转速电流双闭环直流调速系统解析与设计

"本文主要介绍了转速、电流双闭环直流调速系统的组成和工程设计方法，强调了在电力拖动自动控制系统中优化动态性能的重要性。" 转速、电流双闭环直流调速系统是一种先进的控制策略，它通过结合转速环和电流环来提升系统的动态性能。在这样的系统中，转速调节器的输出被作为电流调节器的输入，而电流调节器的输出则用于控制电力电子变换器UPE。这种设计中，电流环作为内环，负责精确控制电机的电流，以直接影响电机的转矩；转速环作为外环，主要负责整体速度的稳定，确保系统的无静差运行。 在传统的单闭环直流调速系统中，虽然能保证系统的稳定性并实现转速无静差，但对动态性能的控制较为有限。为了提高动态响应，必须控制好电机转矩，即电流。根据电力拖动系统的运动方程，转矩与电流和电枢回路电感有关，因此，控制电流是优化动态性能的关键。 单闭环系统的主要问题在于无法有效控制电流的动态过程，电流截止负反馈只能限制电流冲击，无法保证电流波形的平滑。理想的起动过程应是电流恒定的最大值Idm，通过电流负反馈可以实现近似的恒流启动。然而，这与稳态时转速负反馈的需求相冲突，因为稳态时需要转速反馈来维持无静差运行。 为了解决这一矛盾，提出了转速、电流双闭环调速系统。该系统在起动过程中主要依赖电流负反馈，确保恒流启动；而在稳态时，转速负反馈起主导作用，实现无静差速度控制。如图2-2所示，系统由转速调节器ASR、电流调节器ACR、测速发电机TG、电流互感器TA以及电力电子变换器UPE等部分组成，内外环的结构使得两个负反馈在不同阶段发挥各自的作用。 双闭环系统的设计方法通常涉及转速调节器和电流调节器的参数整定。转速调节器ASR采用PI（比例积分）控制器，通过调整其比例系数和积分时间常数来保证转速的快速响应和平稳性。电流调节器ACR同样采用PI调节，以确保电流的快速跟踪和稳定。此外，为了保证系统在各种工况下的稳定性，还需要进行根轨迹分析和Nyquist稳定性判据等控制理论的应用。 转速、电流双闭环直流调速系统通过内外环的巧妙配合，实现了对电机启动、运行过程中的电流和转速的精细控制，从而提高了系统的动态响应和稳态精度，是电力拖动领域中实现高性能控制的一种重要手段。