第3章轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

1、第第3章章 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng) l對(duì)于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，縮短起、制動(dòng)過程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。l在起動(dòng)（或制動(dòng)）過渡過程中，希望始終保持電流（電磁轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使調(diào)速系統(tǒng)以最大的加（減）速度運(yùn)行。l當(dāng)?shù)竭_(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，最好使電流立即降下來，使電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而迅速轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。 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)。本章著重闡明其控制規(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)。我們將重點(diǎn)學(xué)習(xí)：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性；雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)

2、模型和動(dòng)態(tài)性能分析；調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法；按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器l問題的提出 第2章中表明，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。 是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過程。 在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只能在超過臨界電流值 Idcr 以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。F. 3-1 時(shí)間最優(yōu)的起制動(dòng)過程時(shí)間最優(yōu)的起制動(dòng)過程2.

3、理想的起制動(dòng)過程l理想起動(dòng)過程波形如圖，這時(shí)，起動(dòng)電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)過程。IdLntIdOIdmF. 3-1 理想的快速起動(dòng)過程 為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過程。 按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。 現(xiàn)在的問題是，我們希望能實(shí)現(xiàn)控制：起動(dòng)過程，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋；穩(wěn)態(tài)時(shí)，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒有電流負(fù)反饋。 怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋，又使它們能分別在不同的階段里起作用呢？

4、l應(yīng)該在起動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再讓電流負(fù)反饋發(fā)揮作用。l在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，l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。l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，稱作外環(huán)。形成了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱雙閉環(huán)系統(tǒng)）。1. 系統(tǒng)的組成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TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAV+-UdIdUPE-M+圖3-2 轉(zhuǎn)速、

5、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 內(nèi)環(huán)外 環(huán) 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 P I 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。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。F. 3-2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 +-+-+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd+-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLMMTGUPE 圖中表示出，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的。l轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*i

6、m決定了電流給定電壓的最大值；l電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。二極管鉗位的外限幅電路二極管鉗位的外限幅電路UinRP1RP2RlimVD1VD2R1C1R0Uex+-MN+-+00000 穩(wěn)壓管鉗位的外限幅電路穩(wěn)壓管鉗位的外限幅電路R1C1VS1VS2R0Rlim電流檢測(cè)電路 TA電流互感器TA 為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須為了分析雙閉環(huán)調(diào)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。它可以很方先繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如下圖。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限幅

7、的輸出特性表示PI 調(diào)節(jié)器就可以了。分析調(diào)節(jié)器就可以了。分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的 PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。特征。1. 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖3-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速反饋系數(shù); 電流反饋系數(shù) Ks 1/CeU*nUcIdEnUd0Un+-ASR+U*i- R ACR-UiUPEl轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定的最大值，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，l當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出達(dá)到限幅值，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； l當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI調(diào)節(jié)器工作在

8、線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，其作用是使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)為零。l對(duì)于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況，電流調(diào)節(jié)器不進(jìn)入飽和狀態(tài) 。實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性如圖所示。圖圖3-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 n0IdIdmIdnomOnABCl兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零。l diinnIUUnnUU*0*dmdII0*nUnn(3-1) 從而得到上圖靜特性的CA段。 與此同時(shí)，由于ASR不飽和，U*i U*im，從上述第二個(gè)關(guān)系式

9、可知: Id Idm。 這就是說， CA段靜特性從理想空載狀態(tài)的 Id = 0 一直延續(xù)到 Id = Idm ，而 Idm 一般都是大于額定電流 IdN 的。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是水平的特性。 lASR輸出達(dá)到限幅值時(shí)，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)轉(zhuǎn)速環(huán)不再產(chǎn)生影響。l雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí) (3-2)dmimdIUI* 式（3-2）所描述的靜特性是上圖中的AB段，它是垂直的特性。 這樣的下垂特性只適合于 n n0 ，則Un U*n ，ASR將退出飽和狀態(tài)。 l在負(fù)載電流小于在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速

10、負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。要調(diào)節(jié)作用。l當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到Idm時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為飽和輸出時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為飽和輸出U*im，電流，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)。流的自動(dòng)保護(hù)。l采用兩個(gè)采用兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器形成了內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。調(diào)節(jié)器形成了內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。l當(dāng)當(dāng)ASR處于飽和狀態(tài)時(shí)，處于飽和狀態(tài)時(shí)，Id=Idm，若負(fù)載電流減小，若負(fù)載電流減小，Idn0，nIdm，電動(dòng)機(jī)仍處于加速過程，使n超過了n* ，稱之為起動(dòng)過程的轉(zhuǎn)速超調(diào)。l轉(zhuǎn)速的超調(diào)造成了Un0，ASR退出飽和狀態(tài)，Ui和Id很快下降

11、。轉(zhuǎn)速仍在上升，直到t=t3時(shí)，Id= Idl ，轉(zhuǎn)速才到達(dá)峰值。l在t3t4時(shí)間內(nèi)， Id Idl，轉(zhuǎn)速由加速變?yōu)闇p速，直到穩(wěn)定。l如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會(huì)有一段振蕩的過程。 l在第階段中， ASR和ACR都不飽和，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。 綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程有以下三個(gè)特點(diǎn)：有以下三個(gè)特點(diǎn)： （1） 飽和非線性控制；飽和非線性控制； （2） 轉(zhuǎn)速超調(diào)；轉(zhuǎn)速超調(diào)； （3） 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。 根據(jù)ASR的飽和與不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：當(dāng)ASR飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系

12、統(tǒng)；當(dāng)ASR不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。 由于ASR采用了飽和非線性控制，起動(dòng)過程結(jié)束進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速超調(diào)， ASR 的輸入偏差電壓 Un 為負(fù)值，才能使ASR退出飽和。 這樣，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必然有超調(diào)。 起動(dòng)過程中的主要階段是第II階段的恒流升速，它的特征是電流保持恒定。一般選擇為電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過載能力，使起動(dòng)過程盡可能最快。 這階段屬于有限制條件的最短時(shí)間控制。因此，整個(gè)起動(dòng)過程可看作為是一個(gè)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。 最后，應(yīng)該指出，對(duì)于不可逆的電力電子變換器，雙閉環(huán)控制只能保

13、證良好的起動(dòng)性能，卻不能產(chǎn)生回饋制動(dòng)，在制動(dòng)時(shí)，當(dāng)電流下降到零以后，只好自由停車。必須加快制動(dòng)時(shí)，只能采用電阻能耗制動(dòng)或電磁抱閘。 l雙閉環(huán)系統(tǒng)與單閉環(huán)系統(tǒng)的差別在于多了一個(gè)電流反饋環(huán)和電流調(diào)節(jié)器。l調(diào)速系統(tǒng)，最主要的抗擾性能是指抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)性能，l閉環(huán)系統(tǒng)的抗擾能力與其作用點(diǎn)的位置有關(guān)。 1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/R Tl s+1R TmsKsTss+1ACR U*iUi-EIdIdL3-7 直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗負(fù)載擾動(dòng)作用直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗負(fù)載擾動(dòng)作用 由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。在設(shè)計(jì)A

14、SR時(shí)，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。 a)單閉環(huán)系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)圖圖3-7 直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾作用直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾作用（2）抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)）抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)UdU*n-IdLUn+-ASR 1/CenUd01/R Tl s+1R TmsIdKsTss+1-Eb)雙閉環(huán)系統(tǒng)雙閉環(huán)系統(tǒng)Ud電網(wǎng)電壓波動(dòng)在整流電壓上的反映電網(wǎng)電壓波動(dòng)在整流電壓上的反映 -IdLUd 1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/R Tl s+1R TmsIdKsTss+1ACR U*iUi-El在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的延滯，離

15、被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要差因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要差一些。一些。l雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不動(dòng)可以通過電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗擾性必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。能大有改善。 在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。小得多。 （1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)

16、的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電壓變很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用化，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。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。）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。 （3）其輸出限幅值決定于電機(jī)允許的最）其輸出限幅值決定于電機(jī)允許的最大電流。大電流。（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，）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。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。

17、）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。（3）在動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，）在動(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。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）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)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。說是十分重要的。3.3.0 問題的提出問題的提出l必要性：必要性： 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)

18、、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、穩(wěn)、準(zhǔn)、快、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。必要建立實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。l 可能性：可能性： 大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)均大多數(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)的形式再與圖系統(tǒng)校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的形式再與圖

19、表對(duì)照，設(shè)計(jì)過程就簡(jiǎn)便多了。這樣，就表對(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。有了建立工程設(shè)計(jì)方法的可能性。 l設(shè)計(jì)方法的原則設(shè)計(jì)方法的原則 ：（1）概念清楚、易懂；）概念清楚、易懂；（2）計(jì)算公式簡(jiǎn)明、好記；）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)）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；調(diào)整的方向；（4）能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出）能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡(jiǎn)單的計(jì)算公式；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）適用于各種可以簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。l在控制系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)節(jié)器是為了改

20、善系統(tǒng)的在控制系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)節(jié)器是為了改善系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能。靜、動(dòng)態(tài)性能。l控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括對(duì)給定輸入信控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括對(duì)給定輸入信號(hào)的跟隨性能指標(biāo)和對(duì)擾動(dòng)輸入信號(hào)的抗擾號(hào)的跟隨性能指標(biāo)和對(duì)擾動(dòng)輸入信號(hào)的抗擾性能指標(biāo)。性能指標(biāo)。3.3.1 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)l以輸出量的初始值為零，給定信號(hào)階躍變化下以輸出量的初始值為零，給定信號(hào)階躍變化下的過渡過程作為典型的跟隨過程；的過渡過程作為典型的跟隨過程；l此跟隨過程的輸出量動(dòng)態(tài)響應(yīng)稱作階躍響應(yīng)。此跟隨過程的輸出量動(dòng)態(tài)響應(yīng)稱作階躍響應(yīng)。l常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有上升時(shí)間、超常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有上

21、升時(shí)間、超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。 圖圖3-8 典型的階躍響應(yīng)過程和跟隨性能指標(biāo)典型的階躍響應(yīng)過程和跟隨性能指標(biāo)%100maxCCC上升時(shí)間 峰值時(shí)間 調(diào)節(jié)時(shí)間 超調(diào)量 l當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行中，突加一個(gè)使輸出量當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行中，突加一個(gè)使輸出量降低（或上升）的擾動(dòng)量降低（或上升）的擾動(dòng)量F之后，輸出量由降之后，輸出量由降低（或上升）到恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值的過渡過程就是低（或上升）到恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值的過渡過程就是一個(gè)抗擾過程。一個(gè)抗擾過程。l常用的抗擾性能指標(biāo)為動(dòng)態(tài)降落和恢復(fù)時(shí)間。常用的抗擾性能指標(biāo)為動(dòng)態(tài)降落和恢復(fù)時(shí)間。 圖圖3-9 突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程和抗擾性能指標(biāo)突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程和抗擾性

22、能指標(biāo)動(dòng)態(tài)降落 恢復(fù)時(shí)間 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 n1iirm1jj) 1() 1()(sTssKsW)(sWR(s)C(s)(3-9) 上式中，分母中的上式中，分母中的 sr 項(xiàng)表示該系統(tǒng)在原點(diǎn)處有項(xiàng)表示該系統(tǒng)在原點(diǎn)處有 r 重極點(diǎn)，或者說，系統(tǒng)含有重極點(diǎn)，或者說，系統(tǒng)含有 r 個(gè)積分環(huán)節(jié)。根據(jù)個(gè)積分環(huán)節(jié)。根據(jù) r=0，1，2，等不同數(shù)值，分別稱作等不同數(shù)值，分別稱作0型、型、I型、型、型、型、系統(tǒng)。系統(tǒng)。 自動(dòng)控制理論已經(jīng)證明，自動(dòng)控制理論已經(jīng)證明，0型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度低，型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度低，而而型和型和型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。 因此，為了保證穩(wěn)定性和

23、較好的穩(wěn)態(tài)精度，因此，為了保證穩(wěn)定性和較好的穩(wěn)態(tài)精度，多多選用選用I型和型和II型系統(tǒng)型系統(tǒng)。n1iirm1jj) 1() 1()(sTssKsW1. 結(jié)構(gòu)圖與傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖與傳遞函數(shù) ) 1()(TssKsW式中式中 T 系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)；系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)； K 系統(tǒng)的開環(huán)增益。系統(tǒng)的開環(huán)增益。（3-10）)(sR) 1(TssK)(sCa)閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖3-10 典型型系統(tǒng)l作為典型的作為典型的I型系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)選擇為型系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)選擇為 只包含開環(huán)增益只包含開環(huán)增益K和時(shí)間常數(shù)和時(shí)間常數(shù)T兩個(gè)參數(shù)，時(shí)兩個(gè)參數(shù)，時(shí)間常數(shù)間常數(shù)T往往是控制對(duì)象本身固有的，往往是控制對(duì)象本

24、身固有的，唯一唯一可變的只有開環(huán)增益可變的只有開環(huán)增益K 。設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照。設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照性能指標(biāo)選擇參數(shù)性能指標(biāo)選擇參數(shù)K的大小。的大小。) 1()(TssKsW（3-10） 典型的典型的I型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其對(duì)數(shù)幅頻特性的中型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其對(duì)數(shù)幅頻特性的中頻段以頻段以 20 dB/dec 的斜率穿越的斜率穿越 0dB 線，只要參數(shù)線，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)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)滿足定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量，即選擇參數(shù)滿足 T1c1cT或于是，相角穩(wěn)定裕度于是，相角穩(wěn)定裕度 45arctg90arct

25、g90180ccTTl2. 對(duì)數(shù)幅頻特性對(duì)數(shù)幅頻特性圖圖3-10 典型典型型系統(tǒng)型系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性 下圖繪出了在不同下圖繪出了在不同 K 值時(shí)典型值時(shí)典型 I 型系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)型系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性，箭頭表示頻率特性，箭頭表示K值增大時(shí)特性變化的方向。值增大時(shí)特性變化的方向。 當(dāng)當(dāng) c 1 / T 時(shí)，特性以時(shí)，特性以20dB/dec斜率穿斜率穿越零分貝線，系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性。由圖越零分貝線，系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性。由圖中的特性可知中的特性可知cclg20) 1lg(lg20lg20K所以所以 K = c （當(dāng)（當(dāng) c 時(shí)）時(shí)） T1(3-11) 式（3-11）

26、表明，K 值越大，截止頻率c 也越大，系統(tǒng)響應(yīng)越快，但相角穩(wěn)定裕度 = 90 arctgcT 越小，這也說明快速性與穩(wěn)定性之間的矛盾。在具體選擇參數(shù) K時(shí)，須在二者之間取折衷。 下面將用數(shù)字定量地表示 K 值與各項(xiàng)性能指標(biāo)之間的關(guān)系。 輸入信號(hào)輸入信號(hào)階躍輸入階躍輸入斜坡輸入斜坡輸入加速度輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差 0v0 / K 0)(RtRtvtR0)(2)(20tatR （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)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?？捎貌煌斎胄盘?hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差來表示。l3. 典型典型型系統(tǒng)性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系型系

27、統(tǒng)性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系 由表可見：由表可見：在階躍輸入下的在階躍輸入下的 I 型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)是無差的；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，且與但在斜坡輸入下則有恒值穩(wěn)態(tài)誤差，且與 K 值成反比；值成反比；在加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差為在加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差為 。 因此，因此，I型系統(tǒng)不能用于具有加速度輸入型系統(tǒng)不能用于具有加速度輸入的隨動(dòng)系統(tǒng)。的隨動(dòng)系統(tǒng)。222221) 1(1) 1()(1)()(nnnclssTKsTsTKTssKTssKsWsWsWTKnKT121（3-12） 1，欠阻尼的振蕩特性，欠阻尼的振蕩特性， 1，過阻尼的單調(diào)特性；，過阻尼的單調(diào)特性； = 1，臨界

28、阻尼。，臨界阻尼。 過阻尼動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，一般把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成欠阻尼；即過阻尼動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，一般把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成欠阻尼；即0 Ti，選擇，選擇i= Tl ，用調(diào)節(jié)器零點(diǎn)消去控制對(duì)象中大的，用調(diào)節(jié)器零點(diǎn)消去控制對(duì)象中大的時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)l希望電流超調(diào)量希望電流超調(diào)量 i 5%，根據(jù)表，根據(jù)表3-1選選 =0.707，KI T i =0.5，則則 ) 1() 1(/)(sTsKsTsRKKsWiIiisiopi（3-50） iciITK21)(22ilsisliTTKRTKRTK(3-52) (3-51) 圖3-20 校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性

29、l模擬式電流調(diào)節(jié)器電路模擬式電流調(diào)節(jié)器電路圖中:l U*i 為電流給定電壓；l Id 為電流負(fù)反饋電壓；l Uc 電力電子變換器的控制電壓。圖3-21 含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器 l模擬式電流調(diào)節(jié)器電路的參數(shù)計(jì)算模擬式電流調(diào)節(jié)器電路的參數(shù)計(jì)算:0RRKiiiiiCRoioiCRT041(3-53) (3-54) (3-55) l 某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動(dòng)機(jī)：直流電動(dòng)機(jī)：220V，136A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，允許過載倍數(shù)，

30、允許過載倍數(shù)=1.5；晶閘管裝置放大系數(shù)：晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=40；電樞回路總電阻：電樞回路總電阻：R=0.5 ；時(shí)間常數(shù)：時(shí)間常數(shù)：Tl=0.03s， Tm=0.18s；電流反饋系數(shù)：電流反饋系數(shù)：=0.05V/A（10V/1.5IN）。）。l設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，要求電流超調(diào)量設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，要求電流超調(diào)量5%i1）確定時(shí)間常數(shù)l整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts=0.0017s。l電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi=2ms=0.002s。l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Ti=Ts+Toi=0.0037s。2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)l要求i5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，按典型I型系統(tǒng)設(shè)

31、計(jì)電流調(diào)節(jié)器。用PI型電流調(diào)節(jié)器。l檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能： l 參看表3-2的典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。11. 80037. 003. 0ilTT3）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)l電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：i=Tl=0.03s。l電流環(huán)開環(huán)增益：取KITi=0.5， lACR的比例系數(shù)為1 .1350037. 05 . 05 . 0iITK013. 105. 0405 . 003. 01 .135siIiKRKK4）校驗(yàn)近似條件l電流環(huán)截止頻率 ci=KI=135.1s-1（1）校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 （2）校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的

32、條件 （3）校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 1 .1960017. 03131sT1s1s1s 82.4003. 018. 01313lmTT 8 .180002. 00017. 0131131oisTTcicici5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容l取取l 取取40kl 取取0.75Fl 取取0.2FkR400kRKRii52.4040013. 10FFRCiii75. 01075. 0104003. 063FFRTCioi2 . 0102 . 01040002. 0446300設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟：1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇4.

33、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)2) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)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 111) 1(1) 1(/ )()()(2*sKsKTsTsKsTsKsUsIsWIIiiIiIidcli111)(sKsWIcliiIcnTK31(1) 電流環(huán)的傳遞函數(shù)電流環(huán)的傳遞函數(shù)K I s(Tis+1)Id (s)+-U*i(s)l按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：(3-56)(3-57)降價(jià)近似條件為式中，cn轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。(3-58)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)。

34、似地等效成只有較小時(shí)間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。111)()()(*sKsWsUsIIcliidl電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中等效為電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中等效為(3-59)l物理意義：物理意義： 這就表明，這就表明，電流的閉環(huán)控制改造了控制對(duì)象，電流的閉環(huán)控制改造了控制對(duì)象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內(nèi)環(huán)）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。控制的一個(gè)重要功能。 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu) 用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替圖用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替圖3-18 中的電流環(huán)后，中的電流環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖3-22(a)所示。所示。n (s

35、)+-Un (s)ASRCeTmsRU*n(s)Id (s) T0ns+11 T0ns+1U*n(s)111sKI+-IdL (s) (a) 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)圖圖3-22 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化 電流環(huán)l系統(tǒng)等效和小慣性的近似處理系統(tǒng)等效和小慣性的近似處理 和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成 U*n(s)/ ，再把，再把時(shí)間常數(shù)為時(shí)間常數(shù)為 1 / KI 和和 T0n 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個(gè)時(shí)間常

36、數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中來，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中onIn1TKT（3-60） l轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 n (s)+-ASRCeTmsRU*n(s)Id (s) / Tns+1U*n(s)+-IdL (s)b)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理 l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，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)。是負(fù)載擾動(dòng)。l系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無靜差的必要條件是：在負(fù)載擾動(dòng)點(diǎn)之前必須含系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無靜差的必要條件是：在負(fù)載擾動(dòng)點(diǎn)之前必須含有一個(gè)積分環(huán)節(jié)。有一個(gè)積分環(huán)節(jié)。l轉(zhuǎn)速開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，按典型轉(zhuǎn)速開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)有兩個(gè)積分

37、環(huán)節(jié)，按典型型系統(tǒng)設(shè)型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。計(jì)。lASR采用采用PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器ssKsWnnnASR) 1()(（3-61） Kn 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； n 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選擇令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益KN為為 ) 1() 1() 1() 1()(2sTsTCsRKsTsTCRssKsWnmennnnmennnnmennNTCRKK) 1() 1()(2sTssKsWnnNnl調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為則(3-62)（3-63） n (s)+-ASRCeTmsRU*n(s)Id (s) /

38、 Tns+1U*n(s)+-IdL (s)l校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) n (s)+-U*n(s) 1() 1(2sTssKnnNc) 校正后成為典型 II 型系統(tǒng) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括 Kn 和和 n。按照典型。按照典型型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，由式型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，由式(3-32) 再由式（再由式（3-30） 因此因此 nnhT2221nNThhKnmenRThTChK2) 1(（3-64） （3-65） （3-66） l參數(shù)選擇參數(shù)選擇 至于中頻寬至于中頻寬 h 應(yīng)選擇多少，要看動(dòng)態(tài)性應(yīng)選擇多少，要看動(dòng)態(tài)性能的要求決定。能的要求決定。 無特殊要求時(shí)，一般可選擇無特殊要求

39、時(shí)，一般可選擇 5hl模擬式轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路 U*n 轉(zhuǎn)速給定電壓； n 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓； U*i 電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。(3-67) (3-68) (3-69) 圖3-23 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器0RRKnnnnnCRononCRT041l轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算l轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)的關(guān)系：轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)的關(guān)系： 外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢，這是按上述工程設(shè)計(jì)方外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢，這是按上述工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。這樣做，雖然不利法設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。這樣做，雖然不利于快速性，但每個(gè)控制環(huán)本身都是穩(wěn)定的，對(duì)系于快速性，但每個(gè)控制環(huán)本身都是穩(wěn)定的，對(duì)系統(tǒng)的組成和調(diào)

40、試工作非常有利。統(tǒng)的組成和調(diào)試工作非常有利。 l在例題3-1中，除已給數(shù)據(jù)外，已知：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.07Vmin/r（10V/nN），l要求轉(zhuǎn)速無靜差，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n10%。l試按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，并校驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的要求能否得到滿足。1）確定時(shí)間常數(shù)l（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)。 由例題3-1，已取KITi=0.5，則 l（2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)。根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取Ton=0.01s。l（3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取sTKiI0074. 00037. 0221sTKTonIn0174. 001. 00074. 012）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)

41、l選用PI調(diào)節(jié)器，3）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)l取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為l轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益： ASR的比例系數(shù)為ssKsWnnnASR) 1()(shTnn087. 00174. 05222224 .3960174. 052621sThhKnN7 .110174. 05 . 0007. 05218. 0132. 005. 062) 1(nmenRThTChK4）檢驗(yàn)近似條件l轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為（1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件 滿足簡(jiǎn)化條件（2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 滿足近似條件115 .34087. 04 .396sKKnNNcn7 .630037. 01 .1353131iITK7 .3

42、801. 01 .1353131onITK1s1scncn5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容l取l 取470kl 取0.2 F l 取1F6）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量l當(dāng)h=5時(shí)，由表3-4查得，n%=37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于表3-4是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。kR400kRKRnn468407 .110FFRCnnn185. 010185. 010470087. 063FFRTConon1101104001. 044630l當(dāng)轉(zhuǎn)速超過給定值之后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器當(dāng)轉(zhuǎn)速超過給定值之后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR由飽和限幅狀態(tài)由飽

43、和限幅狀態(tài)進(jìn)入線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)的轉(zhuǎn)速環(huán)由開環(huán)進(jìn)入閉環(huán)控制，進(jìn)入線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)的轉(zhuǎn)速環(huán)由開環(huán)進(jìn)入閉環(huán)控制，迫使電流由最大值迫使電流由最大值Idm降到負(fù)載電流降到負(fù)載電流Idl 。lASR開始退飽和時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)電流開始退飽和時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)電流Id仍大于負(fù)載電流仍大于負(fù)載電流Idl ，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，直到電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，直到Id Idl時(shí)，轉(zhuǎn)速才降低。時(shí)，轉(zhuǎn)速才降低。l這不是按線性系統(tǒng)規(guī)律的超調(diào)，而是經(jīng)歷了飽和非線性區(qū)這不是按線性系統(tǒng)規(guī)律的超調(diào)，而是經(jīng)歷了飽和非線性區(qū)域之后的超調(diào)，稱作域之后的超調(diào)，稱作“退飽和超調(diào)退飽和超調(diào)”。l假定調(diào)速系統(tǒng)原來是在Idm的條件下運(yùn)行于轉(zhuǎn)速n*，l在點(diǎn)O 突

44、然將負(fù)載由Idm降到Idl ，轉(zhuǎn)速會(huì)在突減負(fù)載的情況下，產(chǎn)生一個(gè)速升與恢復(fù)的過程，l突減負(fù)載的速升過程與退飽和超調(diào)過程是完全相同的。 圖3-24 ASR飽和時(shí)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程(a)以轉(zhuǎn)速n為輸出量 圖3-25 調(diào)速系統(tǒng)的等效動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(b）以轉(zhuǎn)速超調(diào)值為輸出量圖3-25 調(diào)速系統(tǒng)的等效動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖初始條件則轉(zhuǎn)化為：dmdIIn) 0(, 0) 0( 只考慮穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n*以上的超調(diào)部分，n=n-n*，坐標(biāo)原點(diǎn)移到O點(diǎn)； l把n的負(fù)反饋?zhàn)饔梅从车街魍ǖ赖谝粋€(gè)環(huán)節(jié)的輸出量上來，得圖 (c)，圖中Id和IdL的+、- 號(hào)都作了相應(yīng)的變化。l圖 (c)和討論典型II型系統(tǒng)抗擾過程所用的圖完全相同。圖3-25 調(diào)速系統(tǒng)的等效動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(c) 圖(b)的等效變換l在典型II型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)中， C的基準(zhǔn)值是 TFKCb22nmeTTTCRK2dLdmIIFmedLdmnbTCIIRTn)(2可以利用表3-5給出的典型II型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)來計(jì)算退飽和超調(diào)量； (3-35)ln的基準(zhǔn)值是(3-70)l作為轉(zhuǎn)速超調(diào)量n%，其基準(zhǔn)值應(yīng)該是n*，退飽和超調(diào)量可以由表3-5列出的數(shù)據(jù)經(jīng)基準(zhǔn)值換算后求得，即 mnNbbbnTTnnzCCnnCC*max*max)%)(2%)(% 電動(dòng)機(jī)允許的過載倍數(shù)， z負(fù)載系數(shù)， (3-72)dNdmIId