摘 要：在需要高性能調速控制的工業(yè)生產(chǎn)中，直流調速系統(tǒng)有著極其重要的作用。分析了單閉環(huán)控制和雙閉環(huán)控制各自的特點，若采用轉速電流雙閉環(huán)控制，可以使直流調速系統(tǒng)能更好地滿足電機的動態(tài)性能要求，實現(xiàn)快速的啟制動。為此進行了雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的的設計，以實現(xiàn)電機的雙閉環(huán)控制。

關鍵詞：直流調速系統(tǒng)；電機；反饋；單閉環(huán)；雙閉環(huán)

調速系統(tǒng)是目前電力拖動自動控制系統(tǒng)中應用最廣泛的系統(tǒng)，近年來，交流調速系統(tǒng)迅速發(fā)展，基本取代了直流調速系統(tǒng)，但是，直流電動機由于其結構簡單、調速性能優(yōu)良，直流拖動系統(tǒng)在理論和技術上都比較成熟，所以直流調速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用，目前的電力拖動自動控制系統(tǒng)中在需要高性能調速的領域大多采用直流調速系統(tǒng)。

1 單閉環(huán)和雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的概述

直流調速系統(tǒng)目前雖然被交流調速取代，但是直流調速在某些場合大有用處，其中最簡單的直流調速控制是采用單閉環(huán)控制，也就是系統(tǒng)中只有一個轉速負反饋，可以實現(xiàn)對轉速的自動控制。單閉環(huán)控制的直流調速系統(tǒng)結構簡單、工作穩(wěn)定性好、可靠性高，當采用比例積分調節(jié)器還可以實現(xiàn)轉速的無靜差控制，但是，如果實際調速系統(tǒng)不僅要求轉速穩(wěn)定，還需要較高的調速動態(tài)性能時，比如要求調速系統(tǒng)能快速的起制動，系統(tǒng)在負載變化時能減小動態(tài)速降等，則單閉環(huán)控制的直流調速系統(tǒng)就難以滿足要求了，主要原因在于單閉環(huán)控制的直流調速系統(tǒng)在工作時不能隨心所欲地控制轉矩和電流的動態(tài)變化過程，在單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)中，雖然采用電流截止負反饋能控制電流，但這種反饋只能在電機超過臨界電流值以后，靠強烈的負反饋作用來限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)變化波形。在實際生產(chǎn)中需要頻繁正、反轉運行的直流調速系統(tǒng)，提高生產(chǎn)率的重要因素就是縮短起、制動過程的時間。就這要求調速系統(tǒng)在起動和制動過程中，要始終保持電流為電機允許的最大值，以便使電磁轉矩達到最大值，才能使調速系統(tǒng)以最大的加減速度運行，滿足實際工作中對調速系統(tǒng)的要求。實際系統(tǒng)中除了要滿足快速的啟制動外，還要實現(xiàn)當電機轉速達到希望的穩(wěn)態(tài)轉速后，電流降到與負載電流一致，使電機的電磁轉矩與實際負載轉矩相平衡，最終使直流調速系統(tǒng)轉入穩(wěn)態(tài)運行。為此在直流調速系統(tǒng)中普遍采用轉速環(huán)和電流環(huán)的雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，就可以滿足對調速系統(tǒng)的動態(tài)性能要求，若其中的轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器采用比例積分控制，還可以實現(xiàn)轉速無靜差控制。采用轉速電流調節(jié)控制的雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，雖然系統(tǒng)結構復雜，成本較高，但是能保證調速系統(tǒng)的可靠運行，同時能滿足調速系統(tǒng)的啟動要求，很好地滿足了實際生產(chǎn)中對調速系統(tǒng)的需求。

2 轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的設計

轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)是在單閉環(huán)轉速反饋的基礎上，又增加了電流反饋，并且兩種反饋要相互限制，不能同時工作，具體是要使調速系統(tǒng)在啟動時，只有電流負反饋，沒有轉速負反饋，以便實現(xiàn)最大恒值電流的啟動，使啟動轉矩最大，減少電機啟動時間，而在電機正常運行時，則需要轉速負反饋起作用，暫不需要電流負反饋，以實現(xiàn)電機轉速的平衡。為了使轉速和電流兩個負反饋分別起作用，必須在系統(tǒng)里設置兩個調節(jié)器以達到分別控制，才能實現(xiàn)轉速電流雙閉環(huán)的直流調速控制，具體系統(tǒng)由給定環(huán)節(jié)、轉速調節(jié)器（ASR）、電流調節(jié)器（ACR）、整流觸發(fā)裝置、兩個反饋環(huán)節(jié)的轉速檢測和電流檢測、被控對象直流電機等。系統(tǒng)中的轉速環(huán)是由轉速調節(jié)器ASR和轉速檢測反饋回路構成的，電流環(huán)是由電流調節(jié)器ACR以及電流檢測反饋回路構成的，轉速環(huán)和電流環(huán)的連接采用嵌套結構，具體來說是電流環(huán)在里面，轉速環(huán)在外面，所以，電流環(huán)也稱為內環(huán)，轉速環(huán)則稱為外環(huán)，兩者之間的連接關系是外環(huán)包圍內環(huán)，也就是電流環(huán)是轉速環(huán)的其中一部分。為了使直流調速系統(tǒng)實現(xiàn)轉速無靜差，滿足工作性能要求，轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器通常都采用比例積分調節(jié)器，以滿足對調速系統(tǒng)的各項要求。

3 轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)單元模塊設計

3.1 轉速給定模塊 轉速給定模塊是雙閉環(huán)直流調速中的給定環(huán)節(jié)，主要是通過滑動變阻器調節(jié)電阻值來改變給定信號的電壓值。轉速給定可以產(chǎn)生極性可變、幅值可調的可平滑調節(jié)的給定電壓。

3.2 轉速檢測模塊 轉速檢測模塊主要由測速發(fā)電機與直流電動機同軸相連來實現(xiàn)轉速測量，并把轉速檢測信號反饋到給定輸入端，通過給定量與反饋量的比較，開控制轉速調節(jié)器。

3.3 電流檢測模塊 電流檢測模塊主要是實現(xiàn)電流負反饋，目的是控制電流使其滿足電機啟動和制動的要求，它是將電機的實際電流反饋送到控制器中，實現(xiàn)電流的控制。

3.4 電源模塊 電源系統(tǒng)是直流調速系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，主要給系統(tǒng)給定模塊提供電源，直流穩(wěn)壓電源主要由整流電路和濾波電路兩部分組成。整流電路主要將交流電變換成直流電。濾波電路主要是濾除干擾信號，使輸出電源平滑。

3.5 控制模塊 控制模塊是雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，主要是通過控制轉速調節(jié)器ASR和電流調節(jié)器ACR的不同工作情況，可以實現(xiàn)轉速環(huán)和電流環(huán)分開工作，有助于直流調速系統(tǒng)滿足實際工作動態(tài)性能的要求。

4 結束語

轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)通過轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器的相互配合，可以實現(xiàn)電機啟動時，轉速環(huán)暫不起作用，讓電流環(huán)起主要作用，實現(xiàn)最大恒值電流啟動，保證啟動轉矩最大，電機啟動快，時間短，能滿足對電機系統(tǒng)快速啟動的要求。當直流電機穩(wěn)定運行時，則轉速環(huán)起主要作用，實現(xiàn)轉速無靜差控制，電流環(huán)則不起作用，電機額定電流與負載電流達到平衡，可以實現(xiàn)轉速無靜差控制，滿足對系統(tǒng)轉速穩(wěn)定的要求。這就充分體現(xiàn)了轉速電流雙閉環(huán)控制的優(yōu)越性，可以更好的滿足實際需求。

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作者簡介：

肖寶（1993-），男，新疆石河子人，塔里木大學機械電氣化工程學院，農業(yè)電氣化與自動化專業(yè)，本科，電氣化16-3班學生。