電力電子變流器控制系統(tǒng) 課件 1直流電機控制系統(tǒng)

鄭常寶電力電子變流器控制系統(tǒng)第*頁1 直流調(diào)速系統(tǒng)1.1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)1.1.1 直流他勵電動機調(diào)速方法改變轉速的三種方法：⑴改變電樞電壓U、⑵改變勵磁磁通Ф、⑶改變電樞回路總電阻R直流調(diào)速用可控電壓源有：晶閘管整流器、直流斬波器。第3頁1.1.2晶閘管整流器-直流電動機系統(tǒng)第4頁1.1.2晶閘管整流器-直流電動機系統(tǒng)觸發(fā)-整流環(huán)節(jié)的數(shù)學模型第5頁1.1.3直流PWM變流器-電動機系統(tǒng)第6頁1.2 轉速負反饋調(diào)速系統(tǒng)1.2.1 調(diào)速要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速指標1、調(diào)速要求：⑴調(diào)速、⑵穩(wěn)速、⑶加、減速2、穩(wěn)態(tài)調(diào)速指標⑴調(diào)速范圍⑵靜差率(3)調(diào)速指標、靜差率和額定速降的關系第7頁1.2.2轉速負反饋調(diào)速系統(tǒng)1、轉速負反饋調(diào)速系統(tǒng)組成2、PI調(diào)節(jié)器第8頁1.2.2轉速負反饋調(diào)速系統(tǒng)3、含有積分作用的調(diào)節(jié)器穩(wěn)態(tài)無誤差靜止狀態(tài)加階躍給定啟動，電機轉速為0，Un=0，偏差ΔUn=Un*，PI調(diào)節(jié)器很快飽和，輸出飽和值Uos，Uc=Ucm，Ud為最大電壓Udm，Udm=UN，相當于電機全電壓啟動，電機電樞流過很大的過電流，這是不允許的。系統(tǒng)運行被堵轉時，也會出現(xiàn)過電流的情況。圖1-10的系統(tǒng)需要加電流保護，一種方法是加電流截止負反饋，另一種是加電流負反饋。第9頁1.3 轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1.3.1轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)組成第10頁1.3.2轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構圖和穩(wěn)態(tài)參數(shù)⑴轉速調(diào)節(jié)器不飽和第11頁⑵轉速調(diào)節(jié)器飽和第12頁1.3.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學模型和動態(tài)過程分析1、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學模型(1)電機的數(shù)學模型第13頁1.3.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學模型和動態(tài)過程分析⑵雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學模型第14頁1.3.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學模型和動態(tài)過程分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程三個特點：①飽和非線性控制。②轉速超調(diào)。③準時間最優(yōu)控制。2、啟動過程分析第15頁3、抗擾性能分析1.3.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學模型和動態(tài)過程分析電流反饋點在轉速反饋點前，電流反饋先于轉速反饋感知變化，電流調(diào)節(jié)器先于轉速轉速調(diào)節(jié)器產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動的性能要差一些。第16頁1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計1、控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(1)動態(tài)跟隨性能指標①上升時間tr：②超調(diào)量σ與峰值時間tp③調(diào)節(jié)時間ts(2)動態(tài)抗擾性能指標①動態(tài)降落ΔCmax②恢復時間tv第17頁(3)頻域性能指標1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計①中頻段以－20dB/dec的斜率穿越零分貝線，－20dB/dec占有足夠的頻帶寬度，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。②截止頻率（或稱剪切頻率）越高，則系統(tǒng)的快速性越好。③低頻段的斜率陡、增益高，表示系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度好（即靜差率小、調(diào)速范圍寬）。④高頻段衰減得越快，即高頻特性負分貝值越低，說明系統(tǒng)抗高頻噪聲干擾的能力越強。一般要求γ=30~60°

GM>6dB第18頁2、調(diào)節(jié)器的工程設計方法1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計(1)工程設計方法的原則和基本思路遵循的原則是：1）概念清楚、易懂；2）計算公式簡明、好記；3）不僅給出參數(shù)計算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；4）考慮飽和非線性控制的情況，經(jīng)過分段線性化處理，給出簡單的計算公式；5）適用于各種可以簡化成典型系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。分兩步：第一步解決主要矛盾（穩(wěn)、準），選擇調(diào)節(jié)器的結構，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定、同時滿足穩(wěn)態(tài)精度。第二步選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，滿足其他動態(tài)性能指標的要求（快、抗干擾）。(2)典型系統(tǒng)典型I型系統(tǒng)典型II型系統(tǒng)第19頁典型I型系統(tǒng)1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計第20頁1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計典型II型系統(tǒng)第21頁(3)典型I型系統(tǒng)性能指標與開環(huán)增益K的關系1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計第22頁1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計第23頁1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計(4)典型II型系統(tǒng)性能指標與中頻寬h的關系Mrmin在1.2~1.5之間時，系統(tǒng)的動態(tài)性能較好，有時也允許Mrmin達到1.8~2.0，所以h值可在3~10之間選擇。h更大時，降低Mrmin的效果就不顯著了。第24頁動態(tài)跟隨性能指標1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計h=5時的調(diào)節(jié)時間最短。h減小時，上升時間快，h增大時，超調(diào)量小典型II型系統(tǒng)的超調(diào)量一般都比典型I型系統(tǒng)大得多，快速性好于典型I型系統(tǒng)。第25頁3、傳遞函數(shù)的簡化1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計(1)高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理(2)高階傳遞函數(shù)降階第26頁(3)低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計第27頁4、用工程設計法設計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計第28頁(1)電流調(diào)節(jié)器設計1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計1）結構圖等效變換第29頁1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計2）確定電流環(huán)結構和調(diào)節(jié)器3)電流環(huán)等效傳遞函數(shù)第30頁4)電流環(huán)抗電網(wǎng)電壓擾動分析1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計第31頁1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計第32頁1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計第33頁1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計1)轉速環(huán)動態(tài)結構圖2)確定轉速環(huán)結構和調(diào)節(jié)器第34頁3)轉速環(huán)抗負載擾動性能分析1.3.4

轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計h<5時，h變小，由于振蕩次數(shù)增加，恢復時間tv變長。h=