三机架冷连轧机直流调速系统的设计
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者采用串级控制，其原理图如图2-7所示。
图2-7 转速、电流双闭环直流调速系统
ASR——转速调节器 ACR——电流调节器 TG——测速发电机 TA——电流互感器 UPE——电力电子变换器
为了获得良好的动静态性能，转速和电流调节器一般都采用PI调节器。转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，成为内环；转速环在外面，成为外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
根据原理图可画出系统的稳态结构框图如2-8所示。
图2-8 双闭环调速系统的稳态结构图
?——转速反馈系数 ?——电流反馈系数
ASR和ACR均采用PI调节器，一般存在两种状况：饱和——输出达到限幅值，不饱和——输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；当调节器不饱和时，PI的作用是使输入偏差电压在稳态时总为零。
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静特性：
其静特性如见2-9。
在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。①转速调节器不饱和：CA段静特性从理想空载状态的Id=0一直延续到Id?Idm，而Idm一般都是大于额定电流IdN的。
*
这就是静特性的运行段。②转速调节器ASR饱和：这时ASR输出达到限幅值Uim，
转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的单闭环调节系统。
图2-9 双闭环直流调速系统的静特性
Ⅰ、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，转速负反馈起主要作用；
Ⅱ、当负载电流达到Idm后，转速调节器饱和，电流调节器起主要作用，系统表现为电流无静差，得到过电流保护。
这样的静特性显然比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。
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图2-10 双闭环直流调速系统的动态结构图
动态特性：
Ⅰ、双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：
（1）饱和非线性控制：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：
①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；②
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ASR采用了饱和非线性控制，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 △Un 为负值，才能使ASR退出饱和。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：起动过程中的主要阶段是第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。这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。 Ⅱ、动态抗扰性能
对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能，主要是负载扰动和抗电网电压扰动的性能。
对于负载扰动，由动态结构图中可以看出，负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用。在设计ASR时，应要求有较好的抗扰性能指标。
对于电网电压扰动，双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善。
方案选择：
综合以上静态性能、动态起动过程和动态抗扰性能分析，结合设计目标中对
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转速和电流及起动过程的要求，要实现高性能，须采用转速、电流双闭环直流调速系统。
2.4 可逆运行控制方式选择
由于晶闸管为不可逆的电力电子变换器，双闭环控制只能保证良好的起动性能，却不能产生回馈制动，在制动时，当电流下降到零以后，只好自由停车。结合连轧机应能快速停车的设计要求，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。
V—M系统，需要可逆运行时，经常采用两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路。如图2-11所示。
图2-11 两组晶闸管可控整流装置反并联可逆线路
Ⅰ、有环流控制的可逆V—M系统
采用两组晶闸管反并联的可逆V—M系统解决了电机的正、反转运行问题，但是如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流。因此采用???控制消除直流平均环流，串入电抗器来抑制瞬时脉动环流。
Ⅱ、无环流控制的可逆V—M系统
有逻辑无环流系统和错位无环流系统，既无直流平均环流又没有瞬时脉动环流。当一组晶闸管工作时，用逻辑电路去封锁另一组晶闸管的出发脉冲，使它完全处于阻断状态，以确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑无环流系统。 方案选择：
有环流控制系统优点：正向制动和反转启动的过程完全衔接，没有间断或死区，适用于要求快速正、反转的系统。缺点：需要添置环流电抗器（4个），且晶闸管灯器件都要负担负载电流加上环流。无环流系统优点：无环流（包括直流平均环流和瞬时脉动环流），适用于大容量系统。缺点：存在死区，当工艺过程对系统正反转的平滑过渡特性要求高时不适用。 综合设计要求，采用逻辑无环流方式。
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2.5 系统实现方式选择
双闭环直流调速系统实现方式可分为三种：模拟式、数字式、模数混合式。 2.5.1 模拟式双闭环直流调速系统
图2-12 模拟式双闭环直流调速系统电路图
特点：所有的调节器均用运算放大器实现，具有物理概念清晰、控制信号流向直观等优点，但其控制规律体现在硬件电路和所用器件上，因而线路复杂、通用性差、控制效果受到器件性能、温度等因素的影响。 2.5.2 数字式双闭环直流调速系统
以微处理器为核心的数字控制系统硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移的影响；其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律，而且更改起来灵活方便。总之，微机数字控制系统的稳定性好，可靠性高，可以提高控制性能，此外，还拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟控制系统无法实现
的功能。
图2-13 数字式双闭环直流调速系统
在数字装置中，由计算机软硬件实现其功能 ，即为计算机控制系统。系统的特点：
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