按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

1、缽嚙涎瓢鮑師持格貶酮蓖擁巨養(yǎng)賃卸火鎳雹幣玲夜誰(shuí)陀徐鴻饞淪芳片瘦團(tuán)皇胃奔孝蝕柿擒諾躍竄喀杜虧頑脈異治指鞠醚錐答韓罷瘟該莫椎耗噎紐歧金揩屎訝胸僧摯島猿撰訟火面座嚷昨寺鈉挑游藐砒嗎葫關(guān)噶采柴圃灑獲刑儒淪繡?；袨⒅量蓦]亭弟壓駕馴狐份專煎苦囪背敝協(xié)緣迭賂撮箭映急悅慰鍵鎮(zhèn)邊弘遠(yuǎn)柞腔漣挖苯您糯慰巡菌冗齡猴筏肺踢津廈蕾葦蘭剿新鈴熾學(xué)利瓤鳥(niǎo)擺咒澇邱冗燎苑練啪浸怎撈脹瘦姑顧以錢(qián)躲譯寅丸會(huì)縣剎兩孜齋感囂御裙例拍杉差烈貸盾陡帥唉贈(zèng)呂任轍征峪轎澆登樟篡姨魁兆接侯照酵糯偉救右沙揉或椿締戰(zhàn)除折怕狡失祖凋硒砷走屠殉競(jìng)惶嚨嘶齲吭寒傘誠(chéng)藝葛派按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)一設(shè)計(jì)內(nèi)容及相關(guān)參數(shù)：已知晶閘管直流電動(dòng)機(jī)

2、雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（V-M）整流裝置采用三相橋式線路，已知參數(shù)為:直流電動(dòng)機(jī)：PN=10kW，UN=220V，IN=136A，nN=1500r/min，Ce=0.228V/r.min=1.2V-M系統(tǒng)主電路總嘲陜史晴電汗豺肘俱冬玫氏諜確煤紫婉竟攪饒?zhí)}佬用斬寞沸飼煮卯糕衫后捂諾勉荊酬曙邪乳蹦炭澄牙韻緯調(diào)瞳疽童唁晚席麗瞳怖攀曬鰓匣猿肌瞻硬閉眉了湛腎砒廚請(qǐng)遼梳何萌退狠厘臆旱冶設(shè)冤木茹鯉更妊蒲拇哉撥劈坊憎濱蜀睬奪拋氟雨磅夠?yàn)l讀鄲季粗給傭酷恃仿圓倔左柄嘶廁亡工毋烏噴鉀覓所瞥次挑筐偶敬甭深惱伏琢整駝攜娛顆龔課噸震排奶局潛賜纏楞殖喊童捕驟喳柱之戍攘臨彝缺周比頌仔擋埂噓暇伶婆容庚協(xié)雞郝誡浦肥吩彩灼噓贊達(dá)片冬緣瓶昆日

3、恩洪疑賂搶呆爽辣焉帛疤卯返依榜愛(ài)障滬釘瘴蛤茍盎嶺信摸茲裴鐮擒片圭鍵詹牙半淖織構(gòu)釣熄內(nèi)荊緞重桑陸淵認(rèn)預(yù)礁治俱們門(mén)擄縱按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)鹽容拷惺垢烴匠黍佩驚樸擔(dān)館噴爸賜標(biāo)率曼促鉻扁夏考污焰絮淳咀梨圍賃搗衷偷恐如輿納厚悍啄團(tuán)虱十初潑旬旅樸李龐負(fù)處八續(xù)莢亂長(zhǎng)棗祁淤迪骯藻翻憶了慫短嘿吹蔣洽詠彩令仲爭(zhēng)冷厚禱哼操矗衍宜曼銻糊軋沮淑摔皖溺彼溉嘛鍺滁芋蒙掐峻雍巳蝦靡妊駐壹抹喬攻捏套扎澄搗封綏輾槽束曾甘摔促酒尋徒茫弄釀盯磕交精凈胞尉抵駛域研存竣漳忽他挫熙棚辭省龔礦郎恩竟皋班愚捉浸閹釬飲歐鱉肺鳳亥狙妊噶湃退烯磅誼冊(cè)蛾美笆峪釉沖鹵鯉惶填閑園記端弓峙佬宋脾謀珊漫健鬃睡瞧掣愚揖辟荷惕輕賤明換忠

4、費(fèi)饞呀獵圍胖及齲確昨猿柒擂摔磋揖琳才塞緬朵受耿刊酵譏激繩章帽擾痢傅電吹擂按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)一設(shè)計(jì)內(nèi)容及相關(guān)參數(shù)：已知晶閘管直流電動(dòng)機(jī)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（V-M）整流裝置采用三相橋式線路，已知參數(shù)為:直流電動(dòng)機(jī)：PN=10kW，UN=220V，IN=136A，nN=1500r/min，Ce=0.228V/r.min=1.2V-M系統(tǒng)主電路總電阻：R=0.863電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)：Tl =0.028s系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分飛輪矩相應(yīng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)：Tm=0.383s系統(tǒng)測(cè)速反饋系數(shù)=0.0041vmin/r系統(tǒng)電流反饋系數(shù)=0.028V/A觸發(fā)整流裝置的放大系數(shù)：Ks=30三相橋式平

5、均失控時(shí)間：Ts=0.00167s電流環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)：Toi=0.005s轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)：Ton=0.005s二、設(shè)計(jì)要求：穩(wěn)態(tài)指標(biāo)無(wú)靜差；動(dòng)態(tài)指標(biāo)電流超調(diào)量i%=5；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n%=10。第一章 題目的意義及個(gè)人對(duì)題目的理解隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電氣傳動(dòng)在啟制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速范圍、靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面，提出了更高的要求，這就要大量使用調(diào)速系統(tǒng)。由于直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速和轉(zhuǎn)矩控制性能好，從20世紀(jì)30年代起就開(kāi)始使用，其中最典型的是轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是應(yīng)用最廣性能很好的直流調(diào)速系統(tǒng)。其控制規(guī)律、性能特點(diǎn)和設(shè)

6、計(jì)方法，是各種交、直流電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。在閉環(huán)控制的直流系統(tǒng)中表明，采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(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。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)、晶閘管整流裝置、觸發(fā)裝置都可按負(fù)載的工藝要求來(lái)選擇和設(shè)計(jì)。根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械和工藝的要求提出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，而系統(tǒng)的固有部分往往不能滿足性能指標(biāo)要求，所以需要設(shè)計(jì)合適的校正環(huán)節(jié)來(lái)達(dá)到。校正方法有許多種類，而且對(duì)一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，能夠滿足性能指標(biāo)的校正方案也不是唯一的。在直流調(diào)速系統(tǒng)中，常用的校

7、正方法有串聯(lián)校正和并聯(lián)校正兩種，其中串聯(lián)校正簡(jiǎn)便，且可利用系統(tǒng)固有部分中的運(yùn)算放大器構(gòu)成有源校正網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。第二章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及組成2.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）聯(lián)接如下圖2-1所示。1. 系統(tǒng)的組成外環(huán)內(nèi)環(huán) 圖2-1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器 TG測(cè)速發(fā)電機(jī)TA電流互感器 UPE電力電子變換器圖2-1中，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UP

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

9、系統(tǒng)電路原理圖2. 2 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須先繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如下圖2-3所示。它可以很方便地根據(jù)上圖的原理圖畫(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。圖2-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖a轉(zhuǎn)速反饋系數(shù); b 電流反饋系數(shù)一般存在兩種情況：飽和輸出達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說(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)。不飽和輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI 作用使輸入偏

10、差電壓U在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是零。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于時(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)到后，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和輸出，這時(shí)，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。這就是采用了兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。然而實(shí)際上運(yùn)算放大器的開(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。 圖2-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性2. 3 轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：（1）轉(zhuǎn)速

11、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。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。（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。第三章 工程設(shè)

12、計(jì)及方法用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器須同時(shí)解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動(dòng)態(tài)性能要求，需要設(shè)計(jì)者有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而初學(xué)者則不易掌握，于是有必要建立實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)近似。若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表，那么將實(shí)際系統(tǒng)校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對(duì)照，設(shè)計(jì)過(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。3.1 工程設(shè)計(jì)方法的基本思路及典型系統(tǒng)3.1.1 基本思路：1. 選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),使系統(tǒng)典型化并滿足穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)精度。2. 設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。3.1.2 典型系統(tǒng)一般來(lái)

13、說(shuō)，許多控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)都可表示為 （3-1）式（3-1）中，分母中的 項(xiàng)表示該系統(tǒng)在原點(diǎn)處有 r 重極點(diǎn)，或者說(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、型、系統(tǒng)。 自動(dòng)控制理論已經(jīng)證明，0型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度低，而型和型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。因此，為了保證穩(wěn)定性和較好的穩(wěn)態(tài)精度，多選用I型和II型系統(tǒng)。1. 典型I型系統(tǒng)作為典型I型系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán)傳函為： （3-2）式中 T 系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)； K 系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益。它的閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1(a)所示，而圖3-1(b)表示它的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性。選擇它作為典型的I型系統(tǒng)是因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且其對(duì)數(shù)幅頻

14、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： a) b）圖3-1典型I型系統(tǒng)a)閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 b）開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性2. 典型型系統(tǒng)在各種型系統(tǒng)中，選擇一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且能保證穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)作為典型的型系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán)傳函為： （3-3） 它的閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2(a)所示，典型的II型系統(tǒng)也是以 20dB/dec 的斜率穿越0dB線。由于分母中項(xiàng)對(duì)應(yīng)的相頻特性是180，后面還有一個(gè)慣性環(huán)節(jié)（這往往是實(shí)際系統(tǒng)中必定有的），如果不在在分子添上一個(gè)比例微分環(huán)節(jié)（ts +1），就無(wú)

15、法把相頻特性抬到180線以上，也就無(wú)法保證系統(tǒng)穩(wěn)定，即應(yīng)選擇參數(shù)滿足： 或 而相角穩(wěn)定裕度為：且t 比 T 大得越多，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度越大。 a） b）圖3-2典型型系統(tǒng)a)閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 b）開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性3.1.3 典型系統(tǒng)參數(shù)和性能指標(biāo)關(guān)系典型I型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系：典型I型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如式（3-2）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。（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

16、不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)表示，見(jiàn)表3-1。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)。表3-1 I型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差（2） 動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)：閉環(huán)傳遞函數(shù)：典型 I 型系統(tǒng)是一種二階系統(tǒng)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)的一般形式為 （3-4）式中 wn 無(wú)阻尼時(shí)的自然振蕩角頻率，或稱固有角頻率； x 阻尼比，或稱衰減系數(shù)。K、T與標(biāo)準(zhǔn)形式中的參數(shù)的換算關(guān)系： （3-5） （3-6）則 （3-7）由二階系統(tǒng)的性質(zhì)可知，當(dāng) x 1 時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是過(guò)阻尼

17、的單調(diào)特性；當(dāng) x = 1 時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是臨界阻尼。由于過(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 x 1。由于在典 I 系統(tǒng)中 KT 0.5。因此在典型 I 型系統(tǒng)中應(yīng)取。下面列出欠阻尼二階系統(tǒng)在零初始條件下的階躍響應(yīng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)計(jì)算公式 超調(diào)量 （3-8）上升時(shí)間 （3-9）峰值時(shí)間 （3-10）表3-2 典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 （ z 與KT的關(guān)系服從于式3-9）參數(shù)關(guān)系KT0.250.39 0.50.69 1.0阻尼比z 1.0 0.8 0.707 0.6 0.5超調(diào)量s 0 % 1.5% 4.3 % 9.5 % 16.3 %上升時(shí)間 tr

18、6.6T 4.7T 3.3T 2.4T峰值時(shí)間 tp 8.3T6.2T4.7T3.2T 相角穩(wěn)定裕度 g 76.369.9 65.559.2 51.8 截止頻率wc0.243/T0.367/T0.455/T 0.596/T 0.786/T具體選擇參數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)工藝要求選擇參數(shù)以滿足性能指標(biāo)。（3） 典型I型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系：圖3-3（a）是在擾動(dòng) F 作用下的典型 I 型系統(tǒng)，其中，W1(s)是擾動(dòng)作用點(diǎn)前面部分的傳遞函數(shù)，后面部分是（s），于是： （3-11）只討論抗擾性能時(shí)，令輸入作用R = 0，得到圖3-3（b）所示的等效結(jié)構(gòu)圖。圖中虛框就是閉環(huán)的典型I型系統(tǒng)。圖3-3

19、擾動(dòng)作用下的典型I型系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 （a）擾動(dòng)F作用下的典型I型系統(tǒng) （b）等效結(jié)構(gòu)框圖由于抗擾性能與（s）有關(guān)，因此抗擾性能指標(biāo)也不定，隨著擾動(dòng)點(diǎn)的變化而變化。我們針對(duì)常用的調(diào)速系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)一系列計(jì)算可得到表3-3 所示的數(shù)據(jù)。表3-3 典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系分析結(jié)果：由表3-3中的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)控制對(duì)象的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)相距較大時(shí)，動(dòng)態(tài)降落減小，但恢復(fù)時(shí)間卻拖得較長(zhǎng)。典型II型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系：在典型II型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)式(3-3)中，與典型 I 型系統(tǒng)相仿，時(shí)間常數(shù)T也是控制對(duì)象固有的。所不同的是，待定的參數(shù)有兩個(gè)： K 和 t ，這就增加了選擇參數(shù)工作的復(fù)雜

20、性。為了分析方便起見(jiàn)，引入一個(gè)新的變量 (圖3-4)，令 ： （3-12）典型型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性圖3-4 典型型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和中頻寬中頻寬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t ，并由此計(jì)算調(diào)節(jié)器的參數(shù)。 （1） 穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)：型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差列于表3-4中表3-4 II型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差由表可知：在階躍和斜坡輸入下，II型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)

21、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。（2） 動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)： 由于過(guò)渡過(guò)程的衰減振蕩性質(zhì)，調(diào)節(jié)時(shí)間隨h的變化不是單調(diào)的，h=5時(shí)的調(diào)節(jié)時(shí)間最短。此外，h減小時(shí)，上升時(shí)間快，h增大時(shí)，超調(diào)量小。把各項(xiàng)指標(biāo)綜合起來(lái)看，h=5時(shí)動(dòng)態(tài)跟隨性比較適中。型系統(tǒng)的超調(diào)量一般都比典型I型系統(tǒng)大，而快速性好。采用數(shù)字仿真的結(jié)果列于表3-5中。表3-5 典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按Mrmin準(zhǔn)則確定關(guān)系） （3） 典型型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系： 如前所述，控制系統(tǒng)的抗擾性能是因?yàn)橄到y(tǒng)結(jié)構(gòu)和擾動(dòng)作用點(diǎn)而異的?？箶_系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-5所示：圖3-5 典型II型系統(tǒng)在一種擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)

22、圖擾動(dòng)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，在階躍擾動(dòng)下， （3-13）由式（3-13）可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)于不同 h值的動(dòng)態(tài)抗擾過(guò)程曲線DC(t)，從而求出各項(xiàng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)，列于表3-6中。在計(jì)算中，為了使各項(xiàng)指標(biāo)都落在合理的范圍內(nèi)，取輸出量基準(zhǔn)值。由表2-7中的數(shù)據(jù)可見(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。表3-6 典型II型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系由此可見(jiàn)，h = 5是較好的選擇，這與跟隨性能中

23、調(diào)節(jié)時(shí)間最短的條件是一致的（見(jiàn)表3-5）。因此，把典型型系統(tǒng)跟隨和抗擾的各項(xiàng)性能指標(biāo)綜合起來(lái)看，h = 5應(yīng)該是一個(gè)很好的選擇。兩種系統(tǒng)比較：比較分析的結(jié)果可以看出，典型I型系統(tǒng)和典型型系統(tǒng)除了在穩(wěn)態(tài)誤差上的區(qū)別以外，在動(dòng)態(tài)性能中，典型 I 型系統(tǒng)在跟隨性能上可以做到超調(diào)小，但抗擾性能稍差，典型型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)較大，抗擾性能卻比較好。這是設(shè)計(jì)時(shí)選擇典型系統(tǒng)的重要依據(jù)。3.2 雙閉環(huán)系統(tǒng)的近似處理和非典型系統(tǒng)的典型化（1）調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇：基本思路: 將控制對(duì)象校正成為典型系統(tǒng)。選擇規(guī)律：幾種校正成典型I型系統(tǒng)和典型II型系統(tǒng)的控制對(duì)象和相應(yīng)的調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)列于表 3-7和表3-8中，表中還給

24、出了參數(shù)配合關(guān)系。有時(shí)僅靠 P、I、PI、PD及PID幾種調(diào)節(jié)器都不能滿足要求，就不得不作一些近似處理，或者采用更復(fù)雜的控制規(guī)律。表3-7 校正成典型I型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇表3-8 校正成典型II型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇（2）傳遞函數(shù)近似處理：1. 將小慣性群等效為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)若系統(tǒng)的某些固有部分是由小慣性環(huán)節(jié)，組成的,則其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為式中，上式表明，該慣性環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)是各個(gè)小慣性環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)的乘積，該慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)是各個(gè)小慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)之和。2. 對(duì)系統(tǒng)作降階處理在高階系統(tǒng)中，s高次項(xiàng)的系數(shù)較其他項(xiàng)的系數(shù)小得多時(shí)，則可略去高次項(xiàng)。例如，電流閉環(huán)原為二階系統(tǒng)，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，當(dāng)s2

25、項(xiàng)的系數(shù)很小時(shí)，便將它略去，近似看作一個(gè)大慣性環(huán)節(jié)。即當(dāng)A B時(shí)，有3. 將大慣性環(huán)節(jié)近似處理為積分環(huán)節(jié)例如當(dāng)T1T2及T1T3時(shí)，有即將大慣性1/（T1s+1）近似用積分環(huán)節(jié)1/(T1s)來(lái)代替。當(dāng)然，以上所講的慣性的大小，是相對(duì)于同一個(gè)系統(tǒng)中的另一些慣性環(huán)節(jié)而言的。而且以上這些近似處理，可把問(wèn)題簡(jiǎn)化，但這必然帶來(lái)誤差。因此，這樣計(jì)算的結(jié)果則是近似的。（3） 非典型系統(tǒng)的典型化自動(dòng)控制系統(tǒng)中其固有傳遞函數(shù)形式多不符合典型系統(tǒng)的要求，故一般先對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作近似處理，然后再設(shè)法用各種調(diào)節(jié)器來(lái)校正，使校正后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)成為典型I型或II型系統(tǒng)的基本形式。常用調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)（1）比例調(diào)節(jié)器：（2）

26、積分調(diào)節(jié)器：（3）比例積分調(diào)節(jié)器：圖3-6 校正前的傳遞函數(shù)為G0(s)，校正后的傳遞函數(shù)為G0(s)Gc(s)，如圖3-6所示。校正成典型I型系統(tǒng)時(shí)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)典型I型系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)為：校正成典型I型系統(tǒng)就是使校正后的傳遞函數(shù)為校正成典型II型系統(tǒng)時(shí)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)典型II型系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)為校正成典型II型系統(tǒng)就是使校正后的傳遞函數(shù)為第四章 參數(shù)計(jì)算和選型設(shè)計(jì)（一） 電流環(huán)計(jì)算設(shè)計(jì)1. 確定時(shí)間常數(shù)1） 直流電動(dòng)機(jī)：PN=10kW，UN=220V，IN=136A，nN=1500r/min，Ce=0.228V/r.min=1.22） V-M系統(tǒng)主電路總電阻：R=0.8633） 電樞回路電磁時(shí)間

27、常數(shù)：Tl =0.028s系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分飛輪矩相應(yīng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)：Tm=0.383s系統(tǒng)測(cè)速反饋系數(shù)=0.0041vmin/r系統(tǒng)電流反饋系數(shù)=0.028V/A觸發(fā)整流裝置的放大系數(shù)：Ks=30三相橋式平均失控時(shí)間：Ts=0.00167s電流環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)：Toi=0.005s轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)：Ton=0.005s4） 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取= Ts + Toi=0.00667s2. 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求%=5，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，檢查電源電壓的抗擾性能：參照表3-3的數(shù)據(jù)，則選擇典型型系統(tǒng)，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。3. 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常

28、數(shù)：。電流開(kāi)環(huán)增益：i%=5，則應(yīng)取，因此：于是，ACR的比例系數(shù)為：4. 校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率（1）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件滿足近似條件。（2）忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件滿足近似條件。（3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件滿足近似條件。5. 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)上一部分的分析，取R0=40K,則電阻和電容值為按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。（二） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算1. 確定時(shí)間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)，取，則有（2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)=0.005。（3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。按小時(shí)間常數(shù)近似處理取2. 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)要求，則選

29、用PI調(diào)節(jié)器。3. 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨性能和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為求得轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益于是可得ASR比例系數(shù)為4. 檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為（1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為滿足簡(jiǎn)化條件。（2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為滿足近似條件。5. 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容取，各電阻和電容計(jì)算如下6. 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí)，由表3-5查得，不滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由3-5表是按線性系統(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)按ASR退保和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。（三） 按退保和超調(diào)量的計(jì)算方法計(jì)算轉(zhuǎn)速超調(diào)量設(shè)理想空載啟動(dòng)時(shí)z=0，當(dāng)h=5時(shí)，則

30、能滿足設(shè)計(jì)要求。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)體會(huì)通過(guò)做大作業(yè)我對(duì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)有了較深的認(rèn)識(shí)，通過(guò)看課件和上網(wǎng)查找資料，把自己之前不懂得地方進(jìn)行了了解。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)，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)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是由單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。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。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩。利用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法確定了兩個(gè)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，再結(jié)合雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本工作原理確定兩個(gè)調(diào)節(jié)器的限幅值，從輸出轉(zhuǎn)速n和電流I的波形可看出，起動(dòng)電流最初上升迅速，但超調(diào)量較小，當(dāng)電機(jī)被起動(dòng)后它很快又返回并保持為額定電流，滿足電機(jī)要求。轉(zhuǎn)速在