浅析直流电机双闭环调速系统的设计.docx

摘要：在转速反馈单闭环控制的基础上，设计增加了电流负反馈，形成了转速、电流反馈控制的双闭环调速系统，并在该系统中设计了两个调节器分别调节转速和电流，提高了直流电机调速系统的调速性能、调速精度、系统稳定性等。关键词：直流电机；调速系统；双闭环；Pl调节O引言在机械工程中，由于生产需要，电机频繁处于启动、制动、反转过程，因此电机的启动和制动时间在很大程度上决定了其生产效率。为了缩短时间，采用转速负反馈的单闭环调速系统很难达到要求，而双闭环直流调速系统在单闭环控制的基础上增加了电流负反饿，获得了良好的性能。1他励直流电机的调速方法他励直流电机的机械特性是指在励磁电流、电枢电压和电枢回路总电阻一定的条件下，转速与电磁转矩的关系，即n=f(T)°他励直流电动机的机械特性表达式为:CCeCtT=wO-式中，。为理想空载转速；4为电机额定电压；品为直流电机的电动势常数；G是电磁转矩常数；。是励磁磁通；凡是电枢电阻；2为电磁转矩；S为机械特性斜率，S越小，机械特性越硬。他励直流电动机固有机械特性如图1所示。图中心为电机额定转速,K为额定电磁转矩。他励直流电动机的调速方法有降低电枢电压的调速、降低电枢回路串电阻的调速和减弱磁通的调速3种。2 双闭环直流调速系统的设计电动机调速系统（V-M系统）是通过调节晶闸管的控制角改变电动机电枢电压进而实现调速的，转速受负载影响比较大，因难以保持转速的稳定而无法满足生产工艺要求。所以，本文设计引入转速负反馈，根据转速的偏差自动调节整流电路的输出电压，从而保持转速稳定。为缩短启动时间，又加入了电流负反馈电路，形成双闭环控制电路，如图2所示。图2双闭环调速系统原理框图图2中的电流环ACR以跟随性能为主，采用PI型的电流调节器,其传递函数如下:式中，为电流调节器的比例系数；为电流调节器的超前时间常数,S是拉普拉斯变换参数。环ASR也采用Pl型的转速调节器，其传递函数如下:式中，为转速调节器的比例系数；为转速调节器的超前时间常数，S是拉普拉斯变换参数。根据上述原理及分析，结合晶闸管构成的三相全桥整流电路，可获得双闭环直流电机调速系统的电路图，如图3所示。图3双闭环直流调速系统电路图其中，调节器I为速度调节器，调节器H为电流调节器，系统工作时，改变给定电压4的大小就可以改变电动机的转速，速度调节器的输出作为电流调节器的给定，利用速度调节器的输出限幅达到限制启动电流的目的。电流调节器的输出作为触发电路的控制电压实验中利用示波器观察波形，如图4所示，从波形上可以看出，全桥整流波形稳定，采用本文设计的双闭环调速系统，电机启动的超调量小。图4电机启动的超调量波形3 结语本文在转速控制单闭环调速系统的基础上，加入了电流负反馈，形成双闭环调速系统，设计Pl调节器采用具有输入、输出限幅的电路，在电机启动和过载时能够限制电流，并且确保转速静差率Wl%,转速超调量W10%,同时具有弱磁调速功能，提高了直流电机调速系统的调速性能、调速精度和系统稳定性等。