双闭环调速系统设计：电流环与转速环详解

"确定电流调节器的结构和参数 - 双闭环系统设计" 在电力电子和自动控制领域，双闭环调速系统是一种广泛应用于电机控制的技术。这种系统由速度环和电流环组成，以实现对电机速度和电流的精确控制。在设计这样的系统时，首要任务是确定电流调节器的结构和参数，确保系统的稳定性和动态性能。 电流环作为内环，其设计至关重要，因为它是整个系统快速响应和抑制干扰的基础。设计过程中，通常按照二阶“最佳”系统的原则，选择PI调节器，以保证良好的动态特性。PI调节器的传递函数可以表示为： \[ G_{CI}(s) = K_p + \frac{K_i}{s} \] 其中，\( K_p \) 是比例增益，\( K_i \) 是积分增益。设计要求电流误差σi小于或等于5%，这决定了调节器的参数设定。 在设计电流环时，首先要简化结构图，忽略反电动势的动态影响。这样做是为了便于分析和计算，因为反电动势在电流环的快速响应时间内相对稳定。电流环简化后的结构如下： \[ \frac{U_c(s)}{U_i(s)} = \frac{K_s T_{ls}s + 1}{T_{is}s + 1} \] 这里，\( K_s \) 是电流环的开环增益，\( T_{ls} \) 和 \( T_{is} \) 分别是电流调节器的时间常数。 设计电流调节器的步骤包括： 1. **结构简化**：将给定滤波和反馈滤波环节等效到环内，形成单位负反馈系统。 2. **结构选择**：基于系统性能需求，选择合适的调节器类型，如PI调节器。 3. **参数计算**：根据设计指标计算比例和积分增益，确保系统的稳态误差和动态响应满足要求。 4. **实现**：将计算出的参数应用到实际硬件电路或数字控制器中。 接着，设计转速环，此时将电流环视为转速调节系统的一部分。转速环的设计同样遵循类似的步骤，但需考虑电机的反电动势以及转速反馈滤波的影响。通过合理设置转速环的增益和时间常数，可以实现对电机速度的精确控制，并抑制由于负载变化等引起的转速波动。 双闭环调速系统的设计还需要考虑系统的稳定性、超调量、上升时间和调节时间等因素。转速退饱和超调量的计算方法和转速微分反馈校正能够进一步优化系统的瞬态性能，减少过冲，提高响应速度。 设计双闭环调速系统的关键在于理解控制系统的动态行为，选择合适的调节器结构，以及精确计算调节器参数。通过这些步骤，可以构建一个既稳定又有良好动态性能的电流-转速双闭环调速系统。