图1中, 把转速调节器的输出当作电流调节器的输入, 再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器GT。从闭环结构上看, 电流环在里面, 称作内环;转速环在外边, 称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差, 这时, 转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到Idm后, 转速调节器饱和, 电流调节器起主要调节作用, 系统表现为电流无静差, 得到过电流的自动保护。两个调节器均采用PI调节器, 可以对负载变化和电网电压的波动起抗扰的作用。
从内环开始, 逐步向外扩展。在这里, 首先设计电流调节器, 然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节, 再设计转速调节器。
(1) 由于Ts和Toi一般都比Tl小得多, 可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节, 其时间常数为:
简化的近似条件为:
(2) 电流环的控制对象是双惯性型的要校正成典型I型系统, 显然应采用PI型的电流调节器, 其传递函数可以写成。
式中Ki为电流调节器的比例系数;τi为电流调节器的超前时间常数。
(3) 一般情况下, 希望电流超调量i<5%, 可选ξ=0.707, K I TΣi=0.5。
(4) 为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消, 选择τi=Tl。
AC R比例系数为:
(5) 检验近似条件。
(6) 根据以下的公式计算调节器的电容和电阻。
(1) 把时间常数为1/K I和Ton的两个小惯性环节合并起来, 近似成一个时间常数为的惯性环节。
(2) A SR也应该采用PI调节器, 其传递
函数为
A S R为转速调节器A C R为电流调节器TG为测速发电机TA为电流互感器G T为电力电子变换器
式中Kn为转速调节器的比例系数;
τn为转速调节器的超前时间常数。
(3) 转速调节器的参数包括Kn和τn。按照典型Ⅱ型系统的参数关系τn=hT∑n。
h选择5。
(4) 转速开环增益。
则ASR的比例系数为
(5) 近似条件的检验。
(6) 计算电阻和电容。
再结合双闭环调速系统的基本工作原理确定两个调节器的限幅值在空载条件下, 突加额定负载电压由静止启动, 观察直流电机启动的动态过程, 观察电机转速由零到达稳定所需要的时间, 以及超调量的大小。满足转速达到1500r/min时间不大于2s, 转速超调量小于5%, 如图2, 图3。
工程设计方法的基本思路就是选择调节器结构, 使系统典型化并满足稳定和稳态精度。设计调节器的参数, 以满足动态性能指标的要求。利用工程设计方法, 先设计内环, 再设计外环, 设计思路清晰, 易于应用于工程实践。
摘要：转速、电流双闭环直流调速系统是应用非常广泛的直流调速系统, 当调节器采用PI调节器时, 可以保证系统在稳定的情况下实现转速无静差, 性能非常好。下面我们介绍一下转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法。
关键词：双闭环,直流调速,工程设计方法
[1] 陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].机械工业出版社.
[2] 李瑛瑛.双闭环直流调速系统[J].期刊.
[3] 邵雪卷.双闭环直流调速系统的研究期刊[J].
[4] 潘艳艳, 等.直流电机双闭环调速系统的动态模型仿真[J].
[5] 陈中, 等.基于MATLAB的双闭环直流调速系统的仿真[J].
[6] 王果, 等.直流电机双闭环调速系统的工程设计方法及仿真[J].
推荐阅读：
