電力拖動自動控制系統(tǒng)第二章

電力拖動自動控制系統(tǒng)第二章第1頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章多環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)本章提要?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)的動態(tài)特性?調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法?按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)?轉(zhuǎn)速超調(diào)的抑制—轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋

?弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)第2頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章多環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)多環(huán)系統(tǒng)是指有內(nèi)環(huán)、外環(huán)，按一環(huán)套一環(huán)的嵌套結(jié)構(gòu)組成的具有兩個或兩個以上閉環(huán)的控制系統(tǒng)，又稱串級系統(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)。本章此調(diào)速系統(tǒng)為重點(diǎn)著重闡明其控制規(guī)律、性能特點(diǎn)和設(shè)計方法，是各種交、直流電力拖動自動控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。第3頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章多環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速

系統(tǒng)及其靜特性本節(jié)提要

□問題的提出□轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成

□雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性□各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算

第4頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性一、問題的提出1.采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，既保證系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性，又能做到轉(zhuǎn)速無靜差，解決了動、靜態(tài)的矛盾。2.系統(tǒng)的動態(tài)特性要求較高時，不能滿足要求。

例如：要求快速起制動、突加負(fù)載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。

主要原因：單閉環(huán)系統(tǒng)中不能直接控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程。一切擾動均要等到轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后再進(jìn)行調(diào)整。存在調(diào)節(jié)時間長、超調(diào)大等問題。第5頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)?設(shè)計的調(diào)節(jié)器的動態(tài)參數(shù)，難以保證兩種調(diào)節(jié)過程都具有良好的動態(tài)品質(zhì)。用一個調(diào)節(jié)器綜合了多種信號，各參數(shù)間相互影響。完成兩種任務(wù)：正常負(fù)載時實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；電流超過臨界值時，進(jìn)行電流調(diào)節(jié)。?對擾動的抑制能力差：環(huán)內(nèi)的任何擾動，只有等到轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差才能進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而轉(zhuǎn)速動態(tài)降落Δn大。第6頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性?電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)來限制起動電流，不能充分利用電動機(jī)的過載能力獲得最快的動態(tài)響應(yīng)。起動過程中要等到電樞電流上升到時，截流負(fù)反饋起作用又把電流壓了下來，僅靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，其性能還不很令人滿意（起動過程長）。

理想起動過程應(yīng)該在過渡過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，立即轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。第7頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性◎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)起動過程如右圖所示，起動電流達(dá)到最大值Idm

后，電流截止負(fù)反饋起作用，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋限制電流，Id下降，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加速過程延長。帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)IdLntIdOIdmIdcrn第8頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性理想起動過程波形如右圖所示。根據(jù)電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程：Jdω/dt=Te-Tl=Cm(Id-Il)，動態(tài)時要控制n，就必須控制T，也即Id。這時，起動電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動過程。

理想的快速起動過程IdLntIdOIdmn電機(jī)允許的最大值充分利用電機(jī)最大電流能力，維持Idm不變，Jdω/dt恒定。M以最大加速度n線性起動。也可通過調(diào)整Idm實(shí)現(xiàn)慢速起動。第9頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性3.解決思路為了實(shí)現(xiàn)在最大電流允許條件下的最快起動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過程，即對電流進(jìn)行控制。

①按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負(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。

②當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時，有Te=Tl，即Id=Il，這時，Jdω/dt=0，電機(jī)穩(wěn)速。第10頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性◎?qū)刂葡到y(tǒng)的要求：（1）起動過程中，只有電流負(fù)反饋，實(shí)現(xiàn)最大電流起動，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。（2）達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時，電流立即降為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行值。這時轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起作用。

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？只用一個調(diào)節(jié)器時不可能的，必須用兩個調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)n和I，構(gòu)成轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。第11頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性二、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)行串級聯(lián)接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出晶閘管觸發(fā)裝置的控制電壓，這樣兩種調(diào)節(jié)作用就互相配合，相輔相成了，如下圖所示。第12頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性系統(tǒng)組成ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR—電流調(diào)節(jié)器TG—測速發(fā)電機(jī)TA—電流互感器V、GT—晶閘管整流、觸發(fā)裝置電流檢測采用三相交流電流互感器++-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd++-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLMMTGUPE雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖第13頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性動態(tài)（n增、減速過程，要求電流控制）—電流負(fù)反饋→PI調(diào)節(jié)器，以獲得良好的靜、動態(tài)性能。靜態(tài)（穩(wěn)速）—轉(zhuǎn)速負(fù)反饋→PI調(diào)節(jié)器，以獲得良好的靜、動態(tài)性能。結(jié)構(gòu)—電流環(huán)→內(nèi)環(huán)

轉(zhuǎn)速環(huán)→外環(huán)ASR→設(shè)置輸出限幅→限制最大電流。ACR→設(shè)置輸出限幅Uctm

→限制晶閘管整流電壓最大值Udom。第14頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性?限幅電路二極管鉗位的外限幅電路C1R1R0RlimVD1VD2第15頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性?電流檢測電路TATA—電流互感器第16頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其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。第17頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性三、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性1.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖限幅電路第18頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性分析靜特性的關(guān)鍵是掌握的PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特性（存在兩種狀況）：?飽和——輸出達(dá)到限幅值此時，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使調(diào)節(jié)器退出飽和，否則，飽和的調(diào)節(jié)器暫時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)。?非飽和——輸出未達(dá)到限幅值此時，反饋信號緊緊跟隨給定信號，穩(wěn)態(tài)時，ΔU＝0。正常運(yùn)行時，ACR不會達(dá)到飽和的。對于靜特性來說，只要ASR有飽和非飽和兩種情況。第19頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性2.系統(tǒng)靜特性①

ASR不飽和這是ACR也不飽和，穩(wěn)態(tài)時兩個調(diào)節(jié)器的輸入ΔU＝0。ΔUn＝0（轉(zhuǎn)速無靜差），ΔUi＝0（電流無靜差）。即ASR不飽和，運(yùn)行段為一水平的直線，直線為→即靜特性的n0-A段（水平段）段,n0為理想空載轉(zhuǎn)速第20頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性靜特性水平段：ASR、ACR均起調(diào)節(jié)作用。ASR采用的是PI調(diào)節(jié)器，所以特性為無靜差（一條水平線），起主導(dǎo)作用。下垂段：ASR飽和，ACR起調(diào)節(jié)作用。電流環(huán)起主導(dǎo)作用，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)。實(shí)際靜特性（由于放大器的放大倍數(shù)不是∞）Idm都是大于額定電流IdN

的第21頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性②ASR飽和ASR飽和：a.

U*n起動，n=0b.U*n↓=0，ASR輸入只剩Un（負(fù)飽和）c.n

=0堵轉(zhuǎn)ASR飽和，轉(zhuǎn)速外環(huán)開環(huán)。穩(wěn)態(tài)時，ASR輸出：U*im=βIdm，此時系統(tǒng)變成一個電流無靜差單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。這一特性正好適合理想快速起動過程對I

d的要求。即靜特性的A-B段，系統(tǒng)獲得一很好的下垂特性。（與n無關(guān)）第22頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性◎說明：

①最大電流選定：Idm=（1.5~2）Idnoma.取決于電機(jī)的過載能力

b.拖動系統(tǒng)允許的加速度（沖擊力矩）。②靜特性只適用于情況，時，，ASR將退出飽和。◎結(jié)論：

①Id<Idm時，系統(tǒng)→轉(zhuǎn)速無靜差，ASR起主要作用。

②Id=Idm時，ASR輸出達(dá)到飽和（轉(zhuǎn)速環(huán)即失去作用），系統(tǒng)→電流無靜差，ACR起主要作用，維持Id

不變，得到過電流的自動保護(hù)。第23頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性這就是采用了兩個PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個閉環(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，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。第24頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性四、各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和（ΔU＝0）時，各變量之間有下列關(guān)系：系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn)（C點(diǎn)）運(yùn)行n0IdIdmIdlOnABC?n=n0，Id=Idl上式表明：轉(zhuǎn)速n是由給定電壓U*n決定的。第25頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性表明：U*i（ASR的輸出）由負(fù)載電流IdL

決定。表明：控制電壓Uct的大小則同時取決于n

和Id，或者說，同時取決于U*n

和IdL。以上各式說明：穩(wěn)態(tài)時，PI調(diào)節(jié)器輸出量與輸入無關(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。它不同于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。第26頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性穩(wěn)態(tài)參數(shù)（α

和β

）計算：由于系統(tǒng)無靜差，穩(wěn)態(tài)時，PI調(diào)節(jié)器的輸入電壓為0（ΔU＝0），給定電壓與反饋電壓相等。（1）電流環(huán)的β

ΔU

i＝0，

U*im=βIdm

電流反饋系數(shù)首先確定Idm（電機(jī)的過載能力、機(jī)械承受沖擊力）。然后，可以選擇U*im（ASR的輸出限幅值），求出β

?；蜻x擇β，求U*im。第27頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性（2）轉(zhuǎn)速環(huán)的α

ΔUn＝0，U*nm=n

max

轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)n

max—電動機(jī)調(diào)壓時的最高轉(zhuǎn)速。U*nm—根據(jù)運(yùn)算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的情況選定，穩(wěn)壓電源要留有余量。注：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)（根據(jù)D和S）完全不同。第28頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章多環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性本節(jié)提要□雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型□突加給定起動過程分析

□動態(tài)抗擾性能分析□轉(zhuǎn)速、電流兩個調(diào)節(jié)器的作用第29頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性一、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(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)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。其中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)WASR(s)和WACR(s)均采用PI調(diào)節(jié)器：則得系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)如下圖所示。第30頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)：

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1R

TmsKsTss+1ACR

U*iUi--EIdIdL雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖-Uct第31頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性二、突加給定起動過程分析前已指出，設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近理想起動過程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能時，首先分析它的起動過程。

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)起動時，其系統(tǒng)狀態(tài)：Un*=0，Ui=0，Uct=0，

n=0，Ui*=0，Ud0=0。當(dāng)輸入一階躍信號時，系統(tǒng)進(jìn)入起動過程。

第32頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性

1.起動過程波形分析分析起動過程：

按照ASR由不飽和→飽和

飽和→退飽和這一過程是由電流調(diào)節(jié)→轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。三個階段（如圖所示）：

①未飽和→飽和I（t=0~t1）

②飽和Ⅱ（t=t1~t2）

③退出飽和Ⅲ（t=t2~t4）第33頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形第34頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性（1）第I階段ASR由未飽和→飽和（0~t1）—電流上升階段?突加U

n*→ΔU

n=Un*-Un≈U

n*很大→ASR

迅速飽和→Ui*＝Uim*→Uct↑→Ud0↑→I

d↑迅速上升。?當(dāng)I

d≥IdL

后→n開始↑(緩慢。這由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長)→當(dāng)t=t1，Id↑≈Idm，此時ASR的輸入偏差電壓ΔUn的值仍較大，保持Ui＝Uim*。如下圖所示。Un=0，由于n=0第35頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性本階段：ASR由不飽和迅速飽和（Un增長慢）。

ACR不飽和（Ui增長快）。IdL

Id

n

n*

Idm

OOⅠⅡⅢt4

t3t2

t1tt穩(wěn)態(tài)值負(fù)載電流最大電流第36頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性（2）第Ⅱ階段ASR飽和（t1~t2）—恒流升速階段

①轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)②電流環(huán)起主導(dǎo)作用這時，Id=Idm，可能繼續(xù)↑(取決ACR的結(jié)構(gòu)和參數(shù))→Ui>Uim*→ΔUi=反號→Uct↓→Udo↓→I

d↓≈Idm（Id略低于Idm）且維持→n↑(直線)。

Udo↑=id

R+Cen↑+L

did/dt↓

Uct↑n↑→Udo↑→Uct↑

ΔUi=Uim*-Ui=常數(shù)，以維持Uct↑保持不變=0第37頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性第38頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性

◎本階段說明：?由于n的線性增長，使E為一個線性漸增的干擾量，ACR起調(diào)節(jié)作用，使Uct和Ud0基本上線性增長；?調(diào)整過程中，I

d略低于Idm，保證ΔUi>0，Uct線性上升。恒流升速階段是起動過程中的主要階段。為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在起動過程中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)計時必須注意的。第39頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性（3）第Ⅲ階段ASR退飽和（t2~t4）?當(dāng)t=t2，ΔUn＝0(n＝n*)→ASR仍飽和→Ui≈Uim*→I

d≈Idm>I

dL→n↑>n*（超調(diào)）→ΔUn=反號→Ui*↓<Uim*（ASR退飽和）→Uct↓→Id↓>I

dL，n↑。IdL

Id

n

n*

Idm

OOⅠⅡⅢt4

t3t2

t1

ttt2~t3之間Id不立即減少的原因是主電路中有L存在第40頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性第Ⅲ階段（續(xù)）?當(dāng)t=t3，Id=I

dL→Te=T

L→

dn/dt=0，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值。此后，電動機(jī)開始在負(fù)載的阻力下（t3~t4）→I

d<I

dL→n↓第41頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性第Ⅲ階段（續(xù)）?當(dāng)t=t4，n↓→n*進(jìn)入穩(wěn)態(tài)（如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，轉(zhuǎn)速n可能會經(jīng)過幾次振蕩，但轉(zhuǎn)速環(huán)會進(jìn)行調(diào)節(jié)）。Un=αn*=Un*Ui*=UI=βIdL第42頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性◎本階段說明：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，電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。?ASR和ACR同時參與調(diào)節(jié)；?ACR的調(diào)節(jié)受ASR輸出的支配。第43頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程的特點(diǎn)（1）

飽和非線性控制（或稱變結(jié)構(gòu)控制）根據(jù)ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：?當(dāng)ASR飽和時，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)系統(tǒng)，ASR輸出的限幅值，使起動過程中電流不超過允許的最大電流，且恒定；?當(dāng)ASR不飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個系統(tǒng)是一個無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動系統(tǒng)。第44頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)由于采用PI調(diào)節(jié)器作為ASR（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器）實(shí)現(xiàn)了飽和非線性控制，起動過程結(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，從而真正發(fā)揮線性調(diào)節(jié)作用。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)。第45頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性（3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制起動過程中能以所允許最大電流起動，主要表現(xiàn)在第II階段的恒流升速，它的特征是電流保持恒定。一般選擇為電動機(jī)允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動機(jī)的過載能力，使起動過程盡可能最快。起動過程的第II階段屬于有限制條件的最短時間控制。因此，整個起動過程可看作為是一個準(zhǔn)時間最優(yōu)控制（與時間最優(yōu)控制有區(qū)別，如第Ⅲ階段）。第46頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性最后，應(yīng)該指出，對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性能，卻不能產(chǎn)生回饋制動，在制動時，當(dāng)電流下降到零以后，只好自由停車。必須加快制動時，只能采用電阻能耗制動或電磁抱閘。第47頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性三、動態(tài)抗擾性能分析

一般來說，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動態(tài)性能。對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負(fù)載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動的性能。

第48頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性1.動態(tài)跟隨性能在起動、升速時，由于電流環(huán)具有很快的動態(tài)跟隨性能，因此，動態(tài)跟隨性能雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)比單閉環(huán)強(qiáng)得多（電流環(huán)保證最大電流起動）。在停車、減速時，由于是不可逆的電力電子變換器，不能產(chǎn)生回饋制動，在制動時，當(dāng)電流下降到零以后，只好自由停車（靠負(fù)載阻力停車），因此動態(tài)跟隨性能變差。

設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，要求電流內(nèi)環(huán)應(yīng)具有良好的跟隨性能。第49頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性2.動態(tài)抗擾性能①抗負(fù)載擾動

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1R

TmsKsTss+1ACR

U*iUi--EId±?IdL直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗負(fù)載擾作用Uct第50頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性由雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以看出，負(fù)載擾動作用在電流環(huán)之外，轉(zhuǎn)速環(huán)之內(nèi)，所以雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在抗負(fù)載擾動方面和單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)一樣，只能依靠轉(zhuǎn)速環(huán)來進(jìn)行抗擾調(diào)節(jié)。

I

dL↑→n↓→Un↓→

ΔUn↑→Ui*↑→I

d↑→n↑

因此，由轉(zhuǎn)速環(huán)來克服負(fù)載擾動

。在設(shè)計ASR時，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。

第51頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性②抗電網(wǎng)電壓擾動

直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾作用a)單閉環(huán)系統(tǒng)Uct第52頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性△U

d—電網(wǎng)電壓波動在整流電壓上的反映-IdL±?Udb)雙閉環(huán)系統(tǒng)

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

U*iUi--EUct第53頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性由動態(tài)結(jié)構(gòu)圖知：電網(wǎng)電壓擾動在電流環(huán)之內(nèi)，電壓擾動尚未影響到轉(zhuǎn)速前就已經(jīng)為電流環(huán)所抑制。因而雙環(huán)系統(tǒng)中電網(wǎng)電壓擾動引起的動態(tài)速降（升）比單環(huán)小得多。

u~↓(Uct不變)→Ud0↓=id↓R+Cen

→Ui↓→Uct↑→Ud0↑因此，電網(wǎng)電壓擾動由電流環(huán)起調(diào)節(jié)作用。不變（雙閉環(huán)的另一個特點(diǎn)）首先引起id變化第54頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性◎?qū)Ρ确治?在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個環(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)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動引起的轉(zhuǎn)速動態(tài)變化會比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。第55頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性四、兩個調(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：1.ASR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。（4）變結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)非線性控制。第56頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性ACR的作用（1）對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。（2）在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，使電流緊緊跟隨其Ui*快速變化，并無靜差。（3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。（4）當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來說是十分重要的。第57頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章多環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法本節(jié)提要

□問題的提出□工程設(shè)計方法的基本思想□控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)□典型系統(tǒng)及性能

□典型I型系統(tǒng)參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系

□典型Ⅱ型系統(tǒng)參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系

□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

第58頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法一、問題的提出1.必要性用經(jīng)典的動態(tài)校正方法設(shè)計調(diào)節(jié)器須同時解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動態(tài)性能要求。該方法比較復(fù)雜，沒有固定模式，需要設(shè)計者有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗，而初學(xué)者則不易掌握，所以有必要建立實(shí)用的設(shè)計方法→工程設(shè)計方法。第59頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法2.可能性①控制理論的發(fā)展使其成為可能。②電子元件的發(fā)展，如晶閘管等，以及集成電路，特別是運(yùn)算放大器的發(fā)展，可以很方便地組成P、PI、PID等調(diào)節(jié)器，從而實(shí)現(xiàn)比例、積分、微分控制規(guī)律。③大多數(shù)的電力拖動自動控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)近似。通過對少數(shù)典型系統(tǒng)的研究，找出各種參數(shù)與系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)系，寫成簡單的公式或制成圖表，那么只要將實(shí)際系統(tǒng)校正或簡化成典型系統(tǒng)的形式，就可以用這些公式或圖表進(jìn)行設(shè)計。這樣，就有了建立工程設(shè)計方法的可能性。第60頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法3.設(shè)計方法的原則：（1）概念清楚、易懂；（2）計算公式簡明、好記；（3）不僅給出參數(shù)計算的公式，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，同樣給出簡單的計算公式；（5）適用于各種可以簡化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。第61頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法二、工程設(shè)計方法的基本思想把問題簡化，分兩步：?

先穩(wěn)態(tài)設(shè)計

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。?后動態(tài)設(shè)計選擇調(diào)節(jié)器（ASR、ACR）的參數(shù)，以滿足動態(tài)性能指標(biāo)的要求。第62頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法2.典型化—原控制對象不是典型系統(tǒng)，利用各種方法變成典型系統(tǒng)。3.典型系統(tǒng)典型I型系統(tǒng)典型Ⅱ型系統(tǒng)事先將典型系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)列出圖表。將控制對象校正成為典型I型系統(tǒng)或Ⅱ型系統(tǒng)（只采用少量典型系統(tǒng)），根據(jù)圖表選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)。第63頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法三、控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)自動控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)包括：?跟隨性能指標(biāo)?抗擾性能指標(biāo)1.對給定輸入跟隨能力的性能指標(biāo)：在給定信號或參考輸入信號的作用下，系統(tǒng)輸出量的變化情況可用跟隨性能指標(biāo)來描述。常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有:?tr—上升時間

?σ

—超調(diào)量?ts—調(diào)節(jié)時間

第64頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法系統(tǒng)典型的階躍響應(yīng)曲線±5%（或±2%）Otrts超調(diào)量σ=(Cmax-C∞)/C∞╳100%。反應(yīng)系統(tǒng)相對穩(wěn)定性，σ

系統(tǒng)穩(wěn)定性越好上升時間。反應(yīng)系統(tǒng)快速性調(diào)節(jié)時間。反應(yīng)系統(tǒng)跟隨的快速性能，ts小說明系統(tǒng)的快速性好第65頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法對擾動輸入抵抗能力的性能指標(biāo)系統(tǒng)：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行→受擾→穩(wěn)態(tài)

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

?Cmax—動態(tài)降落?tv—恢復(fù)時間一般來說，調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主，而隨動系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo)則以跟隨性能為主。經(jīng)過擾動動態(tài)過程后又打到的穩(wěn)態(tài)第66頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法突加擾動的動態(tài)過程和抗擾性能指標(biāo)tmtvO±5%（或±2%）Cb動態(tài)降落突加階躍擾動恢復(fù)時間輸出量原穩(wěn)態(tài)值輸出量經(jīng)過擾動動態(tài)過程后達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值粗略地說，階躍擾動下輸出的動態(tài)降落越小，恢復(fù)得越快（?Cmax小、tv?。?，說明系統(tǒng)的抗擾能力越強(qiáng)。第67頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法第68頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法四、典型系統(tǒng)及性能1.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R(s)C(s)第69頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法自動控制理論已經(jīng)證明第70頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法2.典型I型系統(tǒng)①結(jié)構(gòu)圖與傳遞函數(shù)式中T—系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)

（系統(tǒng)固有，不變）；K—系統(tǒng)的開環(huán)增益（可變）。第71頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法②開環(huán)對數(shù)頻率特性dB/decdB/dec截止頻率相角穩(wěn)定余量第72頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法③性能特性典型的I型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，其對數(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)定裕度對于給定作用的跟隨性是一階無靜差，σ

%較小，但抗擾能力稍差。有足夠的穩(wěn)定裕度第73頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法典型Ⅱ型系統(tǒng)①結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)是Ⅱ型系統(tǒng)中最簡單且穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。許多采用PI調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)都可以成這種結(jié)構(gòu)形式。第74頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法②開環(huán)對數(shù)頻率特性dB/decdB/decdB/dec第75頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法或?qū)τ诮o定作用的跟隨性是二階無靜差，而且可以得到比較好的抗擾性能，但σ

%

較大。第76頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法五、典型I型系統(tǒng)參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系（一）參數(shù)典型I型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)包含兩個參數(shù)：開環(huán)增益K

和時間常數(shù)T

。其中，時間常數(shù)T

在實(shí)際系統(tǒng)中往往是控制對象本身固有的，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)計時，需要按照性能指標(biāo)選擇參數(shù)K

的大小。第77頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法1.K

與開環(huán)對數(shù)頻率特性的關(guān)系下圖繪出了在不同K

值時典型I型系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性，箭頭表示K值增大時特性變化的方向。第78頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法第79頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法下面將用數(shù)字定量地表示K

值與各項性能指標(biāo)之間的關(guān)系。（二）性能指標(biāo)1.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)可用不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差來表示I型系統(tǒng)在不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差輸入信號階躍輸入斜坡輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差

0v0/K

第80頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法由上表可見：?在階躍輸入下的I型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時是無差的；?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系統(tǒng)。第81頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法（2）動態(tài)跟隨性能指標(biāo)典型I型系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)：二階系統(tǒng)二階系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式

K、T與標(biāo)準(zhǔn)形式中的參數(shù)的換算關(guān)系：且有自然振蕩角頻率阻尼比第82頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法?二階系統(tǒng)的性質(zhì)

?當(dāng)

ξ

<1時，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)是欠阻尼的振蕩特性；

?當(dāng)ξ

>1時，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)是過阻尼的單調(diào)特性；

?當(dāng)

ξ

=1時，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)是臨界阻尼。由于過阻尼特性動態(tài)響應(yīng)較慢，所以一般常把系統(tǒng)設(shè)計成欠阻尼狀態(tài)，即

0<

ξ

<1由于在典型I系統(tǒng)中

KT<1，得

ξ

>0.5。因此在典型I型系統(tǒng)中應(yīng)取第83頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法超調(diào)量上升時間峰值時間通過式各參數(shù)之間的關(guān)系，若已知K、T→求出、ξ

→再求出各項性能指標(biāo)。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)動態(tài)指標(biāo)計算公式第84頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法典型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（ξ與KT的關(guān)系服從于式（?））

具體選擇參數(shù)時，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

上升時間tr峰值時間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第85頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法2.典型I型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系（1）穩(wěn)態(tài)抗擾性能指標(biāo)：由于擾動輸入為階躍信號，其輸出為無靜差。即，系統(tǒng)受擾后可完全恢復(fù)。（2）動態(tài)抗擾性能指標(biāo)典型I型系統(tǒng)擾動F作用下的典型I型系統(tǒng)a）只討論抗擾性能時，令輸入作用R=0第86頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法上圖是在擾動F

作用下的典型I型系統(tǒng)，其中，W1(s)是擾動作用點(diǎn)前面部分的傳遞函數(shù)，后面部分是W2(s)

。在一個系統(tǒng)中，擾動作用點(diǎn)是不同的，某種定量的抗擾性能指標(biāo)只適用于一種特定的擾動作用點(diǎn)。因此，分析抗擾性能指標(biāo)較復(fù)雜。

在此只分析W1(s)、W2

(s)各是一種特定形式的抗擾性能，其它情況可仿此處理。

第87頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法上述結(jié)構(gòu)圖形式相當(dāng)于雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的電流環(huán)，抗擾作用點(diǎn)F相當(dāng)于電網(wǎng)電壓擾動。ACRW1(s)W2(s)第88頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法由圖b）得階躍擾動作用下的輸出變化量階躍擾動：輸出變化量：拉氏反變換后當(dāng)KT=0.5時:第89頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系(控制結(jié)構(gòu)和擾動作用點(diǎn)如圖b）所示，已選定的參數(shù)關(guān)系KT=0.5)55.5%33.2%18.5%12.9%tm

/T2.83.43.84.0tv

/T14.721.728.730.4從上表可以看到，當(dāng)控制對象的兩個時間常數(shù)相距較大時，動態(tài)降落減小，但恢復(fù)時間卻拖得較長。Cb=FK2/2第90頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法六、典型Ⅱ型系統(tǒng)參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系（一）參數(shù)

在典型Ⅱ型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)式中，與典型I型系統(tǒng)相仿，時間常數(shù)T

也是控制對象固有的。所不同的是，待定的參數(shù)有兩個：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，引入一個新的變量如下圖，令第91頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法?典型Ⅱ型系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性0-20

/s-1

c

=1–20dB/dec–40dB/dec–40dB/dec典型Ⅱ型系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性和中頻寬中頻寬度第92頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法典型Ⅱ型系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性的參數(shù)有三個：

，和。這三個參數(shù)一經(jīng)選定，該系統(tǒng)就完全確定了。?中頻寬h

由圖可見，h是斜率為–20dB/dec的中頻段的寬度（對數(shù)坐標(biāo)），稱作“中頻寬”。由于中頻段的狀況對控制系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)起著決定性的作用，因此h

值是一個很關(guān)鍵的參數(shù)。

第93頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法從頻率特性上看：∵T

一定，改τ

→便改h

改K

→便改h和也能決定τ

和K

①h與γ

的關(guān)系：h↑，γ↑(↓)，∵T不變。②系統(tǒng)響應(yīng)快慢與的關(guān)系：

大響應(yīng)快，小響應(yīng)慢。對典型Ⅱ型系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計便歸結(jié)為h和的這兩個參數(shù)的選擇問題。第94頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法?參數(shù)之間的一種最佳配合

采用“振蕩指標(biāo)法”中的閉環(huán)幅頻特性的諧振峰值最小準(zhǔn)則，可以找到和兩個參數(shù)之間的一種最佳配合：只要按照動態(tài)性能指標(biāo)的要求確定了h

值，就可以代入這兩個公式計算K和τ

，并由此計算調(diào)節(jié)器的參數(shù)。第95頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法（二）性能指標(biāo)1.典型Ⅱ型系統(tǒng)參數(shù)和的跟隨性能指標(biāo)關(guān)系（1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)

Ⅱ型系統(tǒng)在不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差列于如下表Ⅱ型系統(tǒng)在不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差輸入信號階躍輸入斜坡輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差00在階躍和斜坡輸入下，II型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時均無差加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差與開環(huán)增益K成反比第96頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法（2）動態(tài)跟隨性能指標(biāo)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）

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第97頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法2.典型Ⅱ型系統(tǒng)參數(shù)和抗擾性能指標(biāo)的關(guān)系

（1）穩(wěn)態(tài)抗擾性能指標(biāo)：由于擾動輸入為階躍信號，其輸出為無靜差。即，系統(tǒng)受擾后可完全恢復(fù)。

（2）動態(tài)抗擾性能指標(biāo)研究結(jié)構(gòu)圖形式相當(dāng)于雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速環(huán)，擾動作用點(diǎn)F

相當(dāng)于負(fù)載擾動。a)第98頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法?抗擾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

典型II型系統(tǒng)在某種擾動作用下的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖+0-+b)?動擾系統(tǒng)的輸出響應(yīng)在階躍擾動下:第99頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法由上式可以計算出對應(yīng)于不同h值的動態(tài)抗擾過程曲線ΔC(t)，從而求出各項動態(tài)抗擾性能指標(biāo)，列于如下表中。在計算中，為了使各項指標(biāo)都落在合理的范圍內(nèi)，取輸出量基準(zhǔn)值為Cb=2FK2T

。典型Ⅱ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系

（控制結(jié)構(gòu)和階躍擾動作用點(diǎn)如圖b），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第100頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法由上表中的數(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，這個趨勢與跟隨性能指標(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，由于振蕩次數(shù)的增加，

h再小，恢復(fù)時間

tv

反而拖長了。?分析結(jié)果由此可見，h=5是較好的選擇，這與跟隨性能中調(diào)節(jié)時間最短的條件是一致的。因此，把典型Ⅱ型系統(tǒng)跟隨和抗擾的各項性能指標(biāo)綜合起來看，h=5應(yīng)該是一個很好的選擇。第101頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法?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)量相對較大，抗擾性能卻比較好。這是設(shè)計時選擇典型系統(tǒng)的重要依據(jù)。第102頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法七、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)的典型化前面討論了兩類典型系統(tǒng)及其參數(shù)的選擇方法。在電力拖動自動控制系統(tǒng)中，大部分調(diào)節(jié)對象只要配上適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)器，就可以校正成典型系統(tǒng)。但有一些實(shí)際系統(tǒng)不可能校正成典型形式，需要經(jīng)過近似處理，才能使用本章討論的工程設(shè)計方法。本節(jié)首先概況一下調(diào)節(jié)器的選擇方法，然后著重討論低頻段大慣性環(huán)節(jié)和高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理。第103頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法（一）調(diào)節(jié)器的選擇?基本思路:?首先根據(jù)性能要求，確定

將控制對象校正成為典型I、Ⅱ型系統(tǒng)（與調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)有關(guān)）。?選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)器，將控制對象校正成希望的典型系統(tǒng)。系統(tǒng)校正控制對象

調(diào)節(jié)器

輸入輸出典型系統(tǒng)

輸入輸出串聯(lián)校正第104頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法?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)的控制對象和應(yīng)該選擇的相應(yīng)調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)列于表a和表b中，表中還給出了參數(shù)配合關(guān)系。有時僅靠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。第105頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法表a校正成典型I型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇控制對象調(diào)節(jié)器參數(shù)配合T1、T2

T3T1

T2第106頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法表b校正成典型II型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇控制對象調(diào)節(jié)器參數(shù)配合認(rèn)為：

認(rèn)為：

第107頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法（二）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)中往往有若干個小時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，這些小時間常數(shù)所對應(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)的開環(huán)傳遞函數(shù)為小慣性環(huán)節(jié)可以合并第108頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法當(dāng)系統(tǒng)有一組小慣性群時，在一定的條件下，可以將它們近似地看成是一個小慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)等于小慣性群中各時間常數(shù)之和。例如：近似條件：第109頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法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。以三階系統(tǒng)為例，設(shè)其中，a，b，c都是正系數(shù)，且bc>a，即系統(tǒng)是穩(wěn)定的。第110頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法?降階處理若能忽略高次項，可得近似的一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為?近似條件第111頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法3.低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理表b中已經(jīng)指出，當(dāng)系統(tǒng)中存在一個時間常數(shù)特別大的慣性環(huán)節(jié)時，可以近似地將它看成是積分環(huán)節(jié)，即?近似條件例如：第112頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法?對頻率特性的影響

c

低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理對頻率特性的影響低頻時把特性a近似地看成特性b對系統(tǒng)動態(tài)性能影響不大第113頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章多環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)§2-4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

本節(jié)提要

□雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)□雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計□雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計□轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計算□雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計舉例

第114頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一種多環(huán)系統(tǒng)。設(shè)計多環(huán)系統(tǒng)的一般原則：

“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”

從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展，一環(huán)一環(huán)地進(jìn)行設(shè)計。因此在這里，首先設(shè)計好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。

第115頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)對于每一個閉環(huán)，設(shè)計方法都是類似的：①按工藝要求確定需要設(shè)計成哪一類典型系統(tǒng)；②選配適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)器；③應(yīng)用前述的工程設(shè)計方法選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使系統(tǒng)的性能指標(biāo)符合設(shè)計要求。第116頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)一、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)：-IdLUd0Un+--+-UiACR1/RTls+1RTmsU*iUcKsTss+1Id1Ce+E

T0is+11

T0is+1ASR1

T0ns+1

T0ns+1U*nn

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

第117頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動態(tài)結(jié)構(gòu)圖與前面接觸到的結(jié)構(gòu)圖的區(qū)別增加了濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個給定信號的濾波環(huán)節(jié)。其中反饋：測速發(fā)電機(jī)輸出電壓含有電機(jī)的換向紋波，需要濾波。因而反饋信號帶來延滯。給定：使給定信號和反饋信號經(jīng)過同樣的延滯延滯。轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)電流反饋濾波時間常數(shù)反饋：電流檢測信號中常含有交流分量，需要低通濾波。給定：道理同上。（補(bǔ)償反饋通道這一慣性作用。）調(diào)速系統(tǒng)的其它部分與以前一樣。第118頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)二、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計◎設(shè)計分為以下幾個步驟：1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化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)計算4.電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化簡化內(nèi)容?忽略反電動勢的動態(tài)影響?等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)?小慣性環(huán)節(jié)近似處理第119頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)①忽略反電動勢的動態(tài)影響及條件轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)：-IdLUd0Un+--+-UiACR1/RTls+1RTmsU*iUcKsTss+1Id1Ce+E

T0is+11

T0is+1ASR1

T0ns+1

T0ns+1U*nn電流內(nèi)環(huán)遇到的問題：反電勢E產(chǎn)生的交叉反饋（E在外環(huán)）第120頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)?忽略反電勢E

電流調(diào)節(jié)過程比轉(zhuǎn)速和反電動勢的變化過程快得多，在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，即ΔE≈0。這時，電流環(huán)如下圖所示。?忽略E條件：第121頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)②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環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成U*i(s)/β

，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)：+-ACRUc

(s)Ks

/R

(Tss+1)(Tls+1)Id

(s)U*i(s)

T0is+1第122頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)③小慣性環(huán)節(jié)近似處理最后，由于Ts和Toi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慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為

T∑i=Ts+Toi簡化的近似條件為：電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡化成：+-ACRUc

(s)

Ks

/R

(Tls+1)(Tis+1)Id

(s)U*i(s)

第123頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇?典型系統(tǒng)的選擇對電流環(huán)的要求：(a)希望其跟隨性能好（快）(b)具有保護(hù)特性(c)對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用

已知：跟隨性能好→選擇典型I型系統(tǒng)

抗擾性能好→選擇典型Ⅱ型系統(tǒng)

經(jīng)查表知，典型I和典型Ⅱ抗擾性能接近。所以電流環(huán)一般應(yīng)選典型I型，在這種情況下，跟隨性能好，而抗擾性能也不差。第124頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)?電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇

從電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的最終簡化形式表明，電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，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)可以寫成第125頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對象的大時間常數(shù)極點(diǎn)對消，選擇

則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為典型I形式，其中式中Ki

—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；

τi

—電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。第126頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)?校正后電流環(huán)的結(jié)構(gòu)和特性KIs(Tis+1)Id

(s)+-U*i(s)

0L/dB

ci-20dB/dec

/s-1-40dB/decT∑i①動態(tài)結(jié)構(gòu)圖:②開環(huán)對數(shù)幅頻特性:第127頁，課件共184頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)有：Ki和τi其中（Tl為已知參數(shù)）剩下的只有比例系數(shù)

Ki，可根據(jù)所需要的動態(tài)性能指標(biāo)選取。在一般情況下，希望電流超調(diào)量σi

<5%，查表可知，可選ξ

=0.707，KIT∑i=0.5，則（2