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突加给定起动过程分析


2017-04-28 10:30   点击:42
                        

设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近理想起动过程,因此在分析双闭环调速系统的动态性能时,首先分析它的起动过程。
    双闭环直流调速系统突加给定电压U* n由静止状态起动时,其系统状态:
    U n*=0,U i=0,U ct=0,
    n =0 ,U i*=0,U d0=0。
    当输入一阶跃信号时,系统进入起动过程。
    1. 起动过程波形分析
    分析起动过程:
    按照ASR由不饱和→饱和
    饱和→退饱和
    这一过程是由电流调节→转速调节。
    三个阶段(如图所示):
    ①未饱和→饱和 I(t=0~t1)
    ②饱和 Ⅱ(t=t1~t2)
    ③退出饱和 Ⅲ(t=t1~t2)
    双闭环调速系统起动时的转速和电流波形

    (1)第I阶段 ASR由未饱和→饱和(0 ~ t1)
    —电流上升阶段
    突加U n* → ΔU n=U n*-U n≈U n*很大→ASR
    迅速饱和→U i*= U im* →Uct↑→Ud0↑→I d↑迅速上升。
    当 I d ≥ I dL 后→n开始↑(缓慢。这由于机电惯性作用,转速不会很快增长)→ 当t=t1,
I d↑≈I dm,此时ASR的输入偏差电压ΔU n的值仍较大, 保持U i= U im* 。如下图所示。

    本阶段:ASR由不饱和迅速饱和(U n增长慢)。
    ACR不饱和(U i增长快)。
    (2)第Ⅱ阶段 ASR饱和(t1~ t2)—恒流升速阶段
    ①转速环开环 ②电流环起主导作用
    这时,I d=I dm,可能继续↑(取决ACR的结构和参数) →U i> U im* →ΔU i=反号→U ct↓→U do↓→
    I d↓≈I dm(I d略低于I dm)且维持→n↑(直线)。
    U do ↑= id R+C e n↑+L did/dt
    ↓
    Uct ↑
    n↑→U do↑→U ct↑
    ΔU i=U im*-U i=常数,以维持U ct↑

    ACR调节作用、ASR饱和,Uct和Udo 线性增长,Id略小于Idm。
    (3)第 Ⅲ 阶段 ASR退饱和( t2 ~t4)
    当t=t2,ΔU n=0
    (n= n*)→ASR仍饱和→U i≈ U im*
    →I d≈I dm>I dL
    →n↑> n* (超调)
    →ΔU n=反号
    → U i*↓    → I d ↓>I dL,n↑。

    第 Ⅲ 阶段 (续)
    当 t=t3,I d = I dL
    →T e= T L
    → dn/dt = 0,转速n才到达峰值。
    此后,电动机开始在负载的阻力下(t3~t4)
    →I d < I dL → n ↓     第 Ⅲ 阶段 (续)
    当 t=t4,n ↓ →n* 进入稳态(如果调节器参数整定得不够好,转速n可能会经过几次振荡,但转速环会进行调节)。
    U n = α n* =U n*
    U i*= U I = β I dL

    2. 双闭环调速系统的起动过程的特点
    (1) 饱和非线性控制(或称变结构控制)
    根据ASR的饱和与不饱和,整个系统处于完全不同的两种状态:
    当ASR饱和时,转速环开环,系统表现为恒值电流调节的单闭环系统,ASR输出的限幅值,使起动过程中电流不超过允许的最大电流,且恒定;
    当ASR不饱和时,转速环闭环,整个系统是一个无静差调速系统,而电流内环表现为电流随动系统。
    (2)转速超调
    由于采用 PI 调节器作为ASR(转速调节器)实现了饱和非线性控制,起动过程结束进入转速调节阶段后,必须使转速超调, ASR 的输入偏差电压 △U n 为负值,才能使ASR退出饱和,从而真正发挥线性调节作用。
    这样,采用 PI 调节器的双闭环调速系统的转速响应必然有超调。
    (3)准时间最优控制
    起动过程中能以所允许最大电流起动,主要表现在第II阶段的恒流升速,它的特征是电流保持恒定。一般选择为电动机允许的最大电流,以便充分发挥电动机的过载能力,使起动过程尽可能最快。
    起动过程的第II阶段属于有限制条件的最短时间控制。因此,整个起动过程可看作为是一个准时间最优控制(与时间最优控制有区别,如第Ⅲ阶段)。

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