>　　2.5本章小結(jié) ............................................

21、.................................................…............9</p><p>　　第3章 微機(jī)控制雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)......….................... 11</p><p>　　3.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性..........................…........

22、..................11</p><p>　　3.1.1問題的提出......................................................................…......................11</p><p>　　3.1.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成..........................…….

23、......................12</p><p>　　3.1.3穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性.............................................................…...............13</p><p>　　3.1.4各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算..................................….

24、.............14</p><p>　　3.2雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能...............................................…................15</p><p>　　3.2.1動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型.................................................................

25、.....…..................15</p><p>　　3.2.2起動(dòng)過程分析..................................................................…...…...............15</p><p>　　3.2.3動(dòng)態(tài)性能和兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用...............................

26、..............…...............17</p><p>　　3.3電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)................................................…...............18</p><p>　　3.3.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)..............................................

27、....................…..............18</p><p>　　3.3.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)..................................................................…..............19</p><p>　　3.4可逆PWM變換器..............................

28、........................................……...............20</p><p>　　3.4.1可逆PWM變換器上作原理...............................................……...............20</p><p>　　3.4.2 IGBT緩沖電路.................

29、.................................................…................ 23</p><p>　　3.5脈寬調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性...................................................…................24</p><p>　　3.6脈寬調(diào)速系統(tǒng)的電流脈動(dòng)量和轉(zhuǎn)速脈

30、動(dòng)量.......................................……....25</p><p>　　3.6.1電流脈動(dòng)量.................................................................................…...........25</p><p>　　3.6.2轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量..........

31、..................................................................…................28</p><p>　　3.7脈寬調(diào)制器和PWM變換器的傳遞函數(shù)..................................…...........…....31</p><p>　　3.8電力晶體管的開關(guān)過程、開關(guān)

32、損耗和最佳開關(guān)頻率................…...…......... 31</p><p>　　3.8.1開關(guān)過程......................................................................................…..........31</p><p>　　3.8.1.1開通時(shí)間.............

33、..................................................................…..........31</p><p>　　3.8.1.2關(guān)斷時(shí)間..............................................................................…...........32</p><

34、;p>　　3.8.2開關(guān)損耗..........................................................................................…....33 </p><p>　　3.8.3最佳開關(guān)頻率.......................................................................

35、..........…...33</p><p>　　3.9本章小結(jié)..................................................................................................34</p><p>　　第4章 雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)............................

36、......…...…....35</p><p>　　4.1雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介.........................................…........35</p><p>　　4.2雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)...................................…......36</p><p>

37、　　4.3主要芯片的選擇 ............................................................................…......36</p><p>　　4.3.1單片機(jī)的選擇....................................................................…............36</

38、p><p>　　4.3.2 8253可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片.....................................…..........37</p><p>　　4.3.3 8279 可編程鍵盤、顯示接口芯片................................…...........37</p><p>　　4.3.4 A/D轉(zhuǎn)換芯片AD

39、C0809........................................................……38</p><p>　　4.4高精度數(shù)字測(cè)速電路 ........................................................................…...38</p><p>　　4.4.1 M/T法測(cè)速原理....

40、..................................................................…...39</p><p>　　4.4.2數(shù)字測(cè)速硬件電路....................................................................…....40</p><p>　　4.5鍵盤/顯示接口....

41、..............................................................................…....40</p><p>　　4.6全數(shù)字PWM調(diào)制器............................................................................…42</p><p>

42、　　4.7泵升電壓限制電路...........................................................................…... 43</p><p>　　4.8本章小結(jié)...........................................................................................…...

43、.44</p><p>　　第5章 調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).............................................................................…...45</p><p>　　5.1軟件設(shè)計(jì)的基本要求...............................................................

44、........…....45</p><p>　　5.2軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)...............................................................................…....45</p><p>　　5.3軟件的編制.......................................................

45、...............................….....47</p><p>　　5.3.1微機(jī)頭文件的設(shè)置.........................................................................47</p><p>　　5.3.2主程序設(shè)計(jì).....................................

46、................................................47</p><p>　　5.3.3數(shù)字電流調(diào)節(jié)器和數(shù)字轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的算法及軟件實(shí)現(xiàn)............49</p><p>　　5.4系統(tǒng)的軟件抗干擾措施 .................................................................…..

47、.53</p><p>　　5.4.1模擬輸入信號(hào)的噪聲濾波 .............................................................53</p><p>　　5.4.2防止程序運(yùn)行失常的軟件措施 ........................................................54</p>&l

48、t;p>　　5.4.3軟件冗余技術(shù) ............................................................................…....55</p><p>　　第6章 硬件電路的改進(jìn)..................................................................................

49、..........56</p><p>　　第7章 總結(jié).......................................................................................................….58</p><p>　　參考文獻(xiàn).............................................

50、.................................................................…...59</p><p>　　致 謝...............................................................................................................……60</

51、p><p>　　附錄A 系統(tǒng)硬件原理圖..................................................................................……61</p><p>　　附錄B 系統(tǒng)程序清單......................................................................

52、................…....62</p><p><b>　　第1章 引言</b></p><p>　　1.1電氣傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　電氣傳動(dòng)技術(shù)以電動(dòng)機(jī)控制為控制對(duì)象，以微電子裝置為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論指導(dǎo)下組成電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)。因電機(jī)種類的不同分為直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)(簡(jiǎn)稱直流傳動(dòng)

53、)、交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)(簡(jiǎn)稱交流傳動(dòng))、步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)(簡(jiǎn)稱步進(jìn)傳動(dòng))、伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)(簡(jiǎn)稱伺服傳動(dòng))等等。眾所周知，與交流調(diào)速系統(tǒng)相比，由于直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速精度高，調(diào)速范圍廣，變流裝置控制簡(jiǎn)單，長(zhǎng)期以來在調(diào)速傳動(dòng)中占統(tǒng)治地位。在要求調(diào)速性能較高的場(chǎng)合，一般都采用直流電氣傳動(dòng)。目前，通過對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能進(jìn)而控制工作機(jī)械按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)行且使之滿足特定要求的新型電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)己廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。</p

54、><p>　　三十多年來，直流電機(jī)傳動(dòng)經(jīng)歷了重大的變革。首先實(shí)現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用己久的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，控制電路己經(jīng)實(shí)現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中仍然難以替代。&

55、lt;/p><p>　　由于直流電氣傳動(dòng)技術(shù)的研究和應(yīng)用己達(dá)到比較成熟的地步，應(yīng)用相當(dāng)普遍，尤其是全數(shù)字直流系統(tǒng)的出現(xiàn)，更提高了直流調(diào)速系統(tǒng)的精度及可靠性。所以，今后一個(gè)階段在調(diào)速要求較高的場(chǎng)合，如軋鋼廠、海上鉆井平臺(tái)等，直流調(diào)速仍然處于主要地位。早期直流傳動(dòng)的控制系統(tǒng)采用模擬分離器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有的缺點(diǎn)，如存在溫漂、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬直流傳動(dòng)系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低。隨著計(jì)算機(jī)控制

56、技術(shù)的發(fā)展，直流傳動(dòng)系統(tǒng)己經(jīng)廣泛使用微機(jī)，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化控制。由于微機(jī)以數(shù)字信號(hào)工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強(qiáng)。所以，全數(shù)字直流調(diào)速控制精度和可靠性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。而且通過系統(tǒng)總線全數(shù)字化控制系統(tǒng)，能與管理計(jì)算機(jī)、過程計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程電控裝置進(jìn)行交換，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化分級(jí)控制。所以，直流傳動(dòng)控制采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。</p><p>　　1.2微機(jī)控制電機(jī)的發(fā)展

57、和現(xiàn)狀</p><p>　　微機(jī)，出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，微機(jī)的性能越來越高，價(jià)格越來越便宜。此外，電力電子的發(fā)展，使得大功率電子器件的性能迅速提高。因此就有可能比較普遍地應(yīng)用微機(jī)來控制電機(jī)，完成各種新穎的、高性能的控制策略，使電機(jī)的各種潛在能力得到充分的發(fā)揮，使電機(jī)的性能更符合使</p><p>　　要求，還可以制造出各種便于控制的新型電機(jī)

58、，使電機(jī)出現(xiàn)新的面貌。</p><p>　　比較簡(jiǎn)單的電機(jī)微機(jī)控制，只要用微機(jī)控制繼電器或電子開關(guān)元件使電路開通或關(guān)</p><p>　　斷就可以了。在各種機(jī)床設(shè)備及生產(chǎn)流水線中，現(xiàn)在己普遍采用帶微機(jī)的可編程控制器，</p><p>　　按一定的規(guī)律控制各類電機(jī)的動(dòng)作。</p><p>　　對(duì)于復(fù)雜的電機(jī)控制，則要用微機(jī)控制電機(jī)的電壓、電流、

59、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等等，使電機(jī)按給定的指令準(zhǔn)確工作。通過微機(jī)控制，可使電機(jī)的性能有很大的提高。傳統(tǒng)的直流電機(jī)和交流電機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)，直流電機(jī)調(diào)速性能好，但帶有機(jī)械換向器，有機(jī)械磨損及換向火花等問題；交流電機(jī)，不論是異步電機(jī)還是同步電機(jī)，結(jié)構(gòu)都比直流電機(jī)簡(jiǎn)單，工作也比直流電機(jī)可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運(yùn)行時(shí)，它們的速度不能方便而經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)。目前，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床等自動(dòng)化設(shè)備的數(shù)控位置伺服系統(tǒng)。為了提高性能，在先進(jìn)的數(shù)控交流伺服系統(tǒng)中，己采用

60、高速數(shù)字化處理芯片(DIGITAL SIGNAL PROCESSOR，簡(jiǎn)稱DSP)，其指令執(zhí)行速度達(dá)到每秒數(shù)百兆以上，且具有適合于矩陣運(yùn)算的指令。</p><p>　　1.3電機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) </p><p>　　目前，很多電機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)都是由數(shù)字部件和模擬部件組成的混合系統(tǒng)，而全數(shù)字控制系統(tǒng)是當(dāng)前的發(fā)展方向。在微機(jī)控制系統(tǒng)中，通常是既有模擬信號(hào)，也有數(shù)字信號(hào)；既有連續(xù)信號(hào)，也有

61、離散信號(hào)。由于計(jì)算機(jī)的CPU只能識(shí)別和處理數(shù)字信號(hào)，而且只能一次次離散地處理，所以計(jì)算機(jī)處理外界信息時(shí)總要有一個(gè)采樣過程，電機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)必然是一種采樣控制系統(tǒng)。</p><p>　　電機(jī)采用微機(jī)控制，還具有以下特點(diǎn):</p><p>　　(1)硬件比較簡(jiǎn)單，用少量芯片就可完成很多功能，且易于通用化。</p><p>　　(2)可以分時(shí)操作；一臺(tái)微機(jī)可以起多個(gè)控制器

62、的作用，為多個(gè)控制回路服務(wù)；也可控制多個(gè)電機(jī)，完成較多功能。</p><p>　　(3)計(jì)算機(jī)具有記憶和判斷功能，系統(tǒng)的控制方式由軟件決定，若要改變控制規(guī)律，一般不必改變系統(tǒng)的硬件，只需按新的控制規(guī)律編出新的程序即可；且可在運(yùn)行中隨時(shí)根據(jù)不同的電機(jī)上作狀態(tài)，選擇最有利的系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制策略等；使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。</p><p>　　(4)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度快，精度高。它

63、有豐富的邏輯判斷功能和大容量的存儲(chǔ)單元，因此有可能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，如采樣參數(shù)辨識(shí)優(yōu)化控制等現(xiàn)代控制理論所提供的控制算法，以達(dá)到較高的控制質(zhì)量。</p><p>　　(5)數(shù)字量的運(yùn)算不會(huì)出現(xiàn)模擬電路中所遇到的零點(diǎn)漂移問題，被控量可以很大，也可以很小，都較易保證足夠的控制精度。</p><p>　　(6)信息處理能力強(qiáng)，可以完成各種數(shù)據(jù)的處理，及時(shí)給操作人員提供有用的信息和指示。<

64、/p><p>　　正因?yàn)橛猩鲜鰞?yōu)點(diǎn)，電機(jī)微機(jī)控制的理論及應(yīng)用發(fā)展得非常迅速，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)和普及。</p><p>　　1.4本課題在實(shí)際應(yīng)用方面的意義和價(jià)值</p><p>　　電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，是電氣傳動(dòng)發(fā)展的主要方向之一從80年代中后期起，世界各大電氣公司都在競(jìng)相開發(fā)數(shù)字式調(diào)速傳動(dòng)裝置，當(dāng)前直流調(diào)速己發(fā)展到一個(gè)很高的技術(shù)水平；功率元件采用可控硅；

65、控制板采用表面安裝技術(shù)；控制方式采用電源換相、相位控制。特別是采用了微機(jī)及其他先進(jìn)技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置具有很高的精度、優(yōu)良的控制性能和強(qiáng)大的抗干擾能力，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。全數(shù)字化直流調(diào)速裝置作為最新控制水平的傳動(dòng)方式更顯示了強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。全數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)不斷推出，為工程應(yīng)用提供了優(yōu)越的條件。</p><p>　　采用微機(jī)控制后，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，操作維護(hù)方便，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)

66、轉(zhuǎn)速精度可達(dá)到較高水平。直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，方便，調(diào)速范圍廣；過載能力大，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速起動(dòng)，制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；能滿足生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求。由于微機(jī)具有較佳的性能價(jià)格比，所以微機(jī)在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得到日益廣泛的應(yīng)用。近年來，盡管交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，但是直流電機(jī)良好的啟動(dòng)、制動(dòng)性能，在軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)

67、速的高性能可控電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用.</p><p>　　現(xiàn)階段，我國(guó)還沒有自主的全數(shù)字化控制直流調(diào)速裝置商用，國(guó)外先進(jìn)的控制器價(jià)格昂貴，研究及更好的使用國(guó)外先進(jìn)的控制器，具有重要的實(shí)際意義和重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。</p><p>　　第2章 單閉環(huán)控制直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)機(jī)械都不停地運(yùn)動(dòng)著，幾乎無處不使用電力傳動(dòng)裝置。

68、由于各種不同的生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律不一樣，對(duì)傳動(dòng)裝置性能的要求也不一樣。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率，越來越多的生產(chǎn)機(jī)械要求能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與相應(yīng)的自動(dòng)化控制，并且對(duì)電力傳動(dòng)裝置的拖動(dòng)性能要求也越來越高。</p><p>　　2.1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p>　　2.1.1 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案</p><p>　　由電機(jī)學(xué)基本理論可知，直流電動(dòng)

69、機(jī)轉(zhuǎn)速特性方程式為</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　由上式可見，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方案可有以下三種：</p><p>　　改變電樞回路總電阻R 如圖2-1，總電阻R越大，特性線斜率越大，機(jī)械特性越軟。若負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TL，對(duì)應(yīng)所需的電樞電流為IaL，則負(fù)載大小不變時(shí)總電阻越大，轉(zhuǎn)速越低。由于電阻耗能大，機(jī)械特性

70、軟，調(diào)速范圍窄，不能實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速，只用于一些要求不高的場(chǎng)合。</p><p>　　圖2-1 變電阻調(diào)速特性</p><p><b>　　圖2-2 弱磁調(diào)速</b></p><p>　　2.減弱電機(jī)勵(lì)磁磁通Q 普通電動(dòng)機(jī)在額定磁通下運(yùn)行，鐵芯己接近飽和，不能再增加磁通而只能減小。如圖2-2，Q減小，n。增大，特性線斜率也增大。<

71、/p><p>　　弱磁調(diào)速雖然能實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，但其調(diào)速范圍太小，特性較軟，因而只是在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍升速時(shí)才采用。</p><p>　　3.改變電動(dòng)機(jī)端電壓調(diào)速 如圖2-3，額定勵(lì)磁保持不變，理想空載轉(zhuǎn)速n。隨U減小而減小，各特性線斜率不變，由此可實(shí)現(xiàn)額定轉(zhuǎn)速以下大范圍平滑調(diào)速，并且在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)機(jī)械特性硬度不變。這種方法在直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)中被廣泛采用。</p>&

72、lt;p>　　圖2-3 改變電樞電壓調(diào)速特性</p><p>　　變電壓調(diào)速要有可調(diào)的直流電源。根據(jù)供電電源的種類分兩種情況：一是采用可控硅變流裝置，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭烧{(diào)的直流電。二是采用直流斬波器，將交流電通過整流提供直流電源，實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)壓調(diào)速。隨著電力電子全控器件的成熟，采用全控電力晶體管IGBT、 MOSFET等全控式電力電子器件組成的直流脈寬調(diào)制(PWM)型的調(diào)速系統(tǒng)近年來己發(fā)展成熟，用途越來越廣。&

73、lt;/p><p>　　2.1.2調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)指標(biāo)</p><p>　　第一個(gè)指標(biāo)為調(diào)速范圍D，它是拖動(dòng)系統(tǒng)在額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)能夠提供給生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　另一個(gè)指標(biāo)為靜差率s，它是電動(dòng)機(jī)由理想空載到額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速n。之比。

74、</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　它表示負(fù)載變化引起調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速偏離原定轉(zhuǎn)速的程度。系統(tǒng)的調(diào)速特性越硬，s越小，說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性能越好。另外，轉(zhuǎn)速越低，靜差率越大，故調(diào)速系統(tǒng)靜差率指標(biāo)以最低轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的數(shù)值為準(zhǔn)。在考慮生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速相對(duì)性(即靜差率)的要求后，電動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速受到了限制，也即調(diào)速范圍受到限制。</p>&

75、lt;p>　　采用降壓調(diào)速時(shí)，調(diào)速范圍、靜差率及轉(zhuǎn)速降三者關(guān)系為：</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　2.2開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性</p><p>　　在這里為了分析簡(jiǎn)單，不單獨(dú)討論開環(huán)系統(tǒng)，由簡(jiǎn)單閉環(huán)系統(tǒng)引出開環(huán)系統(tǒng)的特性。</p><p>　　圖2-4 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)&

76、lt;/p><p>　　如圖2-4的轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，如果把閉環(huán)系統(tǒng)的反饋回路斷開，就成了開環(huán)系統(tǒng)，則上述系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性為</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　而閉環(huán)時(shí)的靜特性可寫成</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p&g

77、t;　　其中n0op和n0cl，分別表示開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速 ；Δnop和Δncl分別表示開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降；。比較式(2-5)和(2-6)可以得出以下結(jié)論。</p><p>　?。?）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多。</p><p>　　在同樣的負(fù)載擾動(dòng)下，兩者的轉(zhuǎn)速降分別為</p><p><b>　　它們的關(guān)系是</b

78、></p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　顯然，當(dāng)K值較大時(shí)，Δncl比n0op小得多，即閉環(huán)系統(tǒng)的特性要硬得多。</p><p>　　( 2 ) 如果比較同一n。的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。</p><p>　　閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為</p>

79、<p><b>　　和</b></p><p>　　當(dāng)開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降相等(即n0cl = n0op)時(shí)，</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　( 3 ) 當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。</p><p>　　如果電動(dòng)機(jī)的最

80、高轉(zhuǎn)速都是，而對(duì)最低速靜差率的要求相同，則</p><p>　　開環(huán)時(shí)， </p><p>　　閉環(huán)時(shí)， </p><p>　　考慮式(2—7)可得</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　要取得上述優(yōu)越性，只要閉

81、環(huán)系統(tǒng)設(shè)置放大器即可?？傊?，閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)系統(tǒng)硬得多的特性，從而保證在一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍。在閉環(huán)系統(tǒng)中降低速降的實(shí)質(zhì)是：在開環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，電樞壓降也增大，轉(zhuǎn)速就降下來了；閉環(huán)系統(tǒng)有反饋裝置，轉(zhuǎn)速稍有降落，反饋電壓就感覺出來了，通過比較和放大，提高脈寬調(diào)制的輸出電壓Ud，使系統(tǒng)上作在新的機(jī)械特性上，因而轉(zhuǎn)速有所回升，速度降落降低。</p><p>　　2.3 采用比例調(diào)節(jié)器的

82、單閉環(huán)控制脈寬調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　采用比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)控制脈寬調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2-5a所示。</p><p>　　當(dāng)Un* = 0時(shí)，只有擾動(dòng)輸入量Idl，這是的輸出量即為負(fù)載擾動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速偏差(即動(dòng)態(tài)速降) Δn，可將動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖畫成如圖2-5b的形式。</p><p><b>　　a）一般情況</b></p>

83、<p><b>　　b) Un*=0</b></p><p>　　圖2-5 采用比例調(diào)節(jié)器的閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　利用反饋連接等效變換法則，可得</p><p><b>　　(2-10)</b></p><p>　　于是

84、 (2-11)</p><p>　　突加給定時(shí)， </p><p>　　利用拉氏變換的終值定理可求出負(fù)載擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差：</p><p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　上式說明采用比例調(diào)節(jié)器的閉環(huán)控制系統(tǒng)是有靜差的。</p>&l

85、t;p>　　2.4 比例積分單閉環(huán)脈寬控制系統(tǒng)(無靜差系統(tǒng))</p><p>　　用比例積分調(diào)節(jié)器控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)Un* = 0時(shí)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2-6所示。</p><p>　　圖2-6 比例積分調(diào)節(jié)器控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　和前面的推導(dǎo)方法一樣，在這里，</p><p><b>　　(2-13)&

86、lt;/b></p><p><b>　　則穩(wěn)態(tài)速率為</b></p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　因此，比例積分控制的系統(tǒng)也是無靜差調(diào)速系統(tǒng)。顯然，只要調(diào)節(jié)器中有積分成分，系統(tǒng)就是無靜差的。還可以得出如下的結(jié)論：只要在控制系統(tǒng)的前向通道上在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前含有積分環(huán)節(jié)，這個(gè)恒值擾動(dòng)便

87、不會(huì)引起穩(wěn)態(tài)誤差。如果積分環(huán)節(jié)出現(xiàn)在擾動(dòng)作用點(diǎn)以后，它對(duì)消除靜差是無能為力的。嚴(yán)格說來，“無靜差”只是理論上的，因?yàn)榉e</p><p>　　分或比例積分調(diào)節(jié)器在穩(wěn)態(tài)時(shí)電容兩端電壓不變，相當(dāng)于開路，運(yùn)算放大器的放大系數(shù)</p><p>　　理論上無窮大，所以才能在輸入電壓Un* = 0時(shí)，使輸出電壓Uct為任意值。實(shí)際上，這時(shí)的放大系數(shù)是運(yùn)算放大器本身的開環(huán)放大系數(shù)，其數(shù)字雖大，還是有限的，

88、因此仍存在著很小的ΔUn，也就是說，仍有很小的靜差Δn，只是在一般精度要求下可以忽略不計(jì)而己。</p><p><b>　　2.5本章小結(jié)</b></p><p>　　本章討論了改變電樞電壓來實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制是直流調(diào)速系統(tǒng)的可行方案。簡(jiǎn)要介紹了直流調(diào)速系統(tǒng)的兩項(xiàng)重要調(diào)速指標(biāo)：調(diào)速范圍D與靜差率s。系統(tǒng)的靜差率是指最低轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率。系統(tǒng)的調(diào)速范圍是指滿足一定靜差率條件下的

89、調(diào)速比。兩項(xiàng)指標(biāo)同時(shí)關(guān)聯(lián)，只有同時(shí)提出才有意義。</p><p>　　開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)較大范圍的轉(zhuǎn)速平滑調(diào)節(jié)，但靜態(tài)速降大，機(jī)械特性不硬，當(dāng)對(duì)調(diào)速精度有較高要求時(shí)不能滿足具有一定靜差率的調(diào)速范圍的要求，需引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，這樣將負(fù)載擾動(dòng)引起的靜態(tài)速降減小為原系統(tǒng)的1/(1+K)，因而在一定靜差率的調(diào)速范圍擴(kuò)大(1+K)倍，或者說在一定調(diào)速范圍內(nèi)減小了靜差率。作用在閉環(huán)系統(tǒng)反饋環(huán)內(nèi)主通道上的各個(gè)環(huán)節(jié)上的擾動(dòng)都會(huì)受到

90、閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)作用的抑制，這些擾動(dòng)作用最終造成的轉(zhuǎn)速變化量都將被減小。</p><p>　　有靜差調(diào)速系統(tǒng)其控制量與偏差成正比，只能減小偏差而不能消除它，其根本原因是采用了比例調(diào)節(jié)器。若換為PI調(diào)節(jié)器，則系統(tǒng)的控制量與調(diào)節(jié)過程中偏差對(duì)時(shí)間的積累成正比，穩(wěn)態(tài)時(shí)偏差為零，依靠積分調(diào)節(jié)器的記憶作用保持一定的控制量，這樣便成為無靜差的調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　第3章 微機(jī)控制雙閉環(huán)可逆直流PW

91、M調(diào)速系統(tǒng)</p><p><b>　　原理設(shè)計(jì)</b></p><p>　　采用門極可關(guān)斷晶閘管GTO、全控電力晶體管GTR, MOSFET、IGBT等電力電子器件組成的直流脈沖寬度(PWM)型的調(diào)速系統(tǒng)近年來己經(jīng)發(fā)展成熟，用途越來越廣泛，與晶閘管可控整流調(diào)速系統(tǒng)(V-M系統(tǒng))相比，在很多方面具有較大的優(yōu)越性：(1)主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率元件少；(2)開關(guān)頻率高

92、，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較??；(3)低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬；(4)系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；(5)主電路元件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，裝置效率較高；(6)直流電源采用不可控三相整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)高。</p><p>　　3.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性</p><p>　　3.1.1問題的提出</p><p&

93、gt;　　由前面的分析可知，采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求快速起、制動(dòng)、突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動(dòng)態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截至負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流Idcr值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)

94、反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。帶電流截至負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖3-1所示。當(dāng)電流從最大值降下來以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長(zhǎng)。</p><p>　　對(duì)于像龍門刨床、可逆軋鋼機(jī)那樣的經(jīng)常正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，盡量縮短起制動(dòng)過程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此，在電機(jī)最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下，希望充分利用電機(jī)允許過載能力，最好是在過渡過程中始

95、終保持電流(轉(zhuǎn)矩)為允許的最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。這樣的理想起動(dòng)過程波形見圖3-2，這時(shí)，起動(dòng)電流呈方形波，而轉(zhuǎn)速是呈線性增長(zhǎng)的。這是在最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過程。</p><p>　　圖3-1 帶電流截至負(fù)反饋得單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過程</p><p>　

96、　圖3-2 理想快速啟動(dòng)過程</p><p>　　實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不能突變，圖3-2所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下最快起動(dòng)，關(guān)鍵要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過程，按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么采用電流負(fù)反饋就應(yīng)該得到近似的恒流過程。問題是希一望在起動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)矩負(fù)反饋同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)

97、器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又希一望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用。怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋?zhàn)饔?，又使它們只能分別在不同的階段起作用呢?雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以解決這個(gè)問題。</p><p>　　3.1.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別是轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，

98、如圖3-3所示。這就是說，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，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制PWM調(diào)制器。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器。</p><p>　　3.1.3穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性</p><

99、p>　　為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，繪出了它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖3-3所示。分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。一般存在兩種狀況：飽和：輸出達(dá)到限幅值；不飽和：輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的關(guān)系，相當(dāng)于使調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI作用使輸入偏差電壓ΔU在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是為零。</p&

100、gt;<p>　　圖3-3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。</p><p>　　(一)速調(diào)節(jié)器不飽和</p><p>　　這時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零。因此 Un*=Un

101、=αn和 Ui*=Ui=βId</p><p>　　由第一個(gè)關(guān)系式可得：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　從而得到圖3-4靜特性的n0 - A段。</p><p>　　與此同時(shí)，由于ASR不飽和， Ui*<Uim*，從上述第二個(gè)關(guān)系式可知：Id< Idm。這就是說，n0 -

102、 A段靜特性從Id = 0(理想空載狀態(tài))一直延續(xù)到Id=Idm，而Idm一般都是大于額定電流Idnom的。這就是靜特性的運(yùn)行段。</p><p>　　(二)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和</p><p>　　這時(shí)，ASR輸出達(dá)到限幅值Uim*，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)</p><p><b>　　

103、（3-2）</b></p><p>　　式中，最大電流Idm是設(shè)計(jì)者選定的，取決于電機(jī)的容許過載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。式(3-2)所描述的靜特性是圖3-4中的A-B段。這樣的下垂特性只適合于n<n0的情況。因?yàn)槿绻鹡≥n0，則Un≥Un*，ASR將退出飽和狀態(tài)。</p><p>　　圖3-4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性</p><p>　　雙閉

104、環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到Idm后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動(dòng)保護(hù)。這就是采用了兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流截至負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。然而實(shí)際上運(yùn)算放大器的開環(huán)放大系數(shù)并不是無窮大，靜特性的兩段實(shí)際上都略有很小的靜差。</p><p>　

105、　3.1.4各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算</p><p>　　由圖3-4 可以看出，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　?。?-5）

106、 </p><p>　　上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)上作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓Un*決定的，ASR的輸出量Ui*是由負(fù)載電流Idl決定的，而控制電壓Uct的大小則同時(shí)取決于n和Id ,或者說，同時(shí)取決于Un*和Idl。這些關(guān)系反映了PI調(diào)節(jié)器不同于P調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)。比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量，而PI調(diào)節(jié)器則不然，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要PI調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值

107、，它就能提供多少，直到飽和為止。</p><p>　　鑒于這一點(diǎn)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù)：</p><p>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： （3-6）</p><p>　　電流反饋系數(shù)：