浅析直流双闭环调速系统

黄海燕

摘要：分析直流双闭环调速系统的基本组成、结构特点、工作原理、建立其数学模型。通过改变电动机的参数或电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变电动机工作特性，使电动机的稳定运转速度发生变化。

关键词：系统基本组成 工作原理 数学模型

1 直流双闭环调速系统概述

直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速，以满足工作机械的要求。双闭环直流调速系统是工业生产中应用最为广泛的电气传动装置之一。应用于冶金、印刷等许多领域的自动控制系统中，具有抗干扰能力强、动态响应快的优点。在工作中，我们经常需要对直流双闭环调速系统进行系统的分析，以调节各项参数使之符合实际工作的要求，自动控制系统的基本分析方法是：①先对系统的组成、工作原理、各部分的作用和联系做细致的分析。②然后在此基础上对控制系统的静态和动态进行数学分析，就是根据工作系统建立相应的数学模型，利用传递函数对系统的各项性能进行分析。

2 直流双闭环调速系统的构成和工作原理

采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。

其系统的构成：把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，构成内环：电流环；再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE，构成外环：转速环。

转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器，这是为了获得良好的静、动态性能，如此构成的双闭环直流调速系统的电路原理图就如上图所示。在考虑到运算放大器的倒相作用的前提下，按照电力电子变换器的控制电压Uc为正电压的情况，标出了图中两个调节器输入输出电压的实际极性。

双闭环系统的工作原理是：系统中分别设置了电流调节器（ACR）和转速调节器（ASR），分别调节电流和转速，电流调节器和转速调节器进行串接，电流调节器（ACR）的输出限幅电路限幅值分别为Usim，转速调节器（ASR）的限幅值为Ucm。在双闭环调速系统中，转速是主要被控量， 为了保证电动机的转速时刻配合给定电压，所以，把转速负反馈组成的环作为外环，电流负反馈则为内环，两者配合对系统转速变化进行控制。

直流拖动系统在理论上和实践上都较成熟，虽然现在交流调速系统发展越来越快，单在反馈闭环控制的角度上看，直流拖动系统又是交流拖动控制系统的基础，所以直流调速系统在生活和生产中有着十分重要的作用。

为了便于对直流双闭环调速系統的设计和研究，我们通常要建立系统的数学模型，以进行进一步的仿真和调试。

为了区分系统的稳态精准度，在自动控制原理中，我们根据积分环节将系统划分为：0型、1型、2型……系统 。系统的准确度随着系统级别的升高也逐渐升高，但是，相对而言，系统的稳定性就变差了。因此，我们通常选择1型或者2型系统，目的是为了保证系统具有一定的相对稳定性和稳态精准度，将其称为典型1型和2型系统。

对于转速、电流双闭环系统，首先求取电流环传递函数，再将其视为转速环中的一个环节，然后求取转速环的传递函数。

对转速电流信号采用T型滤波以过滤检测信号中含有交流分量或其他干扰。然后，再加到调节器的输入端。为了补偿这些滤波环节带来的惯性作用，在给定信号中也加入一个相同时间常数的给定滤波环节。

3 建立直流双闭环调速系统数学模型

建立完数学模型之后，可以对其设定参数。如此便完成了对直流双闭环调速系统的浅要分析，为其他校正和仿真工作做出了铺垫。此处不再赘述。

参考文献：

[1]陈伯石.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2]顾绳谷.电机及拖动基础上册[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3]王划一.自动控制原理[M].北京：国防工业出版社，2001.