[其他]直流电机调速系统

说明书

本发明涉及电力拖动技术领域，特别是直流电机调速系统。

在对速度调节有较高要求的调速系统中如轧钢机，造纸机，加工精度要求较高的各类机床、铝、铜箔轧机、以及一些对控制精度要求高的伺服机构中如陀螺仪等，除要求控制系统有足够高的增益外，还要求有较高的抗干扰能力，以保证系统的动、静态精度。现在的直流调速系统普遍采用测速发电机作为转速信号传感器，由于结构上的原因，测速发电机总是产生谐波扰动，该扰动与负载扰动构成直流调速系统的主要扰动。这些扰动大大限制了系统控制精度的提高。

为解决这一问题，对常值扰动通常是采用提高系统增益或用观测器重构负载扰动进行前馈补偿。日本专利J57199486提出用观测器方法来对常值扰动进行补偿。这种方法能提高系统的快速性，但对谐波扰动很敏感且无抑制能力，电流纹波也变大，从而限制了观测器对扰动的补偿。此外，加拿大E、J、戴维森（Davison），在文献《使用参数最优化方法的多变量鲁棒伺服机构问题的控制器设计》（IEEE·Trans、VoI·AC－20，NO·1，1981）中提出了鲁棒调节器的设计方法。这一方法，对常值和固定频率，简单波形的谐波扰动有较好的抑制作用。但对波形复杂或频率发生变化的谐波扰动则无能为力。

本发明的目的在于有效地抑制调速系统中所受的常值和谐波扰动，尤其是抑制波形比较复杂，频率有变化的谐波扰动。使调速系统能达到较高的控制精度，闭环系统有好的快速性和稳定性，并具有小的电流纹波。

本发明是这样实现：在现有的调速系统中增加一个伺服补偿器，对系统输出信号进行处理，消除其中的谐波扰动成分后，再将该信号作为系统反馈信号。其方法是由伺服补偿器内的运算放大器产生一个与谐波扰动信号幅值、频率、波形相同的信号，再将该信号与混在实际输出信号中的谐波扰动信号相抵消。伺服补偿器中所产生的扰动信号可以自动地跟随实际外部扰动信号的变化而变化。从而对扰动的抑制具有较强的适应性。

本发明只需在一般直流调速系统中加入一个伺服补偿器，调试容易，实施简单。当谐波扰动被抑制后，系统增益就可以大幅度提高，闭环系统的快速性、鲁棒性、电流纹波等指标都可以得到较大改进。如此，可得到一个高精度、高抗扰性的直流调速控制系统。

发明的基本结构由以下的实施例及其附图给出。

图1为本发明结构原理图。

该系统的速度给定值y_r与由伺服补偿器〔5〕的输出n′相减后得到的速度误差信号作为速度调节器〔1〕的输入信号。速度调节器〔1〕的输出信号与观测器〔4〕的输出信号相加再与电枢电流反馈信号相减后作为电流调节器〔2〕的输入信号。观测器〔4〕以从可控硅整流装置和电机〔3〕得到的电枢电流信号I_f和从伺服补偿器〔5〕输出的转速信号n′为输入，经过模拟运算后重构出负载转矩信号n′，作为电流调节器〔2〕的一个输入信号，给电流调节器〔2〕提供一个快速的负载扰动补偿信号，以减少这一常值扰动对系统的影响。

伺服补偿器〔5〕用于抑制转速信号n中的谐波扰动，由可控硅整流装置和电机〔3〕所得的实际转速测量信号作为伺服补偿器〔5〕的输入。伺服补偿器〔5〕的输出是一个基本上消除了谐波成分的直流转速信号n′。在调速系统中，n′将取代n作为系统的输出反馈信号。根据不同情况，伺服补偿器〔5〕由2～4个运算放大器构成，它的参数调整好以后，对频率在3～200^HZ内变化，波形简单或复杂的谐波扰动，都能加以抑制。由于从伺服补偿器〔5〕输出的转速信号品质大大提高，就可以加强观测器〔4〕对负载扰动的补偿作用。同时，系统增益可以较大幅度提高，电流和转速纹波可以减小，整个闭环系统的快速性和鲁棒性都能得到较大改进。