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

專題閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的自適應(yīng)控制第一頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六(1)電流斷續(xù)時(shí)系統(tǒng)參數(shù)的變化晶閘管整流裝置。電樞電壓斷續(xù)將使晶閘管整流裝置的外特性變陡（如圖3-13），其等效內(nèi)阻大大增加。圖3-13晶閘管整流裝置的外特性第二頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

電動(dòng)機(jī)電樞回路當(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)慣性環(huán)節(jié)。因時(shí)間常數(shù)的存在，從整流電壓的突變到平均電樞電流的響應(yīng)不可能瞬時(shí)完成，而是如圖3-14a那樣漸變到穩(wěn)態(tài)值。當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，由于電感對(duì)電流的續(xù)流作用在一個(gè)波頭內(nèi)就已經(jīng)結(jié)束了，每個(gè)波頭結(jié)束時(shí)電流都變化到零，使整流電壓波形中導(dǎo)通的負(fù)面積部分減小，如圖3-14b，平均電壓突變后，下一個(gè)波頭的平均電流也立即隨電壓變化。第三頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖3-14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)第四頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

因此，從整流電壓與電流平均值的關(guān)系上看，相當(dāng)于，也就是說(shuō)，平均整流電壓與平均整流電流之間的關(guān)系，電流連續(xù)時(shí)是慣性環(huán)節(jié)，電流斷續(xù)時(shí)就成為比例環(huán)節(jié)了。第五頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六(2)電流斷續(xù)對(duì)系統(tǒng)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)，其傳遞函數(shù)為，針對(duì)此對(duì)象選擇的電流調(diào)節(jié)器為：（3-29）第六頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)特性。但是，當(dāng)電流進(jìn)入斷續(xù)區(qū)后，電流環(huán)的調(diào)節(jié)對(duì)象為：即由原來(lái)的一個(gè)小慣性與一個(gè)大慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)，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)大大減小，即，使系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間顯著變長(zhǎng)。第七頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

2.電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器（1）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：式中是按電流連續(xù)情況設(shè)計(jì)的電流調(diào)節(jié)器。

(3-30)第八頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

?。皇请娏鲾嗬m(xù)后的新的調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù),則(3-31)第九頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

系統(tǒng)電流連續(xù)時(shí)，采用上式形式的電流調(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)。第十頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖3-15PI/I電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖

實(shí)現(xiàn)上述要求的電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器必須能自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)電流連續(xù)時(shí)的PI到電流斷續(xù)時(shí)的I調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)換，其原理圖如圖3-15所示。第十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

傳遞函數(shù)為：

由上述分析可以看出，此調(diào)節(jié)器能適應(yīng)電流的變化，而自動(dòng)改變自己的數(shù)學(xué)模型，保證了系統(tǒng)在電流斷續(xù)時(shí)與連續(xù)時(shí)具有同樣的動(dòng)態(tài)特性，克服了電流斷續(xù)對(duì)動(dòng)態(tài)特性的不良影響。(3-32)第十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

(2)具有電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)系統(tǒng)圖3-16是具有電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。

圖3-16具有電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)系統(tǒng)第十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，它的工作情況同一般的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)完全一樣；當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器能自動(dòng)切換為I調(diào)節(jié)器，從而使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能保持不變，消除了電流斷續(xù)對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響。第十四頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六3.3.2轉(zhuǎn)速自適應(yīng)調(diào)速器

轉(zhuǎn)速自適應(yīng)調(diào)節(jié)器的引入帶有磁場(chǎng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，在基速以上調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升要求磁通Φ從額定值開(kāi)始呈非線性減弱；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，又要求磁通作非線性增強(qiáng)。磁通Φ的變化將導(dǎo)致轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的固有參數(shù)變化，因而系統(tǒng)原有的動(dòng)態(tài)參數(shù)整定值不能確保設(shè)計(jì)要求的預(yù)期特性，為此必須設(shè)法消除磁通Φ變化帶來(lái)的不良影響，其具體的措施是引入轉(zhuǎn)速自適應(yīng)調(diào)節(jié)。第十五頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

為說(shuō)明轉(zhuǎn)速自適應(yīng)調(diào)節(jié)的含義，還要從轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)入手討論。圖3-17是轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。圖3-17轉(zhuǎn)速環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖第十六頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

轉(zhuǎn)速環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中的積分環(huán)節(jié)等效變換為：一般情況下轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的動(dòng)態(tài)參數(shù)是按照T為恒值來(lái)考慮的。當(dāng)系統(tǒng)工作在弱磁調(diào)速時(shí)，系統(tǒng)的固有參數(shù)T將隨磁通變化，而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)都是事先設(shè)計(jì)好的固定數(shù)，因此在弱磁調(diào)速時(shí)，隨著磁通的變化，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能將有明顯的惡化。

(3-34)第十七頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖3-18具有轉(zhuǎn)速自適應(yīng)調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速閉環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

為此，必須采用轉(zhuǎn)速自適應(yīng)調(diào)節(jié)器，如圖3-18所示。第十八頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六ASR無(wú)自適應(yīng)功能情況下，按來(lái)確定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)。此時(shí)轉(zhuǎn)速環(huán)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為式中，(3-35)第十九頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器串入自適應(yīng)環(huán)節(jié)后，轉(zhuǎn)速環(huán)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：如果使轉(zhuǎn)速環(huán)加自適應(yīng)環(huán)節(jié)和不加自適應(yīng)環(huán)節(jié)的性能指標(biāo)相同，則在兩種情況下的系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)該相等，從而可以導(dǎo)出轉(zhuǎn)速自適應(yīng)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)

(3-36)(3-37)第二十頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

可導(dǎo)出理想的轉(zhuǎn)速自適應(yīng)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：

實(shí)際采用的轉(zhuǎn)速自適應(yīng)環(huán)節(jié)是一個(gè)除法器，它由一個(gè)積分器和一個(gè)乘法器組成，其傳遞函數(shù)為：(3-38)(3-39)第二十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

以上分析表明，以來(lái)近似理想的轉(zhuǎn)速自適應(yīng)環(huán)節(jié)是合適的。當(dāng)轉(zhuǎn)速環(huán)串入自適應(yīng)環(huán)節(jié)后，其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖3-19所示。此時(shí)轉(zhuǎn)速環(huán)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：(3-40)第二十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖3-19具有自適應(yīng)環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖第二十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

以往電力拖動(dòng)（運(yùn)動(dòng)）自動(dòng)控制系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)有一套成熟的、實(shí)用的工程設(shè)計(jì)方法。眾所周知，現(xiàn)代電力拖動(dòng)（運(yùn)動(dòng)）自動(dòng)控制系統(tǒng)都是數(shù)字控制系統(tǒng)，因而調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)的主要工作是按照給定的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)設(shè)計(jì)數(shù)字PID調(diào)節(jié)器，實(shí)質(zhì)上是將PID控制規(guī)律由編制的計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。第二十四頁(yè)，共