內(nèi)工大電力拖動(dòng)自動(dòng)控制大作業(yè)王溫嵐

1、按工程的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)一設(shè)計(jì)內(nèi)容及相關(guān)參數(shù)：已知晶閘管直流電動(dòng)機(jī)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（V-M）整流裝置采用三相橋式線路，已知參數(shù)為:直流電動(dòng)機(jī)：PN=10kW，UN=220V，IN=136A，nN=1500r/min，Ce=0.228V/r.min=1.2V-M系統(tǒng)主電路總電阻：R=0.863電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)：Tl =0.028s系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分飛輪矩相應(yīng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)：Tm=0.383s系統(tǒng)測(cè)速反饋系數(shù)=0.0041v·min/r系統(tǒng)電流反饋系數(shù)=0.028V/A觸發(fā)整流裝置的放大系數(shù)：Ks=30三相橋式平均失控時(shí)間：Ts=0.00167s電流環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)：To

2、i=0.005s轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)：Ton=0.005s二、設(shè)計(jì)要求：穩(wěn)態(tài)指標(biāo)無靜差；動(dòng)態(tài)指標(biāo)電流超調(diào)量i%=5；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n%=10。第一章 題目的意義及個(gè)人對(duì)題目的理解隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電氣傳動(dòng)在啟制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速范圍、靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面，提出了更高的要求，這就要大量使用調(diào)速系統(tǒng)。由于直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速和轉(zhuǎn)矩控制性能好，從20世紀(jì)30年代起就開始使用，其中最典型的是轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是應(yīng)用最廣性能很好的直流調(diào)速系統(tǒng)。其控制規(guī)律、性能特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法，是各種交、直流電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。在閉

3、環(huán)控制的直流系統(tǒng)中表明，采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如：要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)、晶閘管整流裝置、觸發(fā)裝置都可按負(fù)載的工藝要求來選擇和設(shè)計(jì)。根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械和工藝的要求提出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，而系統(tǒng)的固有部分往往不能滿足性能指標(biāo)要求，所以需要設(shè)計(jì)合適的校正環(huán)節(jié)來達(dá)到。校正方法有許多種類，而且對(duì)一個(gè)系統(tǒng)來說，能夠滿足性能指標(biāo)的校正方案也不是唯一的。在直流調(diào)速系統(tǒng)中，常用的校正方法有串聯(lián)校正和并聯(lián)校正兩種，其中串聯(lián)校正簡(jiǎn)便，且可利用

4、系統(tǒng)固有部分中的運(yùn)算放大器構(gòu)成有源校正網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。第二章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及組成2.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）聯(lián)接如下圖2-1所示。1. 系統(tǒng)的組成外環(huán)內(nèi)環(huán) 圖2-1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器 TG測(cè)速發(fā)電機(jī)TA電流互感器 UPE電力電子變換器圖2-1中，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，

5、稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。2. 系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖示于下圖2-2所示。圖中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。圖2-2中還表示出兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。 表示限幅作用圖2-2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖2. 2 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性為了分析雙閉環(huán)調(diào)

6、速系統(tǒng)的靜特性，必須先繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如下圖2-3所示。它可以很方便地根據(jù)上圖的原理圖畫出來，只要注意用帶限幅的輸出特性表示PI 調(diào)節(jié)器就可以了。分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的 PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。圖2-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖a轉(zhuǎn)速反饋系數(shù); b 電流反饋系數(shù)一般存在兩種情況：飽和輸出達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。不飽和輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI 作用使輸入偏差電壓U在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是零。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小

7、于時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到后，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和輸出，這時(shí)，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動(dòng)保護(hù)。這就是采用了兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。然而實(shí)際上運(yùn)算放大器的開環(huán)放大系數(shù)并不是無窮大，特別是為了避免零點(diǎn)飄移而采用 “準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器”時(shí)，靜特性的兩段實(shí)際上都略有很小的靜差，如上圖中虛線所示。 圖2-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性2. 3 轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定

8、電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無靜差。（2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。電流調(diào)節(jié)器的作用：（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過程。（4）當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來說是十分重要的。第三章 工程設(shè)計(jì)及方法用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器須同時(shí)解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快

9、、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動(dòng)態(tài)性能要求，需要設(shè)計(jì)者有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而初學(xué)者則不易掌握，于是有必要建立實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)近似。若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表，那么將實(shí)際系統(tǒng)校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對(duì)照，設(shè)計(jì)過程就簡(jiǎn)便多了。這樣，就有了建立工程設(shè)計(jì)方法的可能性。3.1 工程設(shè)計(jì)方法的基本思路及典型系統(tǒng)3.1.1 基本思路：1. 選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),使系統(tǒng)典型化并滿足穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)精度。2. 設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。3.1.2 典型系統(tǒng)一般來說，許多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)都可表示為 （3-1）式（3

10、-1）中，分母中的 項(xiàng)表示該系統(tǒng)在原點(diǎn)處有 r 重極點(diǎn)，或者說，系統(tǒng)含有 r 個(gè)積分環(huán)節(jié)。根據(jù) r=0，1，2，等不同數(shù)值，分別稱作0型、I型、型、系統(tǒng)。 自動(dòng)控制理論已經(jīng)證明，0型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度低，而型和型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。因此，為了保證穩(wěn)定性和較好的穩(wěn)態(tài)精度，多選用I型和II型系統(tǒng)。1. 典型I型系統(tǒng)作為典型I型系統(tǒng)，其開環(huán)傳函為： （3-2）式中 T 系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)； K 系統(tǒng)的開環(huán)增益。它的閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1(a)所示，而圖3-1(b)表示它的開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性。選擇它作為典型的I型系統(tǒng)是因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且其對(duì)數(shù)幅頻特性的中頻段以20dB/dec的斜率穿越0dB線，只要參數(shù)

11、的選擇能保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量，即選擇參數(shù)滿足 或 于是，相角穩(wěn)定裕度： a) b）圖3-1典型I型系統(tǒng)a)閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 b）開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性2. 典型型系統(tǒng)在各種型系統(tǒng)中，選擇一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且能保證穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)作為典型的型系統(tǒng)，其開環(huán)傳函為： （3-3） 它的閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2(a)所示，典型的II型系統(tǒng)也是以 20dB/dec 的斜率穿越0dB線。由于分母中項(xiàng)對(duì)應(yīng)的相頻特性是180°，后面還有一個(gè)慣性環(huán)節(jié)（這往往是實(shí)際系統(tǒng)中必定有的），如果不在在分子添上一個(gè)比例微分環(huán)節(jié)（ts +1），就無法把相頻特性抬到180°線以上，也就

12、無法保證系統(tǒng)穩(wěn)定，即應(yīng)選擇參數(shù)滿足： 或 而相角穩(wěn)定裕度為：且t 比 T 大得越多，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度越大。 a） b）圖3-2典型型系統(tǒng)a)閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 b）開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性3.1.3 典型系統(tǒng)參數(shù)和性能指標(biāo)關(guān)系典型I型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系：典型I型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如式（3-2）所示，它包含兩個(gè)參數(shù)：開環(huán)增益 K 和時(shí)間常數(shù) T 。其中，時(shí)間常數(shù) T 在實(shí)際系統(tǒng)中往往是控制對(duì)象本身固有的，能夠由調(diào)節(jié)器改變的只有開環(huán)增益 K ，也就是說，K 是唯一的待定參數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照性能指標(biāo)選擇參數(shù) K 的大小。（1） 穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)：系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)可用不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差來表示

13、，見表3-1。由表可見：在階躍輸入下的 I 型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)是無差的；但在斜坡輸入下則有恒值穩(wěn)態(tài)誤差，且與 K 值成反比；在加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差為¥ 。因此，I型系統(tǒng)不能用于具有加速度輸入的隨動(dòng)系統(tǒng)。表3-1 I型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差（2） 動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)：閉環(huán)傳遞函數(shù)：典型 I 型系統(tǒng)是一種二階系統(tǒng)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)的一般形式為 （3-4）式中 wn 無阻尼時(shí)的自然振蕩角頻率，或稱固有角頻率； x 阻尼比，或稱衰減系數(shù)。K、T與標(biāo)準(zhǔn)形式中的參數(shù)的換算關(guān)系： （3-5） （3-6）則 （3-7）由二階系統(tǒng)的性質(zhì)可知，當(dāng) x <1 時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是欠阻尼的振蕩特性;當(dāng)

14、 x > 1 時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是過阻尼的單調(diào)特性；當(dāng) x = 1 時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是臨界阻尼。由于過阻尼特性動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，所以一般常把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成欠阻尼狀態(tài)，即0< x < 1。由于在典 I 系統(tǒng)中 KT <1，代入式（3-6）得 x > 0.5。因此在典型 I 型系統(tǒng)中應(yīng)取。下面列出欠阻尼二階系統(tǒng)在零初始條件下的階躍響應(yīng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)計(jì)算公式 超調(diào)量 （3-8）上升時(shí)間 （3-9）峰值時(shí)間 （3-10）表3-2 典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 （ z 與KT的關(guān)系服從于式3-9）參數(shù)關(guān)系KT0.250.39 0.50.69 1.0阻尼比z 1.0 0.8

15、 0.707 0.6 0.5超調(diào)量s 0 % 1.5% 4.3 % 9.5 % 16.3 %上升時(shí)間 tr¥ 6.6T 4.7T 3.3T 2.4T峰值時(shí)間 tp ¥ 8.3T6.2T4.7T3.2T 相角穩(wěn)定裕度 g 76.3°69.9° 65.5°59.2 °51.8 °截止頻率wc0.243/T0.367/T0.455/T 0.596/T 0.786/T具體選擇參數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)工藝要求選擇參數(shù)以滿足性能指標(biāo)。（3） 典型I型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系：圖3-3（a）是在擾動(dòng) F 作用下的典型 I 型系統(tǒng)，其中，W1

16、(s)是擾動(dòng)作用點(diǎn)前面部分的傳遞函數(shù)，后面部分是（s），于是： （3-11）只討論抗擾性能時(shí)，令輸入作用R = 0，得到圖3-3（b）所示的等效結(jié)構(gòu)圖。圖中虛框就是閉環(huán)的典型I型系統(tǒng)。圖3-3 擾動(dòng)作用下的典型I型系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 （a）擾動(dòng)F作用下的典型I型系統(tǒng) （b）等效結(jié)構(gòu)框圖由于抗擾性能與（s）有關(guān)，因此抗擾性能指標(biāo)也不定，隨著擾動(dòng)點(diǎn)的變化而變化。我們針對(duì)常用的調(diào)速系統(tǒng)，經(jīng)過一系列計(jì)算可得到表3-3 所示的數(shù)據(jù)。表3-3 典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系分析結(jié)果：由表3-3中的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)控制對(duì)象的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)相距較大時(shí)，動(dòng)態(tài)降落減小，但恢復(fù)時(shí)間卻拖得較長(zhǎng)。典型II型系統(tǒng)性

17、能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系：在典型II型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)式(3-3)中，與典型 I 型系統(tǒng)相仿，時(shí)間常數(shù)T也是控制對(duì)象固有的。所不同的是，待定的參數(shù)有兩個(gè)： K 和 t ，這就增加了選擇參數(shù)工作的復(fù)雜性。為了分析方便起見，引入一個(gè)新的變量 (圖3-4)，令 ： （3-12）典型型系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性圖3-4 典型型系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和中頻寬中頻寬h ：由圖可見，h 是斜率為20dB/dec的中頻段的寬度（對(duì)數(shù)坐標(biāo)），稱作“中頻寬”。由于中頻段的狀況對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)起著決定性的作用，因此 h 值是一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)。只要按照動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求確定了h值，就可以代入這兩個(gè)公式計(jì)算K 和t ，并由

18、此計(jì)算調(diào)節(jié)器的參數(shù)。 （1） 穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)：型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差列于表3-4中表3-4 II型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差由表可知：在階躍和斜坡輸入下，II型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)均無差；加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差與開環(huán)增益K成反比。（2） 動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)： 由于過渡過程的衰減振蕩性質(zhì)，調(diào)節(jié)時(shí)間隨h的變化不是單調(diào)的，h=5時(shí)的調(diào)節(jié)時(shí)間最短。此外，h減小時(shí)，上升時(shí)間快，h增大時(shí)，超調(diào)量小。把各項(xiàng)指標(biāo)綜合起來看，h=5時(shí)動(dòng)態(tài)跟隨性比較適中。型系統(tǒng)的超調(diào)量一般都比典型I型系統(tǒng)大，而快速性好。采用數(shù)字仿真的結(jié)果列于表3-5中。表3-5 典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按Mrmin準(zhǔn)則確定

19、關(guān)系） （3） 典型型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系： 如前所述，控制系統(tǒng)的抗擾性能是因?yàn)橄到y(tǒng)結(jié)構(gòu)和擾動(dòng)作用點(diǎn)而異的?？箶_系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-5所示：圖3-5 典型II型系統(tǒng)在一種擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖擾動(dòng)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，在階躍擾動(dòng)下， （3-13）由式（3-13）可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)于不同 h值的動(dòng)態(tài)抗擾過程曲線DC(t)，從而求出各項(xiàng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)，列于表3-6中。在計(jì)算中，為了使各項(xiàng)指標(biāo)都落在合理的范圍內(nèi)，取輸出量基準(zhǔn)值。由表2-7中的數(shù)據(jù)可見，一般來說， h值越小， Cmax/Cb 也越小， tm和 tv 都短，因而抗擾性能越好，這個(gè)趨勢(shì)與跟隨性能指標(biāo)中超調(diào)量與h值的關(guān)系恰好相反，反映了快速性與

20、穩(wěn)定性的矛盾。但是，當(dāng) h < 5 時(shí)，由于振蕩次數(shù)的增加， h再小，恢復(fù)時(shí)間 tv 反而拖長(zhǎng)了。表3-6 典型II型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系由此可見，h = 5是較好的選擇，這與跟隨性能中調(diào)節(jié)時(shí)間最短的條件是一致的（見表3-5）。因此，把典型型系統(tǒng)跟隨和抗擾的各項(xiàng)性能指標(biāo)綜合起來看，h = 5應(yīng)該是一個(gè)很好的選擇。兩種系統(tǒng)比較：比較分析的結(jié)果可以看出，典型I型系統(tǒng)和典型型系統(tǒng)除了在穩(wěn)態(tài)誤差上的區(qū)別以外，在動(dòng)態(tài)性能中，典型 I 型系統(tǒng)在跟隨性能上可以做到超調(diào)小，但抗擾性能稍差，典型型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)較大，抗擾性能卻比較好。這是設(shè)計(jì)時(shí)選擇典型系統(tǒng)的重要依據(jù)。3.2 雙閉環(huán)系統(tǒng)的近似

21、處理和非典型系統(tǒng)的典型化（1）調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇：基本思路: 將控制對(duì)象校正成為典型系統(tǒng)。選擇規(guī)律：幾種校正成典型I型系統(tǒng)和典型II型系統(tǒng)的控制對(duì)象和相應(yīng)的調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)列于表 3-7和表3-8中，表中還給出了參數(shù)配合關(guān)系。有時(shí)僅靠 P、I、PI、PD及PID幾種調(diào)節(jié)器都不能滿足要求，就不得不作一些近似處理，或者采用更復(fù)雜的控制規(guī)律。表3-7 校正成典型I型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇表3-8 校正成典型II型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇（2）傳遞函數(shù)近似處理：1. 將小慣性群等效為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)若系統(tǒng)的某些固有部分是由小慣性環(huán)節(jié)，組成的,則其開環(huán)傳遞函數(shù)為式中，上式表明，該慣性環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)是各個(gè)小慣性環(huán)節(jié)的放

22、大倍數(shù)的乘積，該慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)是各個(gè)小慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)之和。2. 對(duì)系統(tǒng)作降階處理在高階系統(tǒng)中，s高次項(xiàng)的系數(shù)較其他項(xiàng)的系數(shù)小得多時(shí)，則可略去高次項(xiàng)。例如，電流閉環(huán)原為二階系統(tǒng)，為了簡(jiǎn)化起見，當(dāng)s2項(xiàng)的系數(shù)很小時(shí)，便將它略去，近似看作一個(gè)大慣性環(huán)節(jié)。即當(dāng)A B時(shí)，有3. 將大慣性環(huán)節(jié)近似處理為積分環(huán)節(jié)例如當(dāng)T1T2及T1T3時(shí)，有即將大慣性1/（T1s+1）近似用積分環(huán)節(jié)1/(T1s)來代替。當(dāng)然，以上所講的慣性的大小，是相對(duì)于同一個(gè)系統(tǒng)中的另一些慣性環(huán)節(jié)而言的。而且以上這些近似處理，可把問題簡(jiǎn)化，但這必然帶來誤差。因此，這樣計(jì)算的結(jié)果則是近似的。（3） 非典型系統(tǒng)的典型化自動(dòng)控制系統(tǒng)中

23、其固有傳遞函數(shù)形式多不符合典型系統(tǒng)的要求，故一般先對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作近似處理，然后再設(shè)法用各種調(diào)節(jié)器來校正，使校正后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)成為典型I型或II型系統(tǒng)的基本形式。常用調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)（1）比例調(diào)節(jié)器：（2）積分調(diào)節(jié)器：（3）比例積分調(diào)節(jié)器：圖3-6 校正前的傳遞函數(shù)為G0(s)，校正后的傳遞函數(shù)為G0(s)Gc(s)，如圖3-6所示。校正成典型I型系統(tǒng)時(shí)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)典型I型系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)為：校正成典型I型系統(tǒng)就是使校正后的傳遞函數(shù)為校正成典型II型系統(tǒng)時(shí)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)典型II型系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)為校正成典型II型系統(tǒng)就是使校正后的傳遞函數(shù)為第四章 參數(shù)計(jì)算和選型設(shè)計(jì)（一） 電流環(huán)計(jì)算設(shè)計(jì)1. 確定

24、時(shí)間常數(shù)1） 直流電動(dòng)機(jī)：PN=10kW，UN=220V，IN=136A，nN=1500r/min，Ce=0.228V/r.min=1.22） V-M系統(tǒng)主電路總電阻：R=0.8633） 電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)：Tl =0.028s系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分飛輪矩相應(yīng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)：Tm=0.383s系統(tǒng)測(cè)速反饋系數(shù)=0.0041v·min/r系統(tǒng)電流反饋系數(shù)=0.028V/A觸發(fā)整流裝置的放大系數(shù)：Ks=30三相橋式平均失控時(shí)間：Ts=0.00167s電流環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)：Toi=0.005s轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)：Ton=0.005s4） 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取= Ts + T

25、oi=0.00667s2. 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求%=5，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，檢查電源電壓的抗擾性能：參照表3-3的數(shù)據(jù)，則選擇典型型系統(tǒng)，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。3. 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：。電流開環(huán)增益：i%=5，則應(yīng)取，因此：于是，ACR的比例系數(shù)為：4. 校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率（1）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件滿足近似條件。（2）忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件滿足近似條件。（3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件滿足近似條件。5. 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)上一部分的分析，取R0=40K,則電阻和電容值為按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。（二） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算1. 確定時(shí)間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)，取，則有（2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)=0.005。（3）轉(zhuǎn)速