突加给定起动过程分析

设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近理想起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，首先分析它的起动过程。
双闭环直流调速系统突加给定电压U* n由静止状态起动时，其系统状态：
U n*=0，U i=0，U ct=0，
n =0 ，U i*=0，U d0=0。
当输入一阶跃信号时，系统进入起动过程。
1. 起动过程波形分析
分析起动过程：
按照ASR由不饱和→饱和
饱和→退饱和
这一过程是由电流调节→转速调节。
三个阶段（如图所示）：
①未饱和→饱和 I（t=0~t1）
②饱和 Ⅱ（t=t1~t2）
③退出饱和 Ⅲ（t=t1~t2）
双闭环调速系统起动时的转速和电流波形

本阶段：ASR由不饱和迅速饱和（U n增长慢）。
ACR不饱和（U i增长快）。
（2）第Ⅱ阶段 ASR饱和（t1~ t2）―恒流升速阶段
①转速环开环 ②电流环起主导作用
这时，I d=I dm，可能继续↑(取决ACR的结构和参数) →U i> U im* →ΔU i=反号→U ct↓→U do↓→
I d↓≈I dm（I d略低于I dm）且维持→n↑(直线)。
U do ↑= id R+C e n↑+L did/dt
↓
Uct ↑
n↑→U do↑→U ct↑
ΔU i=U im*-U i=常数，以维持U ct↑

ACR调节作用、ASR饱和，Uct和Udo 线性增长，Id略小于Idm。
（3）第 Ⅲ 阶段 ASR退饱和（ t2 ~t4）
当t=t2，ΔU n＝0
(n＝ n*)→ASR仍饱和→U i≈ U im*
→I d≈I dm>I dL
→n↑> n* （超调）
→ΔU n=反号
→ U i*↓→ I d ↓>I dL，n↑。

第 Ⅲ 阶段 （续）
当 t=t3，I d = I dL
→T e= T L
→ dn/dt = 0，转速n才到达峰值。
此后，电动机开始在负载的阻力下（t3~t4）
→I d < I dL → n ↓ 第 Ⅲ 阶段 （续）
当 t=t4，n ↓ →n* 进入稳态（如果调节器参数整定得不够好，转速n可能会经过几次振荡，但转速环会进行调节）。
U n = α n* =U n*
U i*= U I = β I dL

2. 双闭环调速系统的起动过程的特点
（1） 饱和非线性控制（或称变结构控制）
根据ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态：
当ASR饱和时，转速环开环，系统表现为恒值电流调节的单闭环系统，ASR输出的限幅值，使起动过程中电流不超过允许的最大电流，且恒定；
当ASR不饱和时，转速环闭环，整个系统是一个无静差调速系统，而电流内环表现为电流随动系统。
（2）转速超调
由于采用 PI 调节器作为ASR（转速调节器）实现了饱和非线性控制，起动过程结束进入转速调节阶段后，必须使转速超调， ASR 的输入偏差电压 △U n 为负值，才能使ASR退出饱和，从而真正发挥线性调节作用。
这样，采用 PI 调节器的双闭环调速系统的转速响应必然有超调。
（3）准时间最优控制
起动过程中能以所允许最大电流起动，主要表现在第II阶段的恒流升速，它的特征是电流保持恒定。一般选择为电动机允许的最大电流，以便充分发挥电动机的过载能力，使起动过程尽可能最快。
起动过程的第II阶段属于有限制条件的最短时间控制。因此，整个起动过程可看作为是一个准时间最优控制（与时间最优控制有区别，如第Ⅲ阶段）。

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• 2017-02-26突加给定起动过程分析