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第三章 多闭环控制系统的构造及
Profibus网络组态
一、本章主要内容
1、转速、电流双闭环调速控制系统及其静特性
1）原理图
2） 稳态结构图
图3-1-1 双闭环调速控制系统静态结构图
3）动态结构图
图3-2-1 双闭环调速控制系统的动态结构框图
4）静特性及稳态参数之间的关系
（1）静特性
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（2）稳态参数之间的关系
UCn?IdL?RUct?do?e?KSKSCe?Un??IdL?RKS
?Un的大小决定了电动机稳态转速n的大小；IdL的大小决定了转速调节器ASR稳态
输出Ui的大小。由下式可知：Un和IdL的大小决定了电流调节器ACR稳态输出Uct的大小。
（3）?、?的确定公式：
??UnmUim ????Idmne??2、转速、电流双闭环调速控制系统的动态性能及其仿真
1）转速、电流双闭环调速控制系统的起动过程
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电流上升阶段为“Ⅰ”阶段。 转速上升阶段为“Ⅱ”阶段。 转速调节阶段为“Ⅲ”阶段
当电枢电流接近最大允许电流Idm时即转速调节器ASR的饱和值时，转速环失去了作用，表现出了仅有一个电流环的特点。当电枢电流小于最大允许电流Idm时，电流环失去了单独调节的作用，变成了转速环的前向通道上一个环节，表现出了双闭环调速控制系统特点。
注意：
① 转速与电流随时间的变化规律都遵循着下面公式所表达的函数关系。
T?TdLGD2dn ?375dt② 在恒流升速(“Ⅱ”)阶段，电流调节器ACR的输入偏差等于不为零的常数 ③ 转速必须出现超调(n?ne)才能使速度调节器ASR退出饱和状态 ④ 由于“Ⅰ”和“Ⅲ”阶段存在，不能实现理想的时间最优控制
2）动态性能和两个调节器的作用
①动态跟随性能：双闭环调速系统的转速由低变高时能实现时间上的准最优控制。当转速由高变低时，系统处于自由停车状态，造成制动时失控。
②动态抗扰性能：当负载扰动(IdL变化)时，由于存在电流环，从而加快了转速环的调节过程。当电网电压波动时，可以通过电流反馈环得到及时的调节控制作用，不必等到影响到转速环才起作用。因此在转速电流双闭环调速控制系统中，由电网电压波动而产生的动态速降比转速单闭环调速系统中的速降小得多。
③转速调节器(ASR)的作用
* 转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速 n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差。
* 对负载变化起主要抗扰作用。
* 其输出限幅值决定电机最大允许的起动电流。 ④电流调节器(ACR)的作用
* 作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。
* 对电网电压的波动起及时抗扰的作用。
* 在突加给定起动过程中，能使电机以最大允许的电流起动，是实现时间最优控制的执行环节。 当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。
3) 调节器的设计与存在的问题
①调节器的参数设计的基本原则是：先设计内环，后设计外环。 ②转速从高速变低速时控制系统失控；第Ⅰ和第Ⅲ段的电流上升和下降的变化率不能控制；起动结束时，转速必须出现超调才能使速度调节器ASR退出饱和状态进入线性调节状态。
3、转速电流双闭环调速控制系统构造小结
转速电流双闭环调速控制系统，依靠在突加给定起动时速度调节器输出的饱和限幅特
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性，使得系统表现出只有一个电流环的效果，从而实现了恒流起动，实现了时间最优控制；起动结束后，速度调节器输出自动退出饱和限幅的状态，使得系统表现出只有一个转速环的效果，达到了稳速抗干扰的目的。
4、无转速超调的转速电流双闭环控制系统
1）瞬间降低转速给定电压U*n 2）自动提高转速反馈电压Un
* 改变转速反馈系数；采用转速微分负反馈。
5、多闭环调速控制系统的构造过程及性能分析
1）带电流变化率内环的三环调速系统
为了尽可能的缩小第Ⅰ阶段的比例或根据实际工程的需求能够随意设置Ⅰ阶段宽度，必须解决对电流变化率进行控制的问题。
2）全状态反馈调速控制系统(准全状态反馈) ①电压反馈引出位置选择原因
此时的电压反馈引出点应该尽可能的在靠近可控整流输出端位置引出，因为，这样
图3-5-1 带电压内环的三环调速系统原理框图
做Ud能尽可能的接近理想的Ud0，用Ud代替Ud0还能提高系统的抗干扰能力。 ②电压反馈与电流微分反馈的作用基本一样
因为从物理量纲上分析，电流的微分就是电压，所以电压反馈与电流微分反馈的作用基本相同。
注意：一个储能元件决定一个状态变量。
3）带能耗制动单元的全状态反馈调速控制系统
解决控制系统转速由高变低时失控问题的最简方案是采用能耗制动。 4）闭环数目的限制与带预控制调节器的闭环系统 ①闭环数目的限制
* 被控对象状态变量多少的限制；控制系统自然稳定条件的限制；生产工艺性能要求及控制效果的限制
②带预控制调节器的闭环系统(了解内容)
6、弱磁控制的直流调速控制系统
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