直流調(diào)速部分

第4章

閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)內(nèi)容概要?jiǎng)討B(tài)調(diào)速指標(biāo)；單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析；轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析；閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的自適應(yīng)控制。本章講述：*1.跟隨性能指標(biāo)

在給定信號(hào)的作用下，系統(tǒng)輸出量的變化情況用跟隨性能指標(biāo)來(lái)描述。具體的跟隨性能指標(biāo)有圖4-1所示的各項(xiàng)內(nèi)容。

4.1動(dòng)態(tài)調(diào)速指標(biāo)*①上升時(shí)間②超調(diào)量③調(diào)節(jié)時(shí)間

圖4-1表示跟隨性能指標(biāo)的單位階躍響應(yīng)曲線

4-1*2.抗擾性能指標(biāo)

系統(tǒng)受到外部擾動(dòng)，引起輸出量的變化。輸出量變化多少？經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間能恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行？這些問(wèn)題反映了系統(tǒng)抵抗擾動(dòng)的能力，抗擾性能指標(biāo)有以下幾項(xiàng)。*①最大動(dòng)態(tài)變化量：

系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，突加一定數(shù)值的擾動(dòng)后所引起的輸出量的最大變化，用原穩(wěn)態(tài)值輸出

的百分?jǐn)?shù)表示，叫做最大動(dòng)態(tài)變化量。（4-2）*②恢復(fù)時(shí)間

從階躍擾動(dòng)作用開(kāi)始，到輸出量基本上恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，與新穩(wěn)態(tài)值

誤差在5%或2%范圍之內(nèi)所需的時(shí)間，定義為恢復(fù)時(shí)間

。相關(guān)參數(shù)如圖4-2所示。圖4-2突加負(fù)載過(guò)渡過(guò)程抗擾性指標(biāo)*

上述動(dòng)態(tài)指標(biāo)都屬于時(shí)域上的性能指標(biāo)，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，作為系統(tǒng)的性能指標(biāo)還有一套頻域上的提法。根據(jù)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性提出的性能指標(biāo)為相角裕量

和截止頻率

；根據(jù)系統(tǒng)的閉環(huán)幅頻特性提出的性能指標(biāo)位閉環(huán)幅頻特性峰值

和閉環(huán)特性通頻帶

。相角裕量

和閉環(huán)幅頻特性峰值

反映系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，開(kāi)環(huán)特性截止頻率

和閉環(huán)特性通頻帶

反映系統(tǒng)的快速性。*4.2.1ASR為比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

將圖2-32中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR設(shè)計(jì)成比例調(diào)節(jié)器，可得到采用比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖4-3所示

4.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析*4-3采用比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖*1.系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)與閉環(huán)傳遞函數(shù)依據(jù)圖4-3，令只考慮轉(zhuǎn)速給定作用，可求得單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為（4-4）*式中，閉環(huán)傳遞函數(shù)為，（4-5）*由式（4-5）可知，系統(tǒng)的特征方程2.系統(tǒng)的穩(wěn)定條件（4-6）寫(xiě)成一般表達(dá)式為

式中*

根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是

式(4-6)的各項(xiàng)系數(shù)顯然都是大于零的，因此穩(wěn)定條件就只有*也即整理后得*

式(4-8)中，

稱作系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)，當(dāng)K≥

時(shí)，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定性是系統(tǒng)能否正常工作的必要條件，這是在設(shè)計(jì)時(shí)必須首先保證的。*【例4-1】對(duì)于V-M系統(tǒng)，將其構(gòu)成轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，已知：電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)10kW，220V，55A，1000r/min，電樞回路電阻

。又知道晶閘管整流裝置采用三相橋式全控整流電路，電樞回路總電感為

，電樞回路總電路1.0Ω，整流器放大系數(shù)

，整個(gè)系統(tǒng)的飛輪慣量為

，試分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。*解：計(jì)算系統(tǒng)各時(shí)間常數(shù)為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，根據(jù)式（4-8），系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)為*若已知：當(dāng)要求

，靜差率s≤5%時(shí)，則系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)該為

≥*

為使系統(tǒng)穩(wěn)定，希望

，為了滿足系統(tǒng)的靜態(tài)特性要求，應(yīng)該使

?？梢?jiàn)，穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的要求是矛盾的，為了滿足生產(chǎn)工藝要求，二者必須相互兼顧。*

調(diào)速系統(tǒng)屬于恒值自動(dòng)控制系統(tǒng)，所以討論這類系統(tǒng)的給定輸入穩(wěn)態(tài)誤差必要性不是很大，因此就應(yīng)用而言，研究擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差對(duì)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)才是有意義的。3.擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差分析*只考慮擾動(dòng)作用，把圖4-3可以改畫(huà)為圖4-4的形式。圖4-4負(fù)載擾動(dòng)作用下ASR為比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖*

在分析由擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，令

。則系統(tǒng)的誤差為（4-9）*

當(dāng)突加負(fù)載時(shí)（擾動(dòng)為階躍信號(hào)），

，應(yīng)用終值定理求出

時(shí)穩(wěn)態(tài)的穩(wěn)態(tài)誤差

。（4-10）*

在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，式（4-10）表明轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于擾動(dòng)而言是有穩(wěn)態(tài)誤差的，因此轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)被稱為有靜差調(diào)速系統(tǒng)。*4.2.2ASR采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析

將圖2-32中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR設(shè)計(jì)成比例－積分調(diào)節(jié)器，簡(jiǎn)稱PI調(diào)節(jié)器（Proportional-IntegratedRegulator），就得到采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖4-5所示。*

圖4-5 采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

*

圖中，

，其中，

為PI調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)；

為PI調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)；

為微分項(xiàng)中的超前時(shí)間常數(shù)。*（1）系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)

依據(jù)圖4-5，可求得在給定作用下系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下。

1.系統(tǒng)的穩(wěn)定性

（4-11）*（2）系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)

依據(jù)圖4-5，可求得在給定作用下系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)如下。（4-12）*

由式（4-12）可知，系統(tǒng)的特征方程為（4-13）根據(jù)式（4-13）列寫(xiě)勞斯表如下：根據(jù)勞斯判據(jù)可知，系統(tǒng)穩(wěn)定的條件為（4-14）由式（4-14）可知，當(dāng)K、

的組合滿足上式時(shí)，系統(tǒng)才能穩(wěn)定。*

圖4-6給出了系統(tǒng)的起動(dòng)波形。起動(dòng)之初，系統(tǒng)中只有

和

在起作用，電樞電流迅速上升并達(dá)到臨界電流

。（見(jiàn)圖4-7）2.系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析

隨著轉(zhuǎn)速n的升高，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋

不斷增加，電樞電流后來(lái)還是較快地下降。直至降為負(fù)載電流

，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。*

圖4-6

帶電流截止負(fù)反饋單閉環(huán)

調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程

圖4-7調(diào)速系統(tǒng)理想起動(dòng)過(guò)程

*負(fù)載擾動(dòng)時(shí)的調(diào)節(jié)過(guò)程

如在

時(shí)刻，負(fù)載突然增加，對(duì)應(yīng)的負(fù)載電流由原來(lái)的

增至

（

），PI調(diào)節(jié)器開(kāi)始進(jìn)行調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)過(guò)程如下：*

此過(guò)程是靠整流電壓

的增加量去補(bǔ)償由于負(fù)載電流增大引起的那部分主回路電阻壓降

，(見(jiàn)圖4-8)，以使轉(zhuǎn)速回升。*

圖4-8負(fù)載干擾時(shí)的調(diào)節(jié)過(guò)程

*需要注意的是無(wú)靜差只是在穩(wěn)態(tài)意義上的無(wú)差，在動(dòng)態(tài)過(guò)程中還是有差的。通常希望動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中最大轉(zhuǎn)速降落

小一些，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)恢復(fù)過(guò)程快一些（

小些）。*

綜上所述，積分作用可以把調(diào)節(jié)過(guò)程中的偏差積累起來(lái)，穩(wěn)態(tài)時(shí)不再靠偏差來(lái)維持輸出值（

），因而構(gòu)成了無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。*如果只考慮擾動(dòng)作用，則圖4-5可以畫(huà)為圖4-9形式

圖4-9負(fù)載擾動(dòng)作用下單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

*1）當(dāng)ASR采用比例調(diào)節(jié)器（比例系數(shù)為Kp）時(shí)，由系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)：穩(wěn)態(tài)誤差為：（4-15）*2）當(dāng)ASR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，擾動(dòng)作用下，引起的穩(wěn)態(tài)誤差（4-17）穩(wěn)態(tài)誤差為：（4-18）*

式(4-18)再次表明，ASR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)而言為無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。*4.2.3調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)對(duì)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求是：①系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的；②動(dòng)態(tài)性能好；③穩(wěn)態(tài)精度高。*

在調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)速系統(tǒng)的要求是以動(dòng)態(tài)品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度為主，因而通常主要采用PI調(diào)節(jié)器；在伺服系統(tǒng)中，快速性是主要要求，須用PD或PID調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器選取*

在設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器時(shí)，主要的研究工具是伯德圖（BodeDiagram），即開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性的漸近線。在實(shí)際系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性不僅必須保證，而且還要一定的裕度，一般要求調(diào)節(jié)技術(shù)指標(biāo)*自動(dòng)控制系統(tǒng)的典型伯德圖如圖4-10所示波特圖四大特征圖4-10自動(dòng)控制系統(tǒng)的典型伯德圖*由圖我們知道：1）中頻段以-20dB/dec的斜率穿越0dB線，而且這一斜率能覆蓋足夠的頻帶寬度，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。2）截止頻率（或稱剪切頻率）

越高，則系統(tǒng)的快速性越好。*3）低頻段的斜率陡、增益高，說(shuō)明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度高。4）高頻段衰減越快，即高頻特性負(fù)分貝值越低，說(shuō)明系統(tǒng)抗高頻噪聲干擾的能力越強(qiáng)。*

以上四個(gè)方面常常是互相矛盾的。對(duì)穩(wěn)態(tài)精度要求很高時(shí)，常需要放大系數(shù)大，卻可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定；加上校正控制作用后，系統(tǒng)穩(wěn)定了，又可能犧牲快速性；提高截止頻率可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)，又容易引入高頻干擾；如此等等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該折中方案。*PI調(diào)節(jié)器的框圖其輸入和輸出關(guān)系為

圖4-11

比例積分(PI)調(diào)節(jié)器

（4-19）*PI調(diào)節(jié)器的輸出

由比例和積分兩部分疊加而成，當(dāng)初始條件為零時(shí)，取式（4-19）兩側(cè)的拉氏變換，移項(xiàng)后，得PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：（4-20）*也可以寫(xiě)成如下形式：（4-21）*PI調(diào)節(jié)器的輸入輸出曲線如圖4-12所示

圖4-12

階躍輸入時(shí)PI調(diào)節(jié)器輸出電壓的時(shí)間特性

*【例4-2】在例4-1中，已經(jīng)判明，按照穩(wěn)態(tài)調(diào)速指標(biāo)設(shè)計(jì)的閉環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。試?yán)貌聢D設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)能在保證穩(wěn)態(tài)性能要求下穩(wěn)定運(yùn)行。*解：原始系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式*閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)取為于是，原始閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)是相應(yīng)的閉環(huán)對(duì)數(shù)幅頻及相頻特性繪于圖4-13，其中三個(gè)轉(zhuǎn)折頻率（或稱交接頻率）分別為：*而*

由圖4-13可見(jiàn)，相角裕度和增益裕度都是負(fù)值，所以原始閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。

圖4-13

原始閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的伯德圖

*

為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，設(shè)置PI調(diào)節(jié)器，設(shè)計(jì)時(shí)須繪出其對(duì)數(shù)頻率特性。它在原始系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新添加部分的傳遞函數(shù)應(yīng)為（4-22）4-14

圖4-14 PI調(diào)節(jié)器的對(duì)數(shù)頻率特性

*

將圖4-13和圖4-14畫(huà)在同一張坐標(biāo)紙上，然后相加，即得校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性。由于必須在確定

和

值以后，才能具體畫(huà)出圖4-14。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，一般先根據(jù)系統(tǒng)要求的動(dòng)態(tài)性能或穩(wěn)定裕度，確定校正后的預(yù)期對(duì)數(shù)頻率特性，與原始系統(tǒng)特性相減，即得校正環(huán)節(jié)特性。*4.3.1轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)

雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖4-16所示。

4.3轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析*

圖4-16

轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖

*

圖中

和

分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，在電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流顯露出來(lái)，如圖4-16.*4.3.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程分析1.起動(dòng)過(guò)程分析

圖4-17是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在帶有負(fù)載條件下起動(dòng)過(guò)程的電流波形和轉(zhuǎn)速波形。*

圖4-17

雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的轉(zhuǎn)速和電流波形

從圖4-17可以看到，電流與轉(zhuǎn)速變化過(guò)程所反映出的特點(diǎn)可以把起動(dòng)過(guò)程分為電流上升、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個(gè)階段，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在此三個(gè)階段中經(jīng)歷不飽和、飽和及退飽和三種情況。*第I階段

是電流上升階段：在這一階段中，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。第Ⅱ階段

是恒流升速階段：

在這個(gè)階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流恒定。*第Ⅲ階段(

以后)是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段：

當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值

時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值

，所以電動(dòng)機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。*

綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)：飽和非線性控制；轉(zhuǎn)速超調(diào)；準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。*2.雙閉環(huán)系統(tǒng)的抗擾性能分析下面介紹兩種典型擾動(dòng)引起系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。(1)電網(wǎng)電壓擾動(dòng)

在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于電網(wǎng)電壓擾動(dòng)作用于電流環(huán)內(nèi)，它將引起電流

變化?？梢越?jīng)過(guò)電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)

，維持電流為給定值。由于電流環(huán)的慣性遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)速環(huán)的慣性，調(diào)節(jié)速度快，因此當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)電壓擾動(dòng)時(shí)，不必等到轉(zhuǎn)速變化才調(diào)節(jié)，而是在電流

變化后即可調(diào)節(jié)。*

所以，雙閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電壓擾動(dòng)調(diào)節(jié)及時(shí)，且所引起的動(dòng)態(tài)速降也比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。*(2)負(fù)載擾動(dòng)

拖動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載的變化，稱之為負(fù)載擾動(dòng)。雙閉環(huán)系統(tǒng)突加負(fù)載時(shí)，調(diào)節(jié)過(guò)程為：當(dāng)時(shí)，轉(zhuǎn)速不再下降，如圖4-18所示。

*圖4-18 雙閉環(huán)系統(tǒng)突加負(fù)載擾動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)過(guò)程*

但由于轉(zhuǎn)速

仍小于

，

，所以，上述調(diào)節(jié)過(guò)程還將進(jìn)行，使

≥

。這時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n才開(kāi)始回升，在

回升到

值之前，有

。*

一直到

，產(chǎn)生超調(diào)后才使

，使

，從而使

。在

時(shí)

，轉(zhuǎn)速n又下降，上述過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，只要系統(tǒng)是穩(wěn)定的，上述過(guò)程是衰減的，最終將使轉(zhuǎn)速

，電動(dòng)機(jī)電樞電流

，電磁轉(zhuǎn)矩

，系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。

*3.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)及其轉(zhuǎn)速、電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用(1)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器為嵌套式串級(jí)結(jié)構(gòu)

電流閉環(huán)嵌套在轉(zhuǎn)速閉環(huán)之內(nèi)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR串級(jí)連接，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入。*

這種控制結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用各自獨(dú)立，互不干擾；在動(dòng)態(tài)過(guò)程中二者相互配合、協(xié)調(diào)工作，從而保證了閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能。*(2)轉(zhuǎn)速、電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用歸納如下：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用①轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，完成電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制和調(diào)節(jié)，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。②對(duì)負(fù)載變化起抑制作用。③其輸出限幅值決定電動(dòng)機(jī)允許的最大電流。*電流調(diào)節(jié)器的作用①作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使電樞電流緊緊跟隨其給定值(即ASR調(diào)節(jié)器的輸出量)變化。②對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。*③在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。④當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載或者堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的。*4.4.1 電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器

4.4閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的自適應(yīng)控制

在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電樞回路電感不是十分大、電動(dòng)機(jī)負(fù)載很輕時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電樞電流斷續(xù)現(xiàn)象。當(dāng)電樞電流斷續(xù)時(shí)，系統(tǒng)的機(jī)械特性與電流連續(xù)時(shí)相比有明顯的差異，同時(shí)，其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)及參數(shù)也發(fā)生了變化。*1. 電流斷續(xù)引起的結(jié)果電流斷續(xù)時(shí)系統(tǒng)參數(shù)的變化：1）晶閘管整流裝置。2）電動(dòng)機(jī)電樞回路。*圖4-19展示了晶閘管裝置的特性，電樞電壓斷續(xù)將使晶閘管整流裝置的外特性變陡，其等效內(nèi)阻

大大增加。圖4-19 晶閘管整流裝置的外特性晶閘管整流裝置：*電動(dòng)機(jī)電樞回路當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，由于電感的存在。電動(dòng)機(jī)主回路是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，由于電感的存在。電動(dòng)機(jī)主回路是一個(gè)比例環(huán)節(jié)。其輸出響應(yīng)如圖4-20所示。。

*

圖4-20電流連續(xù)和斷續(xù)時(shí)的輸出響應(yīng)a)電流連續(xù)b)電流斷續(xù)*電流斷續(xù)的影響

電流連續(xù)時(shí)，電流環(huán)的調(diào)節(jié)對(duì)象是一個(gè)延遲環(huán)節(jié)（用小慣性環(huán)節(jié)代替）和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)，針對(duì)此對(duì)象選擇的電流調(diào)節(jié)器為（4-23）

使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)特性。*

當(dāng)電流進(jìn)入斷續(xù)區(qū)后，電流環(huán)變成一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)和一個(gè)比例環(huán)節(jié)串聯(lián)，并且，放大倍數(shù)減小，使系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間顯著變長(zhǎng)。*2. 電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器（1）電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器

為了使系統(tǒng)在電流斷續(xù)時(shí)與連續(xù)時(shí)具有同樣的動(dòng)態(tài)性能，只有使電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)隨著調(diào)節(jié)對(duì)象傳遞函數(shù)的變化而變化才行。這種能自動(dòng)改變結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以適應(yīng)調(diào)節(jié)對(duì)象傳遞函數(shù)變化的電流調(diào)節(jié)器稱為電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器。*

假定電流環(huán)其他部分傳遞函數(shù)都沒(méi)有變化，則電流斷續(xù)后電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)

應(yīng)滿足下式關(guān)系（4-24）其中*是按照電流連續(xù)情況設(shè)計(jì)的電流調(diào)節(jié)器取則（4-25）*

可見(jiàn)，系統(tǒng)電流連續(xù)時(shí)，采用式（4-24）所描述的電流調(diào)節(jié)器，則能使電流連續(xù)時(shí)電流閉環(huán)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)和電流斷續(xù)時(shí)電流閉環(huán)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)形式完全一樣，只是放大倍數(shù)略有差異(某些電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器可以使此差異很小)。*

由以上分析可知，對(duì)于存在電流斷續(xù)情況的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，電流斷續(xù)時(shí)要求電流調(diào)節(jié)器是一個(gè)小時(shí)間常數(shù)的積分調(diào)節(jié)器，且調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)應(yīng)隨

的增大而自動(dòng)地減小；而電流連續(xù)時(shí)要求電流調(diào)節(jié)器仍為整定參數(shù)不變的