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1、专题闭环直流调速系统的自适应控制第1页，共25页，编辑于2022年，星期三 (1)电流断续时系统参数的变化 晶闸管整流装置。电枢电压断续将使晶闸管整流装置的外特性变陡（如图3-13），其等效内阻 大大增加。图3-13 晶闸管整流装置的外特性第2页，共25页，编辑于2022年，星期三 电动机电枢回路当电流断续时，由于电感的存在。电动机主回路是一个惯性环节 。因时间常数的存在，从整流电压 的突变到平均电枢电流 的响应不可能瞬时完成，而是如图3-14a那样渐变到稳态值。当电流断续时，由于电感对电流的续流作用在一个波头内就已经结束了，每个波头结束时电流都变化到零，使整流电压波形中导通的负面积部分减小，
2、如图3-14b，平均电压突变后，下一个波头的平均电流也立即随电压变化。第3页，共25页，编辑于2022年，星期三图3-14 电流连续和断续时的输出响应 a)电流连续 b)电流断续第4页，共25页，编辑于2022年，星期三 因此，从整流电压与电流平均值的关系上看，相当于 ，也就是说，平均整流电压与平均整流电流之间的关系，电流连续时是惯性环节，电流断续时就成为比例环节了。第5页，共25页，编辑于2022年，星期三 (2)电流断续对系统的影响 电流连续时，电流环的调节对象是一个延迟环节（用小惯性环节代替）和一个惯性环节的串联，其传递函数为 ，针对此对象选择的电流调节器为：（3-29）第6页，共25页
3、，编辑于2022年，星期三 使系统具有较好的动态特性。但是，当电流进入断续区后，电流环的调节对象为：即由原来的一个小惯性 与一个大惯性环节 串联，变成一个小惯性环节和一个比例环节串联，并且，放大倍数大大减小，即 ，使系统过渡过程时间显著变长。第7页，共25页，编辑于2022年，星期三 2.电流自适应调节器电流自适应调节器 （1）电流自适应调节器 假定电流环其他部分传递函数都没有变化，则电流断续后电流调节器的传递函数 应满足下式关系：式中 是按电流连续情况设计的电流调节器。(3-30)第8页，共25页，编辑于2022年，星期三 取 ；是电流断续后的新的调节器传递函数,则(3-31)第9页，共25
4、页，编辑于2022年，星期三 系统电流连续时，采用上式形式的电流调节器则能使电流连续时电流闭环的开环传递函数和电流断续时电流闭环的开环传递函数形式完全一样，只是放大倍数略有差异(某些电流自适应调节器可以使此差异很小)。第10页，共25页，编辑于2022年，星期三图 3-15 PI/I电流自适应调节器结构图 实现上述要求的电流自适应调节器必须能自动地实现电流连续时的PI到电流断续时的I调节器的转换，其原理图如图3-15所示。第11页，共25页，编辑于2022年，星期三 传递函数为：由上述分析可以看出，此调节器能适应电流的变化，而自动改变自己的数学模型，保证了系统在电流断续时与连续时具有同样的动态
5、特性，克服了电流断续对动态特性的不良影响。(3-32)第12页，共25页，编辑于2022年，星期三 (2)具有电流自适应调节器的双闭环系统 图3-16是具有电流自适应调节器的双闭环调速系统。图3-16 具有电流自适应调节器的双闭环系统第13页，共25页，编辑于2022年，星期三 当电流连续时，它的工作情况同一般的双闭环调速系统完全一样；当电流断续时，电流自适应调节器能自动切换为I调节器，从而使系统的动态性能保持不变，消除了电流断续对动态特性的影响。第14页，共25页，编辑于2022年，星期三3.3.2 转速自适应调速器转速自适应调速器 转速自适应调节器的引入 带有磁场控制的直流调速系统，在基速
6、以上调速时，电动机转速上升要求磁通从额定值开始呈非线性减弱；电动机转速下降时，又要求磁通作非线性增强。磁通的变化将导致转速闭环调节系统的固有参数变化，因而系统原有的动态参数整定值不能确保设计要求的预期特性，为此必须设法消除磁通变化带来的不良影响，其具体的措施是引入转速自适应调节。第15页，共25页，编辑于2022年，星期三 为说明转速自适应调节的含义，还要从转速环的动态设计入手讨论。图3-17是转速、电流双环系统转速环的动态结构图。图 3-17 转速环动态结构图第16页，共25页，编辑于2022年，星期三 转速环动态结构图中的积分环节等效变换为：一般情况下转速调节器ASR的动态参数是按照T为恒
7、值来考虑的。当系统工作在弱磁调速时，系统的固有参数T将随磁通变化，而转速调节器的参数都是事先设计好的固定数，因此在弱磁调速时，随着磁通的变化，系统的动态性能将有明显的恶化。(3-34)第17页，共25页，编辑于2022年，星期三图3-18 具有转速自适应调节器的转速闭环动态结构图 为此，必须采用转速自适应调节器，如图3-18所示。第18页，共25页，编辑于2022年，星期三 ASR无自适应功能情况下，按 来确定转速调节器的动态参数。此时转速环的开环传递函数为式中，(3-35)第19页，共25页，编辑于2022年，星期三 当转速调节器串入自适应环节 后，转速环的开环传递函数为：如果使转速环加自适
8、应环节和不加自适应环节的性能指标相同，则在两种情况下的系统开环传递函数应该相等，从而可以导出转速自适应环节的传递函数(3-36)(3-37)第20页，共25页，编辑于2022年，星期三 可导出理想的转速自适应环节的传递函数为：实际采用的转速自适应环节是一个除法器，它由一个积分器和一个乘法器组成，其传递函数为：(3-38)(3-39)第21页，共25页，编辑于2022年，星期三 以上分析表明，以 来近似理想的转速自适应环节 是合适的。当转速环串入自适应环节后，其动态结构图如图3-19所示。此时转速环的开环传递函数为：(3-40)第22页，共25页，编辑于2022年，星期三图3-19 具有自适应环
9、节的转速环动态结构图第23页，共25页，编辑于2022年，星期三 以往电力拖动（运动）自动控制系统PID调节器设计有一套成熟的、实用的工程设计方法。众所周知，现代电力拖动（运动）自动控制系统都是数字控制系统，因而调节器设计的主要工作是按照给定的动态性能指标设计数字PID调节器，实质上是将PID控制规律由编制的计算机程序来实现。第24页，共25页，编辑于2022年，星期三 然而，当连续系统的闭环等效时间常数很小，可以采用较高的采样频率时，PID控制可用连续系统工程设计方法进行设计，然后再作离散化处理，就可以得到数字PID调节器的算法，可见连续系统工程设计方法在某些场合下还有它的应用价值。第25页，共25页，编辑于2022年，星期三