單閉環(huán)和雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)理論分析綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u24213單閉環(huán)和雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)理論分析綜述 12357第1章：單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)理論分析 1289751.1、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成分析 1310741.2、系統(tǒng)靜態(tài)性能分析 3310611.3、系統(tǒng)抗擾動性能分析 425864第2章、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)理論分析 6326952.1、直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速原理 6299552.2、系統(tǒng)靜態(tài)特性分析 7268862.1.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器都不飽和 8259772.1.2當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和時 8107842.3、系統(tǒng)動態(tài)特性分析 9第1章：單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)理論分析1.1、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成分析顯然在現(xiàn)在復(fù)雜狀況下,開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)并沒有達到更好的技術(shù)指標和要求。在自動控制科學里,通常會使用一種帶有正反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)來解決啟動閉環(huán)系統(tǒng)的缺陷并大大提高系統(tǒng)控制精度。轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以大幅度地改善調(diào)速系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是將測試出的輸出電壓信號反饋回輸入端,與給定的輸入電壓進行比較形成閉環(huán)。通過負反饋,調(diào)速系統(tǒng)能自發(fā)地進行調(diào)整轉(zhuǎn)速,這就是反饋控制。在采用反饋直流調(diào)速的但不是閉環(huán)直流反饋調(diào)速風力系統(tǒng)中,測速式風力發(fā)電機TG會被安裝到兩個直流風力發(fā)電機的相同調(diào)速時間節(jié)點處,使得負載的反饋調(diào)速電壓un與所接受調(diào)量的風機轉(zhuǎn)速u*n構(gòu)成了一個正比,在與額定值U*n對比后得到轉(zhuǎn)速偏移電壓△un,通過放大器A產(chǎn)生UPE(電力電子變換器)需要的控制電壓Uc去控制電機轉(zhuǎn)速n,構(gòu)成以轉(zhuǎn)速反饋器作為主要控制驅(qū)動方式的單或雙閉環(huán)直流自動調(diào)速控制系統(tǒng),其主要工作控制原理圖示框圖主要見下框圖圖2-1圖2-1轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖1.2、系統(tǒng)靜態(tài)性能分析很明顯，由于開環(huán)系統(tǒng)沒有考慮跟隨性以及抗干擾性等問題，開環(huán)系統(tǒng)存在含有靜態(tài)穩(wěn)態(tài)誤差的問題。因此為解決以上問題，滿足現(xiàn)實生活中較高的速度控制指標，應(yīng)采用閉環(huán)控制，閉環(huán)控制的關(guān)就就是引入一個監(jiān)察被調(diào)量轉(zhuǎn)速的負反饋。圖2-1閉環(huán)系統(tǒng)中的各環(huán)節(jié)穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：電壓比較環(huán)節(jié)：△Un=U*n-Un(2-1)放大器：Uc=Kp△Un(2-2)電力電子變換器Ud0調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)機械特性n=U測速反饋環(huán)節(jié)Un=an(2-5)以上式子中Kp為放大器電壓放大系數(shù)KS為變換器電壓放大系數(shù)a為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)Ud0為變換器理想空載的輸出電壓通過上式的整理消元可以得到閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)方程式：n=K上述系列式子中的Kpn0b為理想空載轉(zhuǎn)速△nb為閉環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速降落圖2-2閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)分析如上圖2-2所示，n1為系統(tǒng)的機械靜態(tài)特性。當負載增加時，閉環(huán)系統(tǒng)回增加晶閘管相應(yīng)的平均電壓也就是電樞電壓進而改變其開環(huán)機械特性。也就是說，閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)特性可以看成是一群開環(huán)機械特性的工作點的集合。1.3、系統(tǒng)抗擾動性能分析閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖2-3所示：圖2-3單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)圖2-3可以得出但閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：W(s)=K因此閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為Tm根據(jù)勞斯-古爾維茨判據(jù)穩(wěn)定條件可以得到：Tm再通過整理分析可得：K<T上式的臨界值K記為Kcr（臨界放大系數(shù)），則當K>Kcr時，系統(tǒng)就會處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，對于自動控制這門學科中，穩(wěn)定是最主要的參考依據(jù)，是必須要達到的條件。

第2章、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)理論分析2.1、直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速原理在額定勵磁的電流作用下的單直流電機發(fā)動機通?？梢灾苯蛹僭O(shè)它的電流系數(shù)是連續(xù)的,有:Ud0感應(yīng)電動勢為E=Cen（3-2）電磁轉(zhuǎn)矩為Te=CmId（3-3）由牛頓動力學定律可以推導出TeTL為負載轉(zhuǎn)矩，GD2為拖動系統(tǒng)運動部分等效到電機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩，Cm=30Ce為在額定勵磁下電動機的轉(zhuǎn)矩與電流之比。因此整理可以得出IdUd0上式中的IdL=TL/Cm為一個負載的實際額定電流。在零電流狀態(tài)下對兩個以上式中的函數(shù)分別進行拉普拉斯變換,即可直接求出輸入電流與兩個輸入輸出電壓之間的傳遞函數(shù)。Id電流和電動式之間的傳遞函數(shù)則是E(S)[由此可得直流電機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖3-1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖2.2、系統(tǒng)靜態(tài)特性分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動力學靜態(tài)特點分析研究的關(guān)鍵是要通過對pi調(diào)節(jié)器的動力學穩(wěn)態(tài)性能進行分析,一般pi調(diào)節(jié)器具有兩成的狀態(tài):輸出已經(jīng)達到了限幅值,輸入未經(jīng)達到限幅。當PI調(diào)節(jié)器達到飽和時,輸出為恒定值,且輸入量的變化不在影響輸出,相當于一個輸出調(diào)節(jié)器循環(huán)輸入處于一個打開或沒有關(guān)閉電壓狀態(tài);所以當一個pi輸出調(diào)節(jié)器輸入處于一個正常不飽和電壓狀態(tài)時,pi輸入調(diào)節(jié)器就可能會自動使得兩個輸入的電壓偏差大于電壓△u從而達到一個不平穩(wěn)態(tài)在該狀況時始終它的保持電壓為零。如圖3-2所示圖3-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性就實際應(yīng)用情況而言,正常工作條件下,電流調(diào)整器并沒有達到一個飽和的狀態(tài)。因此,在對動態(tài)特征的分析中,只有一個轉(zhuǎn)速調(diào)整器才具備飽和和不穩(wěn)定的狀態(tài)。2.1.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器都不飽和在這種情況下，穩(wěn)態(tài)之后他們的輸入偏差電壓都是零由此可得：UnUi由這兩個關(guān)系式可得：n=U由上述的式子我們可以用ca段表示得出圖2-2所展現(xiàn)出的靜態(tài)性質(zhì)曲線,因為ASR不飽和,同時得到Ui可以得到。因此CA段的靜態(tài)特性從理想空載Id=0持續(xù)到Id=Idm，但是Idm往往大于額定電流IdN.這種現(xiàn)象被稱為靜態(tài)特性運行段，是一條水平線。2.1.2當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和時在此時ASR輸出達到限幅值，轉(zhuǎn)速上的外環(huán)已經(jīng)斷開,系統(tǒng)將沒有必要受到任何轉(zhuǎn)速外環(huán)變化的直接影響。雙閉環(huán)動態(tài)調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)就是這樣的它會直接使之驅(qū)動改變?yōu)橐环N沒有電壓靜差但是雙閉環(huán)沒有電流的動態(tài)調(diào)節(jié)調(diào)速系統(tǒng),穩(wěn)態(tài)驅(qū)動狀態(tài)下：Id其中,最大過載電流Idm分別受到一臺拖動式發(fā)電機的最大過載整流能力和牽引電動機的旋轉(zhuǎn)加速度共同控制。上式得到的就是靜態(tài)特性圖3-2的AB段，是一條垂直線。所以，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性在負載電流小于Idm時，會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速負反饋起到主要的調(diào)節(jié)作用；當負載超過Idm時，電流調(diào)節(jié)器將其主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)會出現(xiàn)電流無靜差狀態(tài)，從而達到過電流的自動保護，確保電路安全。以上就是利用兩個PI調(diào)節(jié)器分別形成的內(nèi)外兩閉環(huán)的效果。但是實際上靜特性兩段都由很小的靜差，如圖3-2虛線所示。2.3、系統(tǒng)動態(tài)特性分析根據(jù)但向半閉環(huán)直流自動調(diào)速系統(tǒng)的一種動態(tài)調(diào)速數(shù)學系統(tǒng)模型,可以直接建立并輔助設(shè)計研制出雙向半閉環(huán)直流自動調(diào)速系統(tǒng)的一種動態(tài)調(diào)速數(shù)學系統(tǒng)模型及其結(jié)構(gòu)電路框圖,如圖3-3所示：圖3-3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在理想起動狀態(tài)時會出現(xiàn)三種特點：飽和非線性控制。隨著轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）的飽和以及不飽和狀態(tài)，調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)通常會使其處于兩個不同的工作狀態(tài),不同的工作狀態(tài)對應(yīng)是一個不同類型和結(jié)構(gòu)的線性控制系統(tǒng),這種工作狀態(tài)時只能通過采取一種分段線性化的控制方法進行處理,不能利用傳統(tǒng)線性控制理論去實現(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計。發(fā)動機的轉(zhuǎn)速過高或超調(diào)。而且在ASR中使用PI調(diào)節(jié)器的情況下,轉(zhuǎn)速就會出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象?，F(xiàn)實情況中一般允許超調(diào)的情況發(fā)生,對于不允