運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法內(nèi)容提要

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)：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法轉(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)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)器弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。內(nèi)容提要運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

及其靜特性問(wèn)題的提出第1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(wú)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。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法1.主要原因

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(guò)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(mén)用來(lái)控制電流的，但它只能在超過(guò)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。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法b)理想的快速起動(dòng)過(guò)程IdLntIdOIdma)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖2-1直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形2.理想的起動(dòng)過(guò)程IdLntIdOIdmIdcr運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

性能比較帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程如圖所示，起動(dòng)電流達(dá)到最大值Idm

后，受電流負(fù)反饋的作用降低下來(lái)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加速過(guò)程延長(zhǎng)。IdLntIdOIdmIdcr圖2-1a)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法性能比較（續(xù)）理想起動(dòng)過(guò)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(guò)程。IdLntIdOIdm圖2-1b)理想的快速起動(dòng)過(guò)程運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法3.解決思路

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(guò)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(guò)程。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

現(xiàn)在的問(wèn)題是，我們希望能實(shí)現(xiàn)控制：起動(dòng)過(guò)程，只有電流負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋；穩(wěn)態(tài)時(shí)，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒(méi)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，又使它們只能分別在不同的階段里起作用呢？運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.1.1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)接如下圖所示。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG+圖2-2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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—電力電子變換器內(nèi)環(huán)外環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

圖中，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，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)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法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。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。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)原理圖圖2-3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖++-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd++-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLMMTGUPE運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

圖中表出，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U*im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Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法3.限幅電路二極管鉗位的外限幅電路C1R1R0RlimVD1VD2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法限幅電路（續(xù)）

穩(wěn)壓管鉗位的外限幅電路R1C1VS1VS2R0Rlim運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法4.電流檢測(cè)電路電流檢測(cè)電路TA——電流互感器TA運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.1.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性

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。它可以很方便地根據(jù)上圖的原理圖畫(huà)出來(lái)，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。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法1.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖2-4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-UiUPE運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.限幅作用

存在兩種狀況：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(shuō)，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(kāi)環(huán)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法不飽和——輸出未達(dá)到限幅值當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，正如1.6節(jié)中所闡明的那樣，PI作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是零。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法3.系統(tǒng)靜特性實(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(lái)說(shuō)，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2-5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性

n0IdIdmIdnomOnABC運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和式中，——轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù)。由第一個(gè)關(guān)系式可得

從而得到上圖靜特性的CA段。

(2-1)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

靜特性的水平特性

與此同時(shí)，由于ASR不飽和，U*i<U*im，從上述第二個(gè)關(guān)系式可知:Id<Idm。這就是說(shuō)，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。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和

這時(shí)，ASR輸出達(dá)到限幅值U*im

，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開(kāi)環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)

式中，最大電流Idm

是由設(shè)計(jì)者選定的，取決于電機(jī)的容許過(guò)載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。(2-2)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

靜特性的垂直特性

式（2-2）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

的情況，因?yàn)槿绻鹡>n0

，則Un>U*n

，ASR將退出飽和狀態(tài)。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法4.兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)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Idm

后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，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(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

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(kāi)環(huán)放大系數(shù)并不是無(wú)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。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.1.3各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系

(2-3)(2-5)

(2-4)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓U*n決定的；ASR的輸出量U*i是由負(fù)載電流IdL決定的；控制電壓Uc

的大小則同時(shí)取決于n和Id，或者說(shuō)，同時(shí)取決于U*n

和IdL。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

這些關(guān)系反映了PI調(diào)節(jié)器不同于P調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)。比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量，而PI調(diào)節(jié)器則不然，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無(wú)關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要PI調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

反饋系數(shù)計(jì)算

鑒于這一特點(diǎn)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而是和無(wú)靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù)：

轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)

電流反饋系數(shù)

(2-6)(2-7)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

兩個(gè)給定電壓的最大值U*nm和U*im由設(shè)計(jì)者選定，設(shè)計(jì)原則如下：U*nm受運(yùn)算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的限制；U*im

為ASR的輸出限幅值。返回目錄運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

和動(dòng)態(tài)性能分析本節(jié)提要雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型起動(dòng)過(guò)程分析動(dòng)態(tài)抗擾性能分析轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.2.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型

在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，考慮雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)，即可繪出雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如下圖所示。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法1.系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2-6雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖U*n

Uc-IdLnUd0Un+--

+-UiWASR(s)WACR(s)KsTss+11/RTls+1RTmsU*iId1/Ce+E運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.數(shù)學(xué)模型

圖中WASR(s)和WACR(s)分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。如果采用PI調(diào)節(jié)器，則有

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.2.2起動(dòng)過(guò)程分析

前已指出，設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要目的就是要獲得接近理想起動(dòng)過(guò)程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，有必要首先探討它的起動(dòng)過(guò)程。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓U*n由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程示于下圖。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法圖2-7雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形

n

OOttIdm

IdL

Id

n*

IIIIIIt4

t3

t2

t1

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法1.起動(dòng)過(guò)程

由于在起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程就分成圖中標(biāo)明的I、II、III三個(gè)階段。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法第I階段電流上升的階段（0~t1）

突加給定電壓U*n后，Id上升，當(dāng)Id

小于負(fù)載電流IdL時(shí)，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)Id≥

IdL

后，電機(jī)開(kāi)始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值U*im，強(qiáng)迫電流Id迅速上升。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3t2

t1tt第I階段（續(xù)）運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法第I階段（續(xù)）直到，Id=Idm

，Ui

=U*im

電流調(diào)節(jié)器很快就壓制Id

了的增長(zhǎng)，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法第II階段恒流升速階段（t1~t2）

在這個(gè)階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流U*im給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流Id

恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法n

IdL

Id

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3

t2

t1

tt第II階段（續(xù)）運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法第II階段（續(xù)）與此同時(shí)，電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E也按線性增長(zhǎng)，對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，E是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量，為了克服它的擾動(dòng)，Ud0和Uc

也必須基本上按線性增長(zhǎng)，才能保持Id

恒定。當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說(shuō)，

Id

應(yīng)略低于Idm。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法第II階段（續(xù)）

恒流升速階段是起動(dòng)過(guò)程中的主要階段。為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在起動(dòng)過(guò)程中ACR是不應(yīng)飽和的，電力電子裝置UPE的最大輸出電壓也須留有余地，這些都是設(shè)計(jì)時(shí)必須注意的。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法第Ⅲ階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t2以后）

當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減少到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值U*im

，所以電機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負(fù)，使它開(kāi)始退出飽和狀態(tài)，U*i

和Id

很快下降。但是，只要Id

仍大于負(fù)載電流IdL，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3

t2

t1

tt第Ⅲ階段（續(xù)）運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法第Ⅲ階段（續(xù)）直到Id

=IdL時(shí)，轉(zhuǎn)矩Te=TL

，則dn/dt=0，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值（t=t3時(shí)）。IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4t3

t2

t1

tt運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法第Ⅲ階段（續(xù)）此后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在一小段時(shí)間內(nèi)（t3~t4

），Id<

IdL

，直到穩(wěn)定，如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會(huì)有一些振蕩過(guò)程。IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3t2

t1

tt運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法第Ⅲ階段（續(xù)）

在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使Id

盡快地跟隨其給定值U*i

，或者說(shuō)，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.分析結(jié)果

綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)：（1）

飽和非線性控制；（2）

轉(zhuǎn)速超調(diào)；（3）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法（1）

飽和非線性控制

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(kāi)環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(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(wú)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)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)

由于ASR采用了飽和非線性控制，起動(dòng)過(guò)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)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法（3）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制

起動(dòng)過(guò)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(guò)載能力，使起動(dòng)過(guò)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(guò)程可看作為是一個(gè)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

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(chē)。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。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.2.3動(dòng)態(tài)抗擾性能分析

一般來(lái)說(shuō)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的性能。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsKsTss+1ACR

U*iUi--EId1.抗負(fù)載擾動(dòng)±?IdL直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗負(fù)載擾作用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法抗負(fù)載擾動(dòng)（續(xù)）

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(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。在設(shè)計(jì)ASR時(shí)，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法圖2-8直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾作用a)單閉環(huán)系統(tǒng)2.抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)±?UdU*n-IdLUn+-ASR

1/CenUd01/RTls+1RTmsIdKsTss+1-E運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)（續(xù)）-IdL±?Udb)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

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsIdKsTss+1ACR

U*iUi--E運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法3.對(duì)比分析在單閉環(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，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。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(guò)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(lái)，抗擾性能大有改善。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法4.分析結(jié)果

因此，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)小得多。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.2.4轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用

綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用可以分別歸納如下：

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法1.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(wú)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。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.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(guò)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(guò)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(guò)程。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

（4）當(dāng)電機(jī)過(guò)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(lái)說(shuō)是十分重要的。返回目錄運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法2.3.0問(wèn)題的提出必要性：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。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法問(wèn)題的提出（續(xù)）

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(guò)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。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法的原則：（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)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.3.1工程設(shè)計(jì)方法的基本思路

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。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.3.2典型系統(tǒng)

一般來(lái)說(shuō)，許多控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)都可表示為

(2-8)R(s)C(s)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

上式中，分母中的sr項(xiàng)表示該系統(tǒng)在原點(diǎn)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)。根據(jù)r=0，1，2，……等不同數(shù)值，分別稱作0型、I型、Ⅱ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Ⅲ型和Ⅲ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)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法1.典型I型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖與傳遞函數(shù)式中T—系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)；

K—系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益。（2-9）運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性O(shè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法性能特性

典型的I型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其對(duì)數(shù)幅頻特性的中頻段以–20dB/dec的斜率穿越0dB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)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

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.典型Ⅱ型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)

（2-10）運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性O(shè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

性能特性典型的II型系統(tǒng)也是以–20dB/dec的斜率穿越零分貝線。由于分母中s2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)，在分子添上一個(gè)比例微分環(huán)節(jié)（s+1），是為了把相頻特性抬到–180°線以上，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定，即應(yīng)選擇參數(shù)滿足

或且比T大得越多，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度越大。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.3.3控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)

自動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括：跟隨性能指標(biāo)抗擾性能指標(biāo)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)典型的階躍響應(yīng)曲線±5%（或±2%）

0Otrts圖2-12典型階躍響應(yīng)曲線和跟隨性能指標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法1.跟隨性能指標(biāo)：在給定信號(hào)或參考輸入信號(hào)的作用下，系統(tǒng)輸出量的變化情況可用跟隨性能指標(biāo)來(lái)描述。常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有tr

—上升時(shí)間—超調(diào)量ts

—調(diào)節(jié)時(shí)間運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和抗擾性能指標(biāo)圖2-13突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和抗擾性能指標(biāo)±5%（或±2%）

O

tmtvCb運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.抗擾性能指標(biāo)

抗擾性能指標(biāo)標(biāo)志著控制系統(tǒng)抵抗擾動(dòng)的能力。常用的抗擾性能指標(biāo)有Cmax

—?jiǎng)討B(tài)降落tv

—恢復(fù)時(shí)間一般來(lái)說(shuō)，調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主，而隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)則以跟隨性能為主。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.3.4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(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如式（2-9）所示，它包含兩個(gè)參數(shù)：開(kāi)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(kāi)環(huán)增益K

，也就是說(shuō)，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。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

K

與開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性的關(guān)系

圖2-13繪出了在不同K值時(shí)典型I型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性，箭頭表示K值增大時(shí)特性變化的方向。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

K

與截止頻率c

的關(guān)系

當(dāng)c

<1/T時(shí)，特性以–20dB/dec斜率穿越零分貝線，系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性。由圖中的特性可知所以K=c

（當(dāng)c

時(shí)）

(2-12)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

式（2-12）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(shuō)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。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法表2-1I型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差輸入信號(hào)階躍輸入斜坡輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差

0v0/K1.典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系

（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(lái)表示。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

由表可見(jiàn)：在階躍輸入下的I型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)是無(wú)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)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法（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

（2-13）

式中n—無(wú)阻尼時(shí)的自然振蕩角頻率，或稱固有角頻率；

—阻尼比，或稱衰減系數(shù)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法K、T與標(biāo)準(zhǔn)形式中的參數(shù)的換算關(guān)系

(2-15)

(2-16)

(2-17)

且有

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法二階系統(tǒng)的性質(zhì)當(dāng)<1時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是欠阻尼的振蕩特性，當(dāng)1時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是過(guò)阻尼的單調(diào)特性；當(dāng)=1時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是臨界阻尼。

由于過(guò)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<

<1運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

由于在典I系統(tǒng)中KT<1，代入式（2-16）得

>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(2-18)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法性能指標(biāo)和系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系(2-19)

(2-20)

(2-21)

超調(diào)量

上升時(shí)間峰值時(shí)間

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法表2-2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

（與KT的關(guān)系服從于式2-16）

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)。參數(shù)關(guān)系KT0.250.390.50.691.0阻尼比超調(diào)量上升時(shí)間tr峰值時(shí)間tp

相角穩(wěn)定裕度

截止頻率c

1.00%

76.3°0.243/T

0.81.5%6.6T8.3T69.9°0.367/T0.7074.3%4.7T6.2T

65.5°0.455/T0.69.5%3.3T4.7T59.2°0.596/T0.516.3%2.4T3.2T

51.8°0.786/T運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.典型I型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系

圖2-15a是在擾動(dòng)F作用下的典型I型系統(tǒng)，其中，W1(s)是擾動(dòng)作用點(diǎn)前面部分的傳遞函數(shù)，后面部分是W2(s)

，于是只討論抗擾性能時(shí)，令輸入作用R=0，得到圖2-15b所示的等效結(jié)構(gòu)圖。

(2-25)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法圖2-15擾動(dòng)作用下的典型I型系統(tǒng)典型I型系統(tǒng)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

由于抗擾性能與W1(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。在此，我們針對(duì)常用的調(diào)速系統(tǒng)，分析圖2-16的一種情況，其他情況可仿此處理。經(jīng)過(guò)一系列計(jì)算可得到表2-3所示的數(shù)據(jù)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法55.5%33.2%18.5%12.9%tm

/T2.83.43.84.0tv

/T14.721.728.730.4表2-3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(控制結(jié)構(gòu)和擾動(dòng)作用點(diǎn)如圖2-15所示，已選定的參數(shù)關(guān)系KT=0.5)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

分析結(jié)果：由表2-3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)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.3.5典型II型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系

可選參數(shù)：在典型II型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)式(2-10)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，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(jiàn)，引入一個(gè)新的變量(圖2-16)，令

(2-32)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法典型Ⅱ型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性0-20

–40

-40

/s-1c=1–20dB/dec–40dB/dec–40dB/dec圖2-16典型Ⅱ型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和中頻寬中頻寬度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法中頻寬h

由圖可見(jiàn)，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，并由此計(jì)算調(diào)節(jié)器的參數(shù)。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法表2－5II型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差輸入信號(hào)階躍輸入斜坡輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差00（1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)

Ⅱ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2-5中1.典型II型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

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(wú)差；加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差與開(kāi)環(huán)增益K成反比。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法表2-6典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)

（按Mrmin準(zhǔn)則確定關(guān)系時(shí)）

h345678910

tr

/Tts

/T

k52.6%

2.412.15343.6%2.65

11.65

237.6%2.859.55233.2%3.010.45129.8%3.111.30127.2%3.212.25125.0%3.313.25123.3%3.3514.201（2）動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法圖2-17b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+0-抗擾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.典型Ⅱ型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法擾動(dòng)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)在階躍擾動(dòng)下，（2-43）

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

由式（2-43）可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)于不同h值的動(dòng)態(tài)抗擾過(guò)程曲線C(t)，從而求出各項(xiàng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)，列于表2-7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)值為

Cb=2FK2T

（2-44）

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法表2-7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

（控制結(jié)構(gòu)和階躍擾動(dòng)作用點(diǎn)如圖2-18，參數(shù)關(guān)系符合最小Mr準(zhǔn)則）

h345678910

Cmax/Cbtm

/T

tv

/T

72.2%

2.4513.6077.5%2.70

10.4581.2%2.858.8084.0%3.0012.9586.3%3.1516.8588.1%3.2519.8089.6%3.3022.8090.8%3.4025.85運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

由表2-7中的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，一般來(lái)說(shuō)，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。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法分析結(jié)果由此可見(jiàn)，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(jiàn)表2-6）。因此，把典型Ⅱ型系統(tǒng)跟隨和抗擾的各項(xiàng)性能指標(biāo)綜合起來(lái)看，h=5應(yīng)該是一個(gè)很好的選擇。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法兩種系統(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Ⅱ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Ⅱ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)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.3.6調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似

處理——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)。系統(tǒng)校正控制對(duì)象

調(diào)節(jié)器

輸入輸出典型系統(tǒng)

輸入輸出運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法選擇規(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2-8和表2-9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。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法表2-8校正成典型I型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇控制對(duì)象調(diào)節(jié)器參數(shù)配合T1、T2T3T1T2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法表2-9校正成典型II型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇控制對(duì)象調(diào)節(jié)器參數(shù)配合認(rèn)為：

認(rèn)為：

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.傳遞函數(shù)近似處理（1）高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理實(shí)際系統(tǒng)中往往有若干個(gè)小時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，這些小時(shí)間常數(shù)所對(duì)應(yīng)的頻率都處于頻率特性的高頻段，形成一組小慣性群。例如，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為小慣性環(huán)節(jié)可以合并運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

當(dāng)系統(tǒng)有一組小慣性群時(shí)，在一定的條件下，可以將它們近似地看成是一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)等于小慣性群中各時(shí)間常數(shù)之和。例如：(2-47)

近似條件(2-46)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法（2）高階系統(tǒng)的降階近似處理

上述小慣性群的近似處理實(shí)際上是高階系統(tǒng)降階處理的一種特例，它把多階小慣性環(huán)節(jié)降為一階小慣性環(huán)節(jié)。下面討論更一般的情況，即如何能忽略特征方程的高次項(xiàng)。以三階系統(tǒng)為例，設(shè)其中a，b，c都是正系數(shù)，且bca，即系統(tǒng)是穩(wěn)定的。(2-50)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法降階處理：若能忽略高次項(xiàng)，可得近似的一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為近似條件(2-51)

(2-52)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法（3）低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理表2-9中已經(jīng)指出，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)，即運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法近似條件(2-53)

例如：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法c對(duì)頻率特性的影響圖2-21低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理對(duì)頻率特性的影響返回目錄低頻時(shí)把特性a近似地看成特性b運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.4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

本節(jié)將應(yīng)用前述的工程設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器。主要內(nèi)容為系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)象系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法-IdLUd0Un+--+-UiACR1/RTls+1RTmsU*iUcKsTss+1Id1Ce+E

T0is+11

T0is+1ASR1

T0ns+1

T0ns+1U*nn電流內(nèi)環(huán)圖2-22雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)象運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖繪于圖2-22，它與前述的圖2-6不同之處在于增加了濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定信號(hào)的濾波環(huán)節(jié)。其中T0i—電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0n—轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則：

“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”

從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，逐步向外擴(kuò)展。在這里，首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟：1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算4.電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)2.4.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化內(nèi)容：忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)小慣性環(huán)節(jié)近似處理運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響在按動(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，即E≈0。這時(shí)，電流環(huán)如下圖所示。Ud0(s)+-Ui(s)ACR1/RTls+1U*i(s)Uc

(s)KsTss+1Id

(s)

T0is+11

T0is+1圖2-23電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成U*i(s)/

，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)（圖2-23b）。

+-ACRUc

(s)Ks

/R

(Tss+1)(Tls+1)Id

(s)U*i(s)

T0is+1圖2-23b運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法小慣性環(huán)節(jié)近似處理最后，由于Ts

和T0i

一般都比Tl小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為

T∑i=Ts+Toi

(2-55)

簡(jiǎn)化的近似條件為

(2-56)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡(jiǎn)化成圖2-23c。+-ACRUc

(s)Ks

/R

(Tls+1)(Tis+1)Id

(s)U*i(s)+-ACRUc

(s)Ks

/R

(Tls+1)(Tis+1)Id

(s)U*i(s)圖2-23c運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇典型系統(tǒng)的選擇：從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無(wú)靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，由圖2-23c可以看出，采用I型系統(tǒng)就夠了。從動(dòng)態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值，而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法電流調(diào)節(jié)器選擇圖2-23c表明，電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成典型I型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫(xiě)成（2-57）

式中Ki

—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)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，選擇

則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為圖2-24a所示的典型形式，其中（2-58）（2-59）運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法KIs(Tis+1)Id

(s)+-U*i(s)校正后電流環(huán)的結(jié)構(gòu)和特性

圖2-24校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán)a)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖:

b)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性:

0L/dBci-20dB/dec/s-1-40dB/decT∑i運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算

式（2-57）給出，電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)有：Ki

和i，其中i

已選定，見(jiàn)式（2-58），剩下的只有比例系數(shù)Ki，可根據(jù)所需要的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)選取。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法參數(shù)選擇在一般情況下，希望電流超調(diào)量i<5%，由表2-2，可選=0.707，KI

Ti=0.5，則(2-60)

(2-61)

再利用式（2-59）和式（2-58）得到

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法注意：

如果實(shí)際系統(tǒng)要求的跟隨性能指標(biāo)不同，式（2-60）和式（2-61）當(dāng)然應(yīng)作相應(yīng)的改變。此外，如果對(duì)電流環(huán)的抗擾性能也有具體的要求，還得再校驗(yàn)一下抗擾性能指標(biāo)是否滿足。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法4.電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)模擬式電流調(diào)節(jié)器電路圖中

U*i

—為電流給定電壓；

–Id

—為電流負(fù)反饋電壓；

Uc

—電力電子變換器的控制電壓。圖2-25含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法電流調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計(jì)算公式(2-62)

(2-63)

(2-64)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法設(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.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)2.4.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)

電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此，須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。由圖2-24a可知(2-65)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法傳遞函數(shù)化簡(jiǎn)忽略高次項(xiàng)，上式可降階近似為

(2-66)

近似條件可由式（2-52）求出(2-67)

式中cn—轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法電流環(huán)等效傳遞函數(shù)

接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為U*i(s)，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為(2-68)

這樣，原來(lái)是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以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)。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法物理意義：這就表明，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)）控制的一個(gè)重要功能。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇轉(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2-22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2-26a所示。n

(s)+-Un

(s)ASRCeTmsRU*n(s)Id

(s)

T0ns+11

T0ns+1U*n(s)+-IdL

(s)圖2-26轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化

電流環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法系統(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)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成U*n(s)/，再把時(shí)間常數(shù)為1/KI和T0n的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中（2-69）

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法轉(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

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選擇為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中（見(jiàn)圖2-26b），現(xiàn)在在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型Ⅱ型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

由此可見(jiàn)，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為（2-70）

式中Kn—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)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為（2-72）

則

（2-71）

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

n

(s)+-U*n(s)c)校正后成為典型II型系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括Kn

和n。按照典型Ⅱ型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，由式(2-38)

（2-74）

再由式（2-39）

（2-75）

（2-76）

因此

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法參數(shù)選擇至于中頻寬h應(yīng)選擇多少，要看動(dòng)態(tài)性能的要求決定。無(wú)特殊要求時(shí)，一般可選擇

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法4.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)模擬式轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路圖2-27含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器圖中

U*n

—為轉(zhuǎn)速給定電壓，

-n—為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，

U*i

—調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算(2-77)

(2-78)

(2-79)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法轉(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)系統(tǒng)的組成和調(diào)試工作非常有利。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)舉例：請(qǐng)見(jiàn)教材例題2-1和例題2-2。返回目錄運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法*2.6弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)本節(jié)提要調(diào)壓與弱磁的配合控制非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)弱磁過(guò)程的直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型和弱磁控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法*2.6.1調(diào)壓與弱磁的配合控制概述

在他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法中，前面討論的調(diào)電壓方法是從基速（即額定轉(zhuǎn)速nN）向下調(diào)速。如果需要從基速向上調(diào)速，則要采用弱磁調(diào)速的方法，通過(guò)降低勵(lì)磁電流，以減弱磁通來(lái)提高轉(zhuǎn)速。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

兩種調(diào)速方式1.恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式按照電力拖動(dòng)原理，在不同轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，為了充分利用電機(jī)，都應(yīng)使電樞電流達(dá)到其額定值IN。于是，由于電磁轉(zhuǎn)矩Te

=Km

Id，在調(diào)壓調(diào)速范圍內(nèi)，因?yàn)閯?lì)磁磁通不變，容許的轉(zhuǎn)矩也不變，稱作“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式”。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法2.恒功率調(diào)速方式而在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱，容許的轉(zhuǎn)矩不得不減少，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積則不變，即容許功率不變，是為“恒功率調(diào)速方式”。運(yùn)動(dòng)控制