電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)題目:電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)報(bào)告人：王宗禹學(xué)號(hào):1043031325班級(jí)：2010級(jí)34班指導(dǎo)教師：肖勇完成時(shí)間：2013年7月曰同組人：王大松緣秦電氣信息學(xué)院專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)中心1設(shè)計(jì)目標(biāo):(4) 期望調(diào)速性能示意說(shuō)明(5 )系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)示意圖：3流壞(1)系統(tǒng)基本功能：該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑的速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)不可逆運(yùn)行，系統(tǒng)在工最大連度給定V%. - 5V最大電流給定U 遇=5v雖大電樞電流血=1.4A電流反®強(qiáng)度P= 5vZ 14A速度反饋強(qiáng)度(X= 5v71450rpm調(diào)節(jié)器輸入電阻Koi =20KQ. Ron = 20 KO調(diào)節(jié)器輸入濾波電容Coi =0224|ir 5”

2、=<L1Q4|jF作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作D = 3n% < 10% 調(diào)速范圍D=3.s% < 5%i% w 5%:靜差率小于5%(3) 穩(wěn)態(tài)/動(dòng)態(tài)指標(biāo)： 靜態(tài):動(dòng)態(tài):LiU*ll '一04十:IHlu*! I u&t BH 刖1®1E jsl ud¥: BBI HH-i/*I - X2.客觀(guān)條件：(1)使用設(shè)備列表清單及主要設(shè)備功能描述:二.系統(tǒng)建模(系統(tǒng)固有參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容)1.實(shí)驗(yàn)原理(1)變流電源內(nèi)阻 Rn的測(cè)定:a. 電路示意圖如下：UctId可以等效如下:*UdIdUdOb.利用伏安法可以測(cè)出內(nèi)阻定控制信號(hào) Uct 大小，0.5A&l

3、t; Id 利用公式可以求得 Rn。Rn的大小，方法是在電機(jī)靜止，電樞回路外串限流電阻，固< 1A的條件下用伏安法測(cè)量Ud1, Id1和Ud2, Id2 ;Rd的測(cè)定:IdUdal；ct o(2)電樞內(nèi)阻 Ra、平波電感內(nèi)阻 a.電路示意圖如下：120。b.實(shí)驗(yàn)方法步驟：電機(jī)靜止，電樞回路外串限流電阻使電樞處于三個(gè)不同位置 Rd的平均值.電動(dòng)機(jī)電勢(shì)轉(zhuǎn)速系數(shù)Cea.實(shí)驗(yàn)原理：由公式固定控制信號(hào) Uct大小，Id沁1A（額定負(fù)載熱效點(diǎn)）的測(cè)定:（如上圖約120°對(duì)稱(chēng)）進(jìn)行三次測(cè)量（Ura , Urd, Id），求Ra ,可以推導(dǎo)出Ce的測(cè)定公式:b. 實(shí)驗(yàn)方法步驟：空載啟動(dòng)電機(jī)并穩(wěn)

4、定運(yùn)行（Ido大小基本恒定）給定兩個(gè)大小不同的控制信號(hào)Uct ,測(cè)量?jī)山M穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的Ud、n數(shù)據(jù)（4）整流電源放大系數(shù) Ks的測(cè)定：a.實(shí)驗(yàn)原理：Ks可以根據(jù)公式 UdO=Ks*Uct可知Ks就是以Uct為橫坐標(biāo)UdO為縱坐標(biāo)的如下圖曲線(xiàn)中線(xiàn)性段的斜率。故可以通過(guò)公式后=型皿 岀測(cè)定Ks.Uclb.實(shí)驗(yàn)方法步驟：分級(jí)調(diào)節(jié)控制信號(hào)Uct大小，并保持Id < 1A在Udo有效范圍內(nèi)，測(cè)量每一組Uct , Ud, Id，數(shù)據(jù)應(yīng)大于10組以上，測(cè)量上限不低于最大理想空載整流輸出電壓UdOmax按UdO = Ud+I d X Rn作出電源輸入-輸出特性曲線(xiàn)（用Excel生成）取線(xiàn)性段3段以上斜率，

5、求其平均值得 Ks（5）電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)TL的測(cè)定：a.電路示意圖：Lab. 實(shí)驗(yàn)原理：可以根據(jù)公式 L=Ld+La與TL=L/R刀求得TLc. 實(shí)驗(yàn)方法步驟：斷開(kāi)電樞回路連線(xiàn)使用電感表測(cè)量電樞回路總電感量L電樞回路機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm的測(cè)定：a.實(shí)驗(yàn)原理：由下列公式可以推導(dǎo)出Tm的公式Il5C丄GDgTfdim6375dtGD ' dnI -TZfndtdi adt切厶厲心）T 一 1丄ArtniIdrn0tb.實(shí)驗(yàn)方法步驟：I dm電機(jī)空載，突加給定，并使起動(dòng)峰值電流達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定最大電流 記錄id 波形，由下列公式計(jì)算 TmJ 打力ACe -G)2.原始數(shù)據(jù)(1) stopM 50

6、.0ms當(dāng)前目錄是A人3.數(shù)據(jù)處理(1)R n= ( Ud2-Ud1) / (Id1-ld2 ) = (207-214 ) Rd=1/3*(11.88V/1A+11.82V/1A+11.88V/1ARa=1/3*(20.68V/1A+20.59V/1A+20.65V/1A/)(0.5-1.0 ) Q =14Q=11.86 Q=20.64 Q1950.551.7291780.501.5211570.451.3061380.401.1411180.350.9891020.300.878840.250.773670.200.656LdLa671mH345mH(6)實(shí)驗(yàn)波形如下: liak JT.關(guān)于

7、 存圖像 選擇 文件夾儲(chǔ)存lEKOOCO-JPG(3)Ce=(Ud2-Ud1)/(n 2-n1)=(144-78)/(999-537)V*mi n/r=0.1428 V*mi n/r用Excel處理：可以用公式Ud0=Ud+ld*Rn直接生成Ud0這一列的結(jié)果，表格如下:Ud(V)Id(A)Ud0(V)Uct(V)2860.80297.24.5852680.75278.53.4442510.70260.82.8252330.65242.12.3592130.60221.41.9911950.55202.71.7291780.501851.5211570.45163.31.3061380.401

8、43.61.1411180.35122.90.9891020.30106.20.878840.2587.50.773670.2069.80.656取圖中線(xiàn)性段四段求斜率如下：Ks1=(106.2-69.8)/(0.878-0.656)Ks2=(143.6-106.2)/(1.141-0.878)Ks3=(185-143.6)/(1.521-1.141)Ks4=(221.4-185)/(1.991-1.521)求得平均值：Ks=(164+142+109+77)/4=123(5) L=Ld+La=671mH+345mH=1016mHTL=L/R刀=L/(Rn+Ra+Rd)=1016mH/(14 Q

9、 +20.64 Q +11.86 Q )=21.8ms=0.0218s(6) 通過(guò)作圖工具處理如下：T5E JC 5tcp164 142 109 77M Pos: 3-246SSAVE REC動(dòng)祜夫于存圖像選擇文件夾儲(chǔ)存TEKOOflOJPG再用Excel插入散點(diǎn)圖功能生成如下圖形:當(dāng)宙目錄是自；0.0767s可以知道 s 的面積是 10.75*(1.4/8A)*50ms=94.0625A*ms由此可以計(jì)算出 Tm=s/(ldm-ldz)=94.0625A*ms/7*(1.4/8A)電動(dòng)機(jī)電樞內(nèi)阻Ra20.64 Q電勢(shì)轉(zhuǎn)速系數(shù)Ce0.1428 V*mi n/r整流電源等效內(nèi)阻Rn14 Q放大系

10、數(shù)Ks123平波電感直流內(nèi)阻Rd11.86 Q電樞回路總電阻 R E = Ra+ Rn+ Rd46.5 Q電磁時(shí)間常數(shù)T L0.0218s機(jī)電時(shí)間常數(shù)T m0.0767s4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果PI參數(shù)計(jì)算及電路實(shí)現(xiàn)結(jié)果等)三.系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)內(nèi)容(系統(tǒng)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)步驟、(1 )系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論：控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：生聲工藝對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的鑒求經(jīng)折算和g化C可以*達(dá)為動(dòng)杰性能捋標(biāo)，自動(dòng)控 制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能掏標(biāo)包括對(duì)給S輸入怕號(hào)的甌隨t能揺標(biāo)和對(duì)擾功輸入信號(hào)的抗擾性0£拓 標(biāo).I.跟®性能«標(biāo)在&定倍號(hào)或夢(mèng)若入檸號(hào)R O的杵用下S撓愉出JtC O的變

11、化tt®可用跟ffi性® 指標(biāo)耒描述-當(dāng)踣定信號(hào)貶化方式不同時(shí)，輸出響應(yīng)也不一樣.通常以輸出*的初始值為零 時(shí)給定信號(hào)階躍箜比下的過(guò)渡過(guò)程柞為典3的ft®忑程，這時(shí)的輸出g別態(tài)響應(yīng)稱(chēng)柞階K響 他 溥用的前脈響應(yīng)跟隨性能re標(biāo)有上升時(shí)間、®調(diào)雖和調(diào)節(jié)對(duì)何.4上丁時(shí)間片B2-11繪出了階躍響應(yīng)的跟隨過(guò)程，圖+ M C.是輸iBfiC的穩(wěn)態(tài) a在W隨過(guò)程中，輸出量從零起第一次上 升到C.所經(jīng)過(guò)的時(shí)間極作上升時(shí)叭 它我 示動(dòng)態(tài)響應(yīng)的ft罐性nC超調(diào)與峰值對(duì)間在階躍響 應(yīng)過(guò)程中.超過(guò)G以后.輸出量有珂能繼 膜卄高.M誦值時(shí)間嶺時(shí)達(dá)到屋大® C 熱待冋落#

12、 C*超過(guò)穩(wěn)離值Cg的百井?dāng)?shù)叫 做輕調(diào)氐即B 2 = H 典的射號(hào)舸應(yīng)過(guò)程和HffieSS標(biāo)t .EU!211)X 100%超調(diào)量反映敲廳肋相對(duì)e宦性-超調(diào)員越小.相對(duì)特企性越訂.的訓(xùn)節(jié)時(shí)間J旃節(jié)時(shí)間乂棟過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，它衡量輸出量整個(gè)詭節(jié)過(guò)SHJ快e.埋 論上*線(xiàn)性聚統(tǒng)的輸出過(guò)«過(guò)梶履到f二®才梯宜，fH實(shí)際上由于存衽各種非線(xiàn)性因素.a 程對(duì)一宦時(shí)間就糞止了.為了在鏡性素統(tǒng)階躍響應(yīng)16經(jīng)上說(shuō)示調(diào)節(jié)時(shí)直，認(rèn)主務(wù)態(tài)ffi上 T±5% Klfc±2%）的范a為允炸逞差帶，將輸岀量達(dá)到并不再超出諛鍥差轡所需的時(shí)何 定義為調(diào)節(jié)時(shí)間.顯然，詢(xún)節(jié)吋M既反映了系続的快逋

13、性.也包含著它的穩(wěn)定性2.抗擾性能指標(biāo)悴制薪京定運(yùn)存屮，3t加一個(gè)便輸出量降低的擾動(dòng) F以冶，輸出*由降低到悚IS突加一個(gè)的定的標(biāo)ift悅擾動(dòng)議，所引起的輪出 冷土或土咖弘J 一的過(guò)渡址桂是索軌典型的抗擾垃擺，如ffl2-12所示-常用的抗擾性能贈(zèng)標(biāo)齒動(dòng)舂降落棚恢 fi時(shí)間.ACinn心 動(dòng)降薄AGi 系統(tǒng)稔定運(yùn)存時(shí)， 豎毘人降落值:作動(dòng)念隆S" »用 AC,占輸出屋歐稅杏E 的白分?jǐn)?shù) AC* X100%乗表示詼用某荃準(zhǔn)值 仇餡百分»仇X 100*）6來(lái)我示）.輸OB2-12先加擾動(dòng)時(shí)51吉過(guò)利抗11僦?&標(biāo)出3在動(dòng)態(tài)降S片逐淨(jìng)恢，達(dá)到新的®態(tài)

14、值C噸"C“-Cw）是系焼在謹(jǐn)5«動(dòng)作用 卜的S奪誤差*即#菱.動(dòng)*降落一燉都大 于S態(tài)iSt塗”調(diào)速義址突加新宦負(fù)載擾動(dòng)時(shí) «速的動(dòng)（4降«稱(chēng)作動(dòng)瘩遇降A(chǔ)rt_.£）恢S時(shí)W - 從階KK動(dòng)件用開(kāi) tfl.到»出®基本上像復(fù)椅態(tài)，距斯鶴態(tài)值E叭之進(jìn)入并碁帝fflCb的±5喙 陵瑕±2%范ffl之內(nèi)所需的時(shí)間，定乂為恢®時(shí)例" 見(jiàn)139 2-12.其中G稱(chēng)作抗擾折垛中輸出量的展準(zhǔn)值，視具體情況逸左.如果允許的動(dòng)譽(yù) KS»大，就可以新穩(wěn)琳伯Uig佗為*唯tt.加集允許的動(dòng)層降?

15、*較小，銅如小于5% fe 粘有的情R”則按進(jìn)入±5%C也范圈*定義S恢S時(shí)間只能為零”就沒(méi)有意義了，所以 必絨選擇一個(gè)比®杏值更小的G作*華準(zhǔn)-實(shí)俅控制耒統(tǒng)對(duì)十魯種動(dòng)*指標(biāo)的翌求各有不W,刮如，叩逆軋w機(jī)需翌連舞正反向軋 ft許名道次，闔而對(duì)轉(zhuǎn)遠(yuǎn)簡(jiǎn)動(dòng)態(tài)KS®性能和抗擾件能群有a®的耍求，而一雕牛產(chǎn)中冃的不 可逆調(diào)速系統(tǒng)則主耍寒求一定的轉(zhuǎn)速抗擾性能.其跟隨性能如何慢有多大關(guān)-工業(yè)機(jī)器人 和數(shù)控機(jī)床用的位覽飯動(dòng)系統(tǒng)何服系統(tǒng)）需要很強(qiáng)的眾K性艙，而人型天«的陡動(dòng)系統(tǒng)除 Sff良好的KKtt能外對(duì)抗W性能也有一定的®富*多機(jī)«連軋

16、機(jī)的調(diào)逋系統(tǒng)婆求抗擾性 駆很S.如果卵呻，和較大，在機(jī)架間會(huì)產(chǎn)生拎鉗或堆鋼的事故.總之.一般來(lái)說(shuō).調(diào)速 系統(tǒng)的動(dòng)恚指標(biāo)以抗擾性能A主*而陸動(dòng)系艇的動(dòng)擊擁垛則以KBS性能為主.?動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)總結(jié):反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)穩(wěn)定性能 反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)快速性能 反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)渡周期反映系統(tǒng)擾動(dòng)引起的最大動(dòng)態(tài)誤差反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾調(diào)節(jié)快速性能（1 ）跟隨性能超調(diào)量 （%上升時(shí)間tr調(diào)節(jié)時(shí)間ts（2 ）抗擾性能動(dòng)態(tài)降落比 Gax%恢復(fù)時(shí)間tr上述指標(biāo)對(duì)應(yīng)的給定和擾動(dòng)均為階躍信號(hào)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法：?工程設(shè)計(jì)方法：在設(shè)計(jì)時(shí)，把實(shí)際系統(tǒng)校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)，可以利用現(xiàn)成的公式和圖表來(lái)進(jìn)行參 數(shù)計(jì)算，設(shè)計(jì)過(guò)

17、程簡(jiǎn)便得多。?調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法所遵循的原則是：（1 ）概念清楚、易懂；（2）計(jì)算公式簡(jiǎn)明、好記；（3）不僅給出參數(shù)計(jì)算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；（4 ）能考慮飽和非線(xiàn)性控制的情況，同樣給出簡(jiǎn)單的計(jì)算公式；（5 ）適用于各種可以簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。?在典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用MATLAB/SIMULINK進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)，可設(shè)計(jì)出實(shí)用有效的控制系統(tǒng)。?控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)都可以表示成：fl¥M億S丿(3-9)分母中的sr項(xiàng)表示該系統(tǒng)在s= 0處有r重極點(diǎn)，或者說(shuō)，系統(tǒng)含有 r個(gè)積分環(huán)節(jié)，稱(chēng) 作r型系統(tǒng)。為了使系統(tǒng)對(duì)階躍給定無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差，不能使用0型系統(tǒng)（r

18、=0）,至少是I型系統(tǒng)（r=1）；當(dāng)給定是斜坡輸入時(shí)，則要求是n型系統(tǒng)（r =2 ）才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無(wú)差。選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)能滿(mǎn)足所需的穩(wěn)態(tài)精度。由于川型（r =3）和川型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定，而 0型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度低。因此常把I型和n型系統(tǒng)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 目標(biāo)。典型I型系統(tǒng)：作為典型的I型系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)選擇為（3-10 ）K系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益。叫）=-式中，T系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)；?對(duì)數(shù)幅頻特性的中頻段以-20dB/dec的斜率穿越零分貝線(xiàn)，只要參數(shù)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。?只包含開(kāi)環(huán)增益 K和時(shí)間常數(shù)T兩個(gè)參數(shù)，時(shí)間常數(shù) T往往是控制對(duì)象本身固有的，唯一可變的只有

19、開(kāi)環(huán)增益K。設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照性能指標(biāo)選擇參數(shù)K的大小。20IgK = 20(lg哄-lgl)= 201gq得到Kf (當(dāng)心時(shí))(3-11)Z = 180" 90' arete<y T = 90 arctsztJ T相角裕度為/K值越大，截止頻率 c也越大，系統(tǒng)響應(yīng)越快，相角穩(wěn)定裕度越小，快速性與穩(wěn)定性之間存在矛盾。在選擇參數(shù) K時(shí)，須在快速性與穩(wěn)定性之間取折衷。 動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)：典型I型系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為?也+1) T T(3-12) I阻尼比dK-1+m), K式中，化晉自然振蕩角頻率;需 -MW1,欠阻尼的振蕩特性，"-4>1.過(guò)阻尼的單調(diào)特性；

20、= 1 ,臨界阻尼OI過(guò)阻尼動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，一般把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成欠阻尼，即b = £g"）xl00%0 < < 1。超調(diào)量(3-13 )上升時(shí)間2ir二 (疋-arccosJJ1-f '(3-14 )峰值時(shí)間(3-15 )、誤差帶為士的條件下可近似計(jì)算得截止頻率（按準(zhǔn)確關(guān)系計(jì)算）(3-17)相角穩(wěn)定裕度7 = arctg【屁5-2汗(3-18)表3“典型1型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系參數(shù)關(guān)系KT0.390.5阻尼比Q超調(diào)量b0.8L5%0.7074.3%0.69.5%0.5L6J %2.47峰值時(shí)間fp 相角穩(wěn)定裕度尸 截止頻率氓76.3&qu

21、ot;Cl.243/rsjr69P65.5*0J67/r0.455/T4JT59.2 51.8 °0,596/T0.78674.7 丁動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)：影響到參數(shù)K的選擇的第二個(gè)因素是它和抗擾性能指標(biāo)之間的關(guān)系，典型I型系統(tǒng)已經(jīng)規(guī)定了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，分析它的抗擾性能指標(biāo)的關(guān)鍵因素是擾動(dòng)作用 點(diǎn)，某種定量的抗擾性能指標(biāo)只適用于一種特定的擾動(dòng)作用點(diǎn)。> 采用®3-12PI調(diào)節(jié)器電流環(huán)校正成一類(lèi)典型I型系統(tǒng)在一種擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 伍）一種擾動(dòng)作用下的結(jié)構(gòu)（b）等效結(jié)構(gòu)圖«a)bi卜 +在只討論抗 擾性能時(shí)， 令輸入變量R二0,將輸出量寫(xiě)心=今嚴(yán)K. = pl R

22、匸二,在階躍擾動(dòng)下，戸=-，得到SF心亠、F "；（）rj-ki（5 ）二 = =y I+TT；（5）TT；（j）KKi （rs±r）（Ts 十5十）在選定KTQ.5時(shí)，JC（）=（爲(wèi)5 + 1）（2廠(chǎng)_? + 275 + 1）階躍擾動(dòng)后輸岀變化量的動(dòng)態(tài)過(guò)程函數(shù)為IFK.m 門(mén)C =.；_- （1-加）E *2m - 2m +1ZL(3-19)（1"）嚴(yán)S尹腫f石2FK：r（C + l）（3-20）A式中用=為控制對(duì)象中小時(shí)間常數(shù)與大時(shí)間常數(shù)的比值。取不同機(jī)值.可計(jì)算出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程曲線(xiàn)。在計(jì)算抗擾性能指標(biāo)時(shí)，為了方便起見(jiàn)，輸出量的最大動(dòng)態(tài)降落AC max用基準(zhǔn)值

23、G的百分?jǐn)?shù)表示，所對(duì)應(yīng)的時(shí)間tm用時(shí)間常數(shù)T的倍數(shù)表示，允許誤差帶為± 5沁時(shí)的恢復(fù)時(shí)間tv也用T的倍數(shù)表示。取開(kāi)環(huán)系統(tǒng)輸出值作為基準(zhǔn)值，即G=Fk2（3-21）表典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系KT 二 0,5(3-22 )T, Tm C3 X100%27.S%12.6%9.3%6.5%tJT2,83.43.84.0tJT14.721.728.730.4典型n型系統(tǒng)：典型n型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)表示為:典型II型系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù) T也是控制對(duì)象固有的，而待定的參數(shù)有兩個(gè):h-T 馬(3-23)的中頻的寬度，是一個(gè)與性能指標(biāo)緊密相關(guān)的參數(shù)。定義中頻寬：丁

24、 中頻寬表示了斜率為 20dB/seca)圖3-13 典型n型系統(tǒng)（a）閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（b）開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性(3-24)改變K相當(dāng)于使開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性上下平移，此特性與閉環(huán)系統(tǒng)的快速性有關(guān)。y - arctan 一 arctan系統(tǒng)相角穩(wěn)定裕度為：T比T大得越多，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度就越大。采用"振蕩指標(biāo)法”中的閉環(huán)幅頻特性峰值最小準(zhǔn)則，可以找到和兩個(gè)參數(shù)之間的一 種最佳配合。 2Ah+1h+17(3-25)(3-26)在確定了 h之后，可求得:K = 3代二材響=（杠J)I 、/i+1/?-12冷尸（3-30）動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)：按Mr最小準(zhǔn)則選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)，典型n型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為系

25、統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)（門(mén)二叫二 籌二如1"1十曠的蘭嚴(yán)聲+蘭珂：和7>+14打f丹+1溝+1當(dāng)R（t）為單位階躍函數(shù)時(shí),03=-£，則:0 $ =17172S豐尸/ +芒 rr + Ms+1 力十 1h_l（3-31）表典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按血爲(wèi)準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系）h34567S910cr52.6%43*6%37.6%33.2%.29.8%27.2%25,0%23.3%tJT2 42.652,853.03.13.23.33.35tJT12.1511.659J510.45IIJO12.2513.2514.20k3J->11111以治5的動(dòng)態(tài)跟隨性能比較適

26、中。動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)：皿加是電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)圖轉(zhuǎn)速環(huán)在負(fù)載擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框SB + 1在擾動(dòng)作用點(diǎn)前后各有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，用對(duì)象RY取作為一個(gè)擾動(dòng)作用點(diǎn)之前的控制于是3-33)(3-32 )恥（V）AC(.v)在階躍擾動(dòng)下，斗啟廠(chǎng)+ 1)CG)二一J "+1,2 舟 丁 J 32/廠(chǎng)2 2 f 丁 1丁 ET S + his +1h +1/a + 1,按MLn準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系(3-34 )取2T時(shí)間內(nèi)的累加值作為基準(zhǔn)值Cb = 2FK2T （ 3-35 ）表3d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（控制結(jié)構(gòu)和擾動(dòng)作用點(diǎn)如S345所示，參數(shù)關(guān)系符合衛(wèi)仏J隹則）hr4Su6

27、78910Cmax/ Cb72.2%77.5%£1.2%84.0%86.3%S8.1%89.6%90.8%tJT2J52.702.853.003.153.253.303.40tJT13.6010.45S.SO12.9516.S519；S022.8025.85AC皿耳G 也越小，tm都短，因而抗擾性能由表3-5中的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，h值越小，越好。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。h=5是較好的選擇，這與跟隨性能中調(diào)節(jié)時(shí)間ts最短的條件是一致的（見(jiàn)表典型I型系統(tǒng)和典型n型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)誤差上有區(qū)別。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

28、型n型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)較大，抗擾性能卻比較好。3-4 )。?這些是設(shè)計(jì)時(shí)選擇典型系統(tǒng)的重要依據(jù)?？刂茖?duì)象的工程近似處理方法：（1）高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理?當(dāng)高頻段有多個(gè)小時(shí)間常數(shù)Tl、T2、T3的小慣性環(huán)節(jié)時(shí)，可以等效地用一個(gè)小時(shí)間常數(shù)T的慣性環(huán)節(jié)來(lái)代替。其等效時(shí)間常數(shù)為T(mén)=Ti+T2+T3 +? 考察一個(gè)有2個(gè)高頻段小慣性環(huán)節(jié)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：n （耳 _ $（斤$ + Lxr占 +1）其中T1、T2為小時(shí)間常數(shù)。它的頻率特性為(3-36 )吧=（丿辺1 +1）（7岀GM） =（1-石兀®：）十十兀）B '（J）=近似處理后的近似傳遞函數(shù)，其中t=Ti+T2，它的頻率特性

29、為：四©幼三=1+何 l+J&A+厶)(3-37)/7dB-20dB/dec%-60dB/dec、-40dB/dec圖316高頻段小慣性群近似處理對(duì)頻率特性的影響近似相等的條件是丁7少 « 1(3-38)在工程計(jì)算中，一般允許有10%以?xún)?nèi)的誤差，近似條件可寫(xiě)成有三個(gè)小慣性環(huán)節(jié)，其近似處理的表達(dá)式是(3-39)近似的條件為艸聽(tīng)込+超(3-40)（2）高階系統(tǒng)的降階近似處理(3-41)a，b, c者E是正數(shù)，且 be（兀丫十1）（7$十1）（爲(wèi)5十1）（7十7十斥）$十13近似條件是：(3-44)a,即系統(tǒng)是穩(wěn)定的。降階處理：忽略高次項(xiàng)，得近似的一階系統(tǒng)+ 1(3-42

30、)CQ3-43)近似條件（3 ）低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理當(dāng)系統(tǒng)中存在一個(gè)時(shí)間常數(shù)特別大的慣性環(huán)節(jié)時(shí)，可以近似地將它看成是積分環(huán)節(jié)。二. m Z - Gmrg少?gòu)S大慣性環(huán)節(jié)的頻率特性為j誼斗I帖廠(chǎng)十1近似成積分環(huán)節(jié)，其幅值應(yīng)近似為317低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理對(duì)頻率特性的影響b=40d B/dec-20dB/dcc-20dB/tkt ”f%-40dB/dec這種近似處理只適用于分析動(dòng)態(tài)性能按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器用工程設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的原則是先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。 先從電流環(huán)（內(nèi)環(huán)）開(kāi)始，對(duì)其進(jìn)行必要的變換和近似處理，然后根據(jù)電流環(huán)的控制 要

31、求確定把它校正成哪一類(lèi)典型系統(tǒng)，再按照控制對(duì)象確定電流調(diào)節(jié)器的類(lèi)型，按動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)要求確定電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)。 電流環(huán)設(shè)計(jì)完成后，把電流環(huán)等效成轉(zhuǎn)速環(huán)（外環(huán)）中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再用同樣的方法 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。7-S+ 】幾一電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)；陰轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)3-18雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖（1） 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)：反電動(dòng)勢(shì)與電流反饋的作用相互交叉，給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)麻煩。轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的擾動(dòng),在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響,忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)作用的近似條件是(3-45)式中 W ci電流環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率

32、。再把給定信號(hào)改成，則把給定濾波和反饋濾波同時(shí)等效地移到環(huán)內(nèi)前向通道上, 電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)。b)Ts和Toi 一般都比Toi (3-46)圖349電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn)(b)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)T小得多，可以近似為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為T(mén)si = T s+簡(jiǎn)化的近似條件為(3-47)0c)乍 .(3-48 )典型系統(tǒng)的選擇：采用I型系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器選擇：PI型的電流調(diào)節(jié)器, K電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；i 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù))="$+1)嘰fR(7；2 1)(心 + 1)(3-49 )因?yàn)門(mén)i>>Tzi，選擇Ti= Ti ,用調(diào)節(jié)器

33、零點(diǎn)消去控制對(duì)象中大的時(shí)間常數(shù)極點(diǎn),5需為(3-50 )希望電流超調(diào)量 i < 5%,選 =0.707 , Ki Ti =0.5，貝UK 一 T】R RR 口S3-20校正咸典型I型系統(tǒng)的電流環(huán)G)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(b)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性fV(-v)Al弟模擬式電流調(diào)節(jié)器電路0-磯A勺XAA-+>十1 = RQ幾二心LiUi 電流給定電壓；-Id 電流負(fù)反饋電壓；uc 電力電子變換器的控制電壓。按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為貞兀e十1)-=J S -采用高階系統(tǒng)的降階近似處理方法，忽略高次項(xiàng)，可降階近似為降價(jià)近似條件為式中，3 cn轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中等效為電流的閉環(huán)控制把雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象近似地等效成只有較小時(shí)間常數(shù)的一 階慣性環(huán)節(jié)，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)(內(nèi)環(huán))控制的一個(gè)重要功能。(b)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理把時(shí)間常數(shù)為1 / K和Ton的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并轉(zhuǎn)速環(huán)的控制對(duì)象是由一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成，IdL（S）是負(fù)載擾動(dòng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差的必要條件是：在負(fù)載擾