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(2) 动态抗扰性能

在闭环调节系统上, 对于被反馈环包在内的一

切扰动量, 系统都能发挥抑止作用, 因为一切扰动
量最终都要反映到被调量 (转速) 上来, 都可以通过
测量出被调量的偏差而进行调节。系统的主要扰动
量是负载扰动, 再其次是电源电压的波动, 它们的
影响都会因这两种扰动量的作用点都在反馈环之
内而受到抑止。 负载扰动处在电流环之外, 转速环
之内, 因而受到了转速调节器的抑止; 电源电压的
波动作用在电流环内, 因而受到了电流调节器的抑
止。

3

12 转速、电流双闭环调速系统的分析

3

1211 直流电机的数学模型

在电力拖动控制系统中, 直流电动机通常以电

枢电压为输入量, 以电动机转速为输出量。 假设电
机补偿良好, 不计电枢反应、涡流效应和磁滞的影
响, 并设励磁电流恒定, 得直流电机数学模型为

U

d

=

L

d

d

I

d

d

t

+

I

d

R

d

+

C

e

8

(6)

式中 

U

d

——电枢电压

L

d

——电枢回路电感

I

d

——电枢电流

R

d

——电枢回路总电阻

C

e

——由电机结构决定的电势系数,V ・S

rad

8 ——电动机角速度

根据刚体的转动定律, 电动机轴上的运动方程

式为

J

d

8

d

t

=

M

-

M

f

(7)

式中 

J

—— 电动机轴上 (包括负载折算过来的)

转动惯量

8 ——电动机角速度

M

——电动机轴的电磁力矩

M

f

——电动机轴的负载力矩

当磁通不变时, 有

M

=

C

m

I

d

(8)

式中 

C

m

——电机的转矩常数,N ・m

A

整理得到直流电机的微分方程

T

d

T

m

d

2

n

d

t

2

+

T

m

d

n

d

t

+

n

=

1

c

e

U

d

(9)

式中 

T

d

——电枢回路的电磁时间常数

T

d

=

L

d

R

d

T

m

——机电时间常数

T

m

=

J R

d

C

e

C

m

=

GD

2

R

d

375

C

e

C

m

GD

2

—— 电力拖动系统整个运动部分折算

到电动机轴上的转动惯量

n

——电动机转速

进而, 我们可得直流电动机的电压和转速间的

传递函数为:

W

D

(

S

) =

1

C

e

T

m

T

d

S

2

+

T

m

S

+ 1

(10)

  根据上式可以看出直流电动机可以近似认为

具有两个惯性环节的系统。直流电动机的动态结构
图如图 3 所示。

3

 直流电动机的动态结构图

3

1212 转速、电流双闭环调速系统的分析

该系统采取转速、电流双闭环调速系统。 其中

转速外环与电流内环均拟采取 P I 控制。

对于电流闭环, P I 调节器的传递函数可以表

示为

W

i

(

S

) =

K

i

Σ

i

S

+ 1

Σ

i

S

(11)

式中 

K

i

——电流调节器放大倍数

Σ

i

——电流调节器时间常数

对于速度闭环, P I 调节器的传递函数可以表

示为

W

n

(

S

) =

K

n

Σ

n

S

+ 1

Σ

n

S

(12)

式中 

K

n

——速度调节器放大倍数

Σ

n

——速度调节器时间常数

对于晶闸管整流器, 它本身是一个时滞环节,

传递函数可以表示为

W

z

(

S

) =

K

z

e

-

Σ

z

S

(13)

式中 

K

z

——晶闸管整流器放大倍数

Σ——晶闸管整流器时间常数

考虑到一般

Σ

z

比起系统其它部分的时间常数

往往小得多, 可以将该时滞环节近似为惯性环节处
理, 传递函数为

W

z

(

S

) =

K

z

Σ

z

S

+ 1

(14)

  所以双闭环系统的动态结构图如图 4 所示。

9

1

《中小型电机》

2001, 28 (6)

全数字直流电机调速系统的原理及数学模型