摘

要：在轉(zhuǎn)速反饋單閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)增加了電流負(fù)反饋，形成了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，并在該系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，提高了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能、調(diào)速精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性等。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)；調(diào)速系統(tǒng)；雙閉環(huán)；PI調(diào)節(jié)

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引言在機(jī)械工程中，由于生產(chǎn)需要，電機(jī)頻繁處于啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)過程，因此電機(jī)的啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)間在很大程度上決定了其生產(chǎn)效率。為了縮短時(shí)間，采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)很難達(dá)到要求，而雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在單閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上增加了電流負(fù)反饋，獲得了良好的性能。1

他勵(lì)直流電機(jī)的調(diào)速方法他勵(lì)直流電機(jī)的機(jī)械特性是指在勵(lì)磁電流、電樞電壓和電樞回路總電阻一定的條件下，轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，即n=f（T）。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式為：式中，n0為理想空載轉(zhuǎn)速；UN為電機(jī)額定電壓；CE為直流電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；CT是電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)；Ф是勵(lì)磁磁通；Ra是電樞電阻；Tem為電磁轉(zhuǎn)矩；β為機(jī)械特性斜率，β越小，機(jī)械特性越硬。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性如圖1所示。圖中nN為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，TN為額定電磁轉(zhuǎn)矩。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有降低電樞電壓的調(diào)速、降低電樞回路串電阻的調(diào)速和減弱磁通的調(diào)速3種。2

雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）是通過調(diào)節(jié)晶閘管的控制角改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，轉(zhuǎn)速受負(fù)載影響比較大，因難以保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定而無法滿足生產(chǎn)工藝要求。所以，本文設(shè)計(jì)引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，根據(jù)轉(zhuǎn)速的偏差自動(dòng)調(diào)節(jié)整流電路的輸出電壓，從而保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。為縮短啟動(dòng)時(shí)間，又加入了電流負(fù)反饋電路，形成雙閉環(huán)控制電路，如圖2所示。圖2中的電流環(huán)ACR以跟隨性能為主，采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)如下：式中，為電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；為電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)，s是拉普拉斯變換參數(shù)。環(huán)ASR也采用PI型的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)如下：式中，為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)]，s是拉普拉斯變換參數(shù)。根據(jù)上述原理及分析，結(jié)合晶閘管構(gòu)成的三相全橋整流電路，可獲得雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的電路圖，如圖3所示。其中，調(diào)節(jié)器Ⅰ為速度調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器Ⅱ?yàn)殡娏髡{(diào)節(jié)器，系統(tǒng)工作時(shí)，改變給定電壓Ug的大小就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定，利用速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅達(dá)到限制啟動(dòng)電流的目的。電流調(diào)節(jié)器的輸出作為觸發(fā)電路的控制電壓Uct。實(shí)驗(yàn)中利用示波器觀察波形，如圖4所示，從波形上可以看出，全橋整流波形穩(wěn)定，采用本文設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，電機(jī)啟動(dòng)的超調(diào)量小。3

結(jié)語本文在轉(zhuǎn)速控制單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入了電流負(fù)反饋，形成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器采用具有輸入、輸出限幅的電路，在電機(jī)啟動(dòng)和過載時(shí)能夠限制電流，并且確