变频调速典型控制系统（三）

马小亮

（天津电气传动设计研究所，天津 300180）

第3讲 工艺调速的典型转速控制系统［1－3］

工艺调速（含车辆牵引和船舶推进调速）指因工艺要求而调速，不调速便不能工作的系统，不能像节能调速那样“旁路变频器”。它们的控制目标主要有3类：转速控制、张力控制和位置控制。本讲和第4讲介绍转速控制，在第5讲和第6讲中分别介绍张力控制和位置控制。工艺调速传动又分单电机传动和多电机传动2大类。单电机传动指一个生产机械或一个工艺区段只有1台拖动电动机，或虽然有多台电动机但它们的运动各自独立，彼此间没有相互约束。多电机传动指一个生产机械或一个工艺区段中有多台电动机，它们的运动不独立，彼此之间存在约束，例如存在机械轴或通过被加工物体连在一起（另一种机械联系），有的彼此间无机械联系但工艺要求同步。本讲介绍单电机传动和多电机传动中单个电动机的转速控制，多电机传动中各电动机之间的协调控制在第4讲中介绍。

绝大多数工艺调速系统都基于第1讲第1.4节介绍的高性能基础调速系统，它们的内环（转矩环ATL）全一样，在随后的介绍中不再讨论，认为它能使电动机实际转矩T快速、精确地跟踪其给定值T＊。针对不同工艺要求设计的不同调速系统的区别仅在于转速环，后续讨论只聚焦于转速环及转矩给定。

3.1 一般调速系统

这是一类量大面广的调速系统，生产机械针对不同的产品品种或规格，要求有相应的不同运行速度，运行过程中往往要求保持恒速，对转速精度和调速范围要求不高，对加减速等动态性能也没有特殊要求。这类系统可以采用无转速传感器的基础调速系统或V／f控制的标量控制系统。

3.2 稳速系统

稳速系统的生产机械负载平稳，但要求在各种扰动（负载、电网、温度等扰动）条件下保持较高的稳速精度长期运行。这类系统的典型应用是：风洞、橡胶压延机、造纸机等传动。对于风洞，风速不稳测量数据就不准确；对于造纸机，速度不稳则纸张定量偏差大，易断头。它们着眼于长时间稳定性，不要求很高的调速范围及动态性能指标。

在调速系统采用模拟控制的时代，这类系统很难做，因为需要高精度和高稳定度的给定电源及测速装置。进入数字控制时代，采用数字给定、数字反馈及基础调速系统后，实现稳速要求已不困难。数字给定和数字反馈量不受温度影响，无转速静差的基础调速系统使得稳态反馈量等于给定量，从而消除了温度变化对稳态转速的影响，缓慢的温度变化也不会引起动态转速波动。电网波动的影响已在转矩环ATL中被抑制。稳速系统负载平稳，它的缓慢变化不影响无转速静差调速系统的转速。

稳速系统宜用有转速传感器系统，无转速传感器系统中的转速观测结果受转子电阻变化影响，精度不高。

3.3 宽调速系统

宽调速系统要求100以上的宽调速范围，在最低速时仍能保持一定静差率平稳运行（静差率又称转速变化率，是指在某一设定转速下负载由空载到额定负载变化时，空载转速n0与额定负载下的转速n之差的相对值（%），其基值是n；调速范围又称调速比，是指在符合规定的静差率条件下，电动机从最高转速nmax到最低转速nmin的转速变化倍数）。这类系统的典型应用是机床进给机构传动，在退刀及空走时要快，在接近期望尺寸时要慢。宽调速类和稳速类都要求静差率小，但宽调速系统强调低速性能。

宽调速系统也采用基础调速系统，有几个问题需注意。

1）宽调速系统宜采用有转速传感器系统，因为无转速传感器系统在低速时调速精度差。

2）有转速传感器的基础调速系统在低速时电动机模型从电压模型过渡到电流模型，受转子电阻参数变化影响，调速精度降低（矢量控制和直接转矩控制都一样），宽调速系统最好使用有转子电阻温度补偿环节的变频器。

3）基于编码器＋脉冲／数字变换的数字转速检测存在最低转速限制条件在1个采样周期中至少有1个编码器脉冲。宽调速系统必须按最低转速公式来选择转速采样周期长度T和编码器的每转脉冲数pe

式中：x为倍频数，x＝1，2，4；p为倍频后的每转脉冲数。

4）如果最低转速太低，单靠基础调速系统不能满足要求，可以在极低速段把转速控制系统改造成位置跟踪控制系统。转速给定经数字积分变成转角位置给定信号，位置跟踪控制系统使电动机的转角跟随给定信号运行，这样的调速系统实质上是锁相系统。

3.4 频繁加减速、正反转系统

有些生产机械，需要频繁启制动、加减速、正反转运行，它的生产率取决于电气传动系统的快速性。这类系统的典型应用是可逆轧钢机、龙门刨床等传动。它们对调速系统的要求是：

1）由于频繁快速制动，制动产生的再生能量巨大，如果通过电阻能耗来吸收，太浪费能源，希望能把制动能量回馈电网，变频器4象限运行；

2）对转矩和转速给定的响应要快，要求转矩响应时间＜10～20ms，转速响应时间与电动机和被拖动机械的惯量有关，如果不带机械（电动机空载），希望转速对小阶跃给定信号的响应时间100 ms左右（在调节过程中转速调节器ASR不饱和）。

常用的4象限变频器有3种：晶闸管交－交变频器；整流／回馈电源＋电压型直－交逆变器；PWM整流电源（有源前端AFE）＋ 电压型直－交逆变器（简称“双PWM变频器”）。对于大功率传动（＞2MW），主要采用交－交变频器或三电平双PWM变频器。这2种变频器的性能差不多，都能满足生产要求，二者的差别是：交－交变频器技术较成熟，更可靠，变频器本身便宜，但需要辅以庞大的电网无功补偿和谐波吸收装置及它们需要的建筑场地；三电平双PWM变频器较贵，但不需要电网无功补偿和谐波吸收装置，变频器本身增加的成本可以从供电设备和土建节约的成本中得到补偿，所以它得到越来越多的应用。对于中功率和中小功率传动（＜2MW），AFE太贵，双PWM变频器较少采用，整流／回馈电源＋电压型直－交逆变器用的较多。由于在电网异常降低时，晶闸管整流／回馈电源可能逆变颠覆，因此这种电源不适合用于电网可靠性不高的场合。在这种场合，逆变器的电源只好用不可控整流电源＋制动单元和电阻，把制动能量消耗在电阻中，或用IGBT整流／回馈电源。如果在一个工作面或1条生产线上有多台电动机需要变频调速，宜采用公共直流母线供电方式，即由1套大的整流电源向多套逆变器供电，在某一台电动机制动时，它的制动能量可以经公共直流母线转移到其他处于电动状态的电动机中去，不必回馈电网，从而大大减少回馈功率和设备容量。有关上述几种变频器和电源的简介参见第1讲第1.3节。

由于这类系统要求快速加减速和正反转，有些文献在介绍它的启制动过程时按突加给定来考虑，施加突加给定后，转速调节器ASR饱和（进入限幅区），电动机按最大转矩（一般设定为2～2.5倍额定转矩）来加、减速，在转速达到给定值后，ASR退出饱和，经微小超调转速稳定在给定值。这种控制方法曾用于机组调速系统，那时转矩响应时间长达数百ms，给被拖动机械带来的冲击小。由于转矩上升和下降时间长，在整个启制动过程中转矩停留在最大值的时间很短，平均启制动转矩比最大转矩小很多，为快速启制动必须把最大转矩用到极限。采用电力电子控制后，转矩响应时间缩短到小于10～20ms，如果还按最大转矩来启制动，被拖动机械承受不了，因为机械中的齿轮箱和联轴器中通常都存在间隙，这么猛烈的频繁冲击会打坏它们，冲击带来的振动也会影响机械安全，这种机械事故曾多次发生。转矩上升和下降时间缩短后，启制动平均转矩与最大转矩之差减小，适当减小最大启制动转矩同样可以满足生产要求。为给机械的静负载留有余量，调速系统的堵转转矩（ASR的限幅值）仍按2～2.5倍设置，启制动时的最大转矩不用到那么大，而是按期望的启制动时间来控制。这样设置后，启制动时ASR一般不饱和，除非静负载特别大。为减小对机械的冲击，除了降低启制动转矩外，还要求限制转矩变化率。上述控制要求通过在转速给定及转矩给定通道中增设斜坡给定环节（RFG）实现。

RFG的特点是限制给定信号的变化率：当RFG输入信号的斜率高于其设定值时，RFG的输出按设定的变化率追赶输入，等到输出赶上输入后，维持输出等于输入；当RFG输入信号的斜率低于其设定值时，RFG输出无滞后的跟随输入，维持输出等于输入。有2种RFG：普通RFG和带圆角RFG。普通RFG常用于转矩给定通道，限制转矩变化率，其框图示于图1a，它的输入x（转矩给定ASR的输出）和输出y（变化率被限制后的转矩给定转矩环ATL的输入）响应曲线示于图1b，图1中输出yA是输出y的一阶微分信号（yA＝dy／dt）。

图1 普通RFG

带圆角RFG常用于转速给定通道，限制转速变化率及转矩变化率。与普通RFG不同，它的输出y（转速给定n＊ASR输入）不仅是一个斜坡，而且要求在斜坡的起始和终结部分是圆角，即要求加速度yA（yA＝dy／dt＝dn＊／dt）是梯形波，其变化率也受到限制。这类RFG有时又称S曲线给定。带圆角RFG的框图及响应曲线分别见图2和图3。

图2 带圆角RFG框图

图3 带圆角RFG的响应曲线

两种RFG的数字实现方法见文献［1，3－4］。普通RFG中转矩给定变化率的设置范围为0～20ms／额定转矩变化。带圆角RFG中启制动时间按生产要求设置，由于静负载对启动和制动的影响不同，所以启动时间和制动时间往往设的不一样。

引入RFG后，启动过程实际转速n对转速给定n＊的跟踪波形示意图绘于图4a，在启动过程大部分时间里n几乎无差的跟随给定n＊上升，只是在启动之初和结束时段n滞后n＊，带来跟踪误差。

图4 有RFG的转速跟踪波形示意图

某些生产线对前后机械的协调要求高，希望有更好的转速跟踪性能，引入转速预控环节可以实现这目标。转速预控框图示于图5，来自RFG的加速度给定信号yA（yA＝dy／dt＝dn＊／dt）乘电动机和机械的机电时间常数Tm，得到转速预控信号附加转矩给定T＊，它等于加减速所需动态转矩之给定

ΔT＊和转速调节器ASR输出的转矩给定信号T＊相加，一起作为转矩环ATL的输入。在加减速时，从预控通道来的动态转矩给定，经ATL产生加减速所需的动态转矩，使电动机迅速开始加减速，从而减小转速跟踪误差。无预控通道时，要等到转速偏差出现，ASR输出变化，才能产生动态转矩给定，动态转矩产生的滞后导致转速跟踪误差大。引入转速预控环节后的启动波形绘于图4b，与图4a相比转速跟踪性能有很大改善。良好的跟踪性能使得启制动时间和行程得到很好控制，且受静负载影响小，为生产线中前后生产机械的协调和配合带来许多方便，有助于实现生产自动化。转速预控不只用于频繁加减速、正反转系统，也用于对转速跟踪有要求的其他类型典型转速控制系统。转速预控框图见图5。

图5 转速预控框图

3.5 提升系统

提升系统也是一种可逆系统，通过电动机正转和反转来提升和下放重物。这类系统的典型应用是矿井卷扬，钻机的钻杆提升，各种起重设备，电梯等。

提升系统和前节介绍的快速正反转系统都要求正反转，但二者的负载性质不同。快速正反转系统的负载是阻力性负载，负载转矩的方向总是和运动方向相反，阻碍运动。提升系统的负载是位势性负载，在提升重物（重物的重量大于平衡重的重量）时，负载转矩方向与运动方向相反，电动机电动工作，在下放重物时，负载转矩方向与运动方向相同，电动机再生工作。若提升和下放轻物（轻物的重量小于平衡重的重量），情况则相反，提升时电动机再生工作，下放时电动机电动工作。许多提升设备的提升距离很长，几十米、几百米、甚至几千米，再生能量非常大，最好能把它回馈电网，变频器4象限工作。和快速正反转系统一样，大功率提升机（＞2MW）采用交－交变频器或三电平双PWM变频器。对于中功率和中小功率传动（＜2MW），晶闸管或IGBT整流／回馈电源＋电压型直－交逆变器用的较多，在某些对电网谐波要求严格的场合，例如高楼的电梯，为避免变频器干扰楼中其他电子和通信设备工作，有时用两电平双PWM变频器，尽管AFE价高。某些提升设备，例如钻机，它的供电电网容量小，可靠性差，还有些移动设备，它的供电通过滑道输入，偶尔会因滑道和电刷接触不良而断电，它们都不适合采用整流／回馈电源或AFE，因为在电源断电时它们会产生逆变颠覆或回馈通道断路故障，逆变器停止工作，不能把再生能量从直流回路回馈到电网，导致重物拖着电动机自由下滑，仅靠紧急抱闸来防止事故，非常危险。对于这些电网可靠性不高的设备，最好用不可控整流电源＋制动单元和电阻，把制动能量消耗在电阻中。注意，如果再生工作时间长，要按长期工作制选取制动单元和电阻容量，这时逆变器的控制电源需靠不停电电源维持工作。也可以再生能量吸收装置和回馈电源都装设，电网正常时用回馈电源，电网异常时用制动单元和电阻，既安全又节能，只是初期投资略大。

提升系统和快速正反转系统对控制的要求相近，但侧重点不同，快速正反转系统强调加减速的快速性，提升系统强调加减速的平稳性。它们都要求用带圆角RFG产生S形转速给定信号，但提升系统需设定较长的加减速时间和圆角时间。由提升负载性质决定，提升系统没有基速以上的恒功率弱磁调速要求。

为把物体运送到正确位置，提升系统有准确停车要求，在物体快到位时先从提升速度降至爬行速度，等爬行到接近停车位置时再从爬行速度降至零速，然后用抱闸抱住，为此需要用位置检测及计算行程的方法来确定开始减速时刻及开始停车时刻。

在提升初始松开抱闸时，通常电动机的转矩不等于负载转矩，在转矩差的作用下将出现“溜车”问题。为避免“溜车”，要求在松开抱闸前，给基础调速系统转矩环ATL的输入施加1个附加转矩给定信号，使电动机发出的转矩与负载转矩相等。为此要求在提升机械上装设称重设备，计算附加转矩给定量。为准确控制该附加转矩，调速系统最好釆用有转速传感器系统，因为在低速和堵转时无转速传感器系统转矩控制误差大。

3.6 抗负载扰动系统［2，3］

调速系统受到的扰动主要有负载波动、电网波动和温度变化。采用数字控制后转速给定和反馈量都是数字量，不受温度影响，无转速静差的基础调速系统使得稳态反馈量等于给定量，从而消除了温度变化对稳态转速的影响，缓慢的温度变化也不会引起动态转速波动。电网波动的影响已在转矩环ATL中被抑制。剩余的扰动是对调速系统影响最大的负载扰动，本节讨论如何抗负载扰动。

抗负载扰动系统和前面介绍的快速正反转系统都要求调速系统具有良好的动态性能，但侧重点不同，快速正反转系统要求对给定响应快，抗负载扰动系统要求抗负载扰动性能好。抗负载扰动系统的典型应用是连续轧钢机主传动。工作时钢材在几个机架中同时被轧制，各机架主传动的转速按秒流量原则设定，使得在正常轧制时各机架间的钢材既不受拉，也不堆积。问题出在咬钢期间，例如某一时刻第N机架咬入钢材，受突加负载影响，该机架转速要先下降一下，再逐渐恢复，这时前一架的转速已恢复，仍按照原来设定的速度供料，导致在第N机架和N－1机架之间钢材堆积，堆积量的大小比例于调速系统动态指标中的动态偏差当量Am，即受突加负载扰动后在恢复时间tre内转速与给定值差的积分－偏差面积。受突加负载扰动后的转速波动示意图绘于图6，图6中σm（%）是动态波动量相对值（基值是），tre是恢复时间。动态偏差当量为

图6 突加负载扰动后转速波动示意图

减小动态偏差当量Am最有效的措施是引入负荷观测器，其框图示于图7。图7中的调速系统是基础调速系统，由斜坡转速给定RFG、转速调节器ASR和转矩环ATL组成。负荷观测器的任务是根据调速系统转速实际值n和转矩实际值T（对于直接转矩控制系统，T是转矩滞环控制器的反馈信号；对于矢量控制系统，T是定子电流转矩分量与磁链值Ψ的乘积），计算和输出电动机静负载转矩的观测值TL.ob.I，它是 A TL的附加转矩给定，与ASR输出的转矩给定T＊相加，共同产生转矩。没有负荷观测器时，克服静负载转矩所需之电动机转矩要在转速降低，转速偏差n＊－n出现后，经ASR的PI作用，使T＊增大才能得到，这个过程较慢。有负荷观测器后，在转速降低和转矩增加双重因素作用下，观测器很快输出静负载转矩的观测值，送给ATL，使转矩迅速增大，σm，tre和Am减小。这时ASR的输出不再承担提供静负载转矩给定的任务，只承担动态转矩给定和补偿负荷观测误差任务，变化范围大大减小，稳态时T＊≈0。

图7 负荷观测器框图

负荷观测器由负荷观测调节器LOR（比例P和积分I分离的PI调节器）和模拟电动机的积分器LI组成，LI的积分时间常数等于电动机和机械的机电时间常数Tm。在负荷观测器里，转速观测值

在实际的电动机里，转速

负荷观测调节器LOR是PI调节器，在观测器内小闭环调节结束后，LOR的输入nob－n＝0，则

由上式知，在观测器内小闭环的调节过程结束后，LOR的输出TL.ob等于电动机静负载转矩TL，条件是调速系统转矩T计算准确和LI积分时间常数确实等于电动机和机械的机电时间常数（Tm测量准确）。

通常LOR的比例系数VR.ob很大，积分时间常数Tob较小，输出信号TL.ob中容易含有较大噪声，若把它作为附加转矩给定送到ATL，会给调速系统带来干扰。用LOR中的I输出（积分器输出）TL.ob.I代替PI总输出TL.ob作为附加转矩给定信号（见图7），能解决噪声问题。在观测器内小闭环调节结束nob－n＝0时，PI调节器的总输出等于其I输出，所以 TL.ob.I和 TL.ob一样 ，也等于电动机静负载转矩。TL.ob.I是积分器的输出，波形平滑，噪声小。

观测器内小闭环的动态结构框图示于图8。数字控制的采样开关通常用零阶保持器来描述，在用频率法分析系统时可以用一个时间常数为σsam＝Tsam／2（Tsam为调速系统转速环采样周期）的小惯性环节来近似。小闭环内除调节器（LOR）外，还有1个积分环节（LI）和1个小惯性环节（采样），根据调节器的工程设计方法（见文献［3，5］），调节器宜采用PI调节器，可以按典型Ⅱ型系统来设计调节器参数。取h＝5，则

注意，在计算调节器参数时，小时间常数σsam中，除Tsam／2外，还应包括环内所有滤波环节的时间常数。

调试时有时遇到按此式算出的VR.ob较大，噪声大，影响系统工作情况，这时需适当减小VR.ob，加大Tob。

图8 观测器内小闭环的动态结构框图

3.7 多质量系统（弹性负载系统）［2－3，6］

前面所有对调速系统的分析，都把电动机转子和生产机械看成一个整体，它们的转速及转角相同，转动惯量是2个分转动惯量之和，这样的系统称之为单质量系统或刚性负载系统，这条件在大多数情况下成立。若电动机和生产机械间的机械连接轴细长，它的弹性影响不能忽略，为了把负载转矩从电动机传递到生产机械，机械轴需要扭转一定角度，这时转子和机械的瞬时转速和转角将不相同，不能再把它们看成一个整体，这样的系统称之为多质量系统或弹性负载系统。弹性负载会带来轴扭振，影响运行平稳性，甚至损坏机械。多质量系统的典型实例是大型轧机主传动，电动机转子和轧辊（含轧件）经弹性轴连在一起，构成一个2质量传动系统，若转子和轧辊间还有齿轮机座，则为3质量传动系统。我国曾发生过多起扭坏主轴的重大事故，因此分析轴扭振产生机理和了解抑制方法对大功率调速传动系统的设计和调试非常重要。

轧机主传动电动机转子M和轧辊（含轧件）R经弹性轴S连在一起，构成一个2质量传动系统，示意图见图9。图9中T1和ω1是电机M的转矩和角速度，T2和ω2是负载R的转矩和角速度，J1和J2分别是电机转子和轧辊（含轧件）的转动惯量，θ和K是轴扭转角和弹性系数，各变量都是测置值。

图9 两质量系统示意图

式中：TL是R的负载转矩，认为它是常数；dTL／dt＝0。

用微分算子s□代替d□／dt（□为变量名），由式（8）得：

则

代入式（9）

经整理得从电动机转矩到角速度的传递函数GL（s）为

式中：CJ为J1在（J1＋J2）中占的比例，CJ＝J1／（J1＋J2）。

若机械轴S是短粗的刚性轴，弹性系数K＝∞，

这时GL（s）是单质量系统从电动机转矩到角速度的传递函数积分环节，积分时间常数为（J1＋J2），其对数幅频特性M（ω）是斜率为－20dB／dec的直线并在ωcL＝1／（J1＋J2）处穿越0dB线，相频特性Φ（ω）为－90°的直线。

若机械轴S是细长的弹性轴，它的GL（s）（式（11））基本上也是同样的积分环节，但 M （ω）和Φ（ω）在两处有突变：在附近，M（ω）突降至－∞dB，它不影响稳定；在（ωu＞ωd）附近，M（ω）突升至＋∞db，它对稳定有影响，称ωu为轴系固有振荡频率。

上述分析基于轴系质量都集中在M和R两处的理想情况，实际上轴系质量不完全集中，而是沿轴线分布，另外中间还有接手等质量，所以实际的M（ω）和Φ（ω）与理想结果略有区别，在ωd和ωu的M（ω）值不是－∞dB和＋∞dB，而是有限值，此外在比ωu更高频率处还有几个幅值较小的振荡频率，由于它们频率高、幅值小，一般不会给系统带来有害影响。某实际轴系实际的M（ω）和Φ（ω）示于图10。

图10 某实际轴系的M（ω）和Φ（ω）

多质量调速系统的动态结构框图示于图11a，其中ASR和ATL是基础调速系统中的转速调节器和转矩环，GL（s）是从电动机转矩到角速度（在采用相对值计算时，角速度ω1＝转速n）的传递函数，BSF是陷波滤波器（band－stop filter）。经ASR的PI调节器校正后，无BSF时的转速环开环对数幅频特性示于图11b。从图11b中看到，在轴系固有振荡频率ωu处开环对数幅频特性值突然升高，若该值大于0dB，转速环就可能出现振荡，产生轴扭振。轴弹性系数K越小，ωu越低；系统动态响应越快，转速环开环对数幅频特性的穿越频率ωc越高。这两个因素都使ωu和ωc越接近，在ωu处的幅频值越高，越容易产生轴扭振。

注意：图11a框图中，各变量（n＊，n，nf，T＊，T，TL）都是相对值，而式（11）中的GL（s）是按测量值算出其传递函数，把它放入本结构框图时，本应加入变换系数，由于本图仅用来说明产生扭振原因，并不真的根据它计算，所以图11a中没标出变换系数。

图11 转速环动态结构框图和对数幅频特性

在转速反馈通道中引入陷波滤波器BSF是抑制扭振的有效措施。BSF是选频滤波环节，它阻止某个预先选定频率（陷波频率）的信号通过，而对其他频率信号的通过无影响。陷波滤波器BSF框图示于图12，图12中：Ta和Tb为积分器时间常数；Vp为比例系数；w和z为可调系数（调节范围0～1）；a，b，c，d，e，f，g为所处位置的信号。

图12 BSF框图

由图12可得：

由式（14）得：

BSF的输出

将式（15）代入式（16），经整理得BSF的传递函数

用jω置换传递函数中的s，得BSF的频率特性

由该频率特性可知：

1）若z＝1，则F（ω）＝1，nf＝n，BSF不起滤波作用，相当于无BSF环节，转速n直接反馈到ASR；

2）满足w－TaTbω2＝0条件的频率是陷波频率ωf

陷波频率值用可调系数w设定；

3）在ω＝ωf时，

陷波频率信号衰减程度用可调系数z设定；

4）在低频段｜TaTbω2－jωVp（1－w）Ta｜≪w及高频段TaTbω2≫｜w＋jωVp（1＋w）Ta｜时，F（ω）＝1，nf＝n，BSF不起滤波作用；

5）比例系数Vp越小，式（18）分子和分母二次多项式中一次项的系数Vp（1＋w）Ta越小，陷波频带宽度越窄。

BSF的对数幅频特性示于图13，在设定的陷波频率处对数幅频值突然下降，而在其他频率处对数幅频值＝0（幅频值＝1）。

图13 BSF的对数幅频特性

把BSF的陷波频率选在轴系固有振荡频率ωu处，能减小调速系统开环对数幅频特性在ωu处的幅值，使之小于0dB，从而抑制振荡，另一方面它不影响该幅频特性其它频率段，不降低穿越频率ωc值，不影响系统快速性（如果ωu和ωf较低，离穿越频率ωc近，BSF也会对调速系统动态性能有影响）。以某7000kW同步电动机轧机主传动系统为例：没有陷波滤波前，转速实际值波动约为1%，转矩电流波动7.5%；加入陷波滤波后，转速的波动减小到0.35%，转矩电流波动减小到1%。

陷波滤波器BSF除了插入在转速反馈通道中外，还可插入在转速调节器ASR和转矩环ATL之间，效果一样。对于2个以上质量系统，危险的轴系固有振荡频率不止一个，可以在调速系统中设置几个BSF，每个BSF抑制一个振荡频率。

调试时，令调速系统加减速，记录转矩或转矩电流波形，若发现波形上叠加有固定频率的脉动，则表明存在扭振。测量脉动频率，把BSF的陷波频率设定为该脉动频率值（调w），通过调正系数z改变陷波频率衰减程度及通过调Vp改变陷波频带宽度，使脉动幅值降到最小。

［1］天津电气传动设计研究所.电气传动自动化技术手册［M］.第2版.北京：机械工业出版社，2005.

［2］中国电气工程大典：第15卷，电气自动化［M］.北京：中国电力出版社，2009.

［3］马小亮.高性能变频调速及其典型控制系统［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［4］马小亮.大功率交－交变频调速及矢量控制技术［M］.第3版.北京：机械工业出版社，2003.

［5］陈伯时.电力拖动自动控制系统［M］.第3版.北京：机械工业出版社，2003.

［6］马小亮.驱动弹性负载的调速传动［J］.电气传动，2008，38（7）：3－7.

［7］马小亮，魏学森.有机械联系的多电机传动系统的负荷均衡控制和扭振抑制［J］.电气传动，2007，37（3）：3－6.