典型Ⅱ型系統(tǒng)

1、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法 第第 2 2 章章 主要內(nèi)容主要內(nèi)容1. 1.雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性2. 2.數(shù)學模型和動態(tài)性能分析數(shù)學模型和動態(tài)性能分析3. 3.調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法4. 4.雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計* *5. 5.轉(zhuǎn)速超調(diào)的抑制轉(zhuǎn)速超調(diào)的抑制* *6. 6.弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)*一、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性一、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)不能隨意控制電流和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)不能隨意控制電流和轉(zhuǎn)矩

2、的動態(tài)過程。矩的動態(tài)過程。 采用電流截止負反饋環(huán)節(jié)只能限制電流采用電流截止負反饋環(huán)節(jié)只能限制電流的沖擊，并不能很好地控制電流的動態(tài)的沖擊，并不能很好地控制電流的動態(tài)波形。波形。 理想的快速起動過程理想的快速起動過程IdLntIdOIdm帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)IdLntIdOIdmIdcrnn 起動過程起動過程 希望能實現(xiàn)的控制希望能實現(xiàn)的控制n在起動過程的主要階段，只有在起動過程的主要階段，只有 電流負反饋，沒有轉(zhuǎn)速負反饋。電流負反饋，沒有轉(zhuǎn)速負反饋。n達到穩(wěn)態(tài)后，只要轉(zhuǎn)速負反饋，達到穩(wěn)態(tài)后，只要轉(zhuǎn)速負反饋，不讓電流負反饋發(fā)揮主要作用。不讓電流負反饋發(fā)

3、揮主要作用。 +TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAM+-UdIdUPE-MTG內(nèi)環(huán)外 環(huán)ni 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)當當ASRASR不飽和時，不飽和時，ASRASR成為主導的調(diào)節(jié)器，成為主導的調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速負反饋起主要作用。轉(zhuǎn)速負反饋起主要作用。 Ks 1/CeUcIdEnUd0+-IdR R ACR-UiUPE當當ASRASR飽和飽和時時，相當于電流單閉環(huán)系統(tǒng)，相當于電流單閉環(huán)系統(tǒng), ,實現(xiàn)實現(xiàn)“只有電流負反饋，沒有轉(zhuǎn)速負反饋只有電流負反饋，沒有轉(zhuǎn)速負反饋”*imU雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 轉(zhuǎn)速反饋系

4、數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù)電流反饋系數(shù) Ks 1/CeU*nUcIdEnUd0Un+-ASR+U*i-IdR R ACR-UiUPE 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 調(diào)節(jié)器輸出限幅的作用調(diào)節(jié)器輸出限幅的作用 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASRASR的輸出限幅電壓的輸出限幅電壓U U* *imim決定決定 電流給定電壓的最大值；電流給定電壓的最大值； 電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器ACRACR的輸出限幅電壓的輸出限幅電壓U Ucmcm限制限制 了電力電子變換器的最大輸出電壓了電力電子變換器的最大輸出電壓U Udmdm。 靜特性靜特性 設(shè)計時，使設(shè)計時，使ACRACR不會達到飽和狀不會達到飽和狀態(tài)。態(tài)。 至于至于ASR

5、ASR，在，在CACA段未飽和，在段未飽和，在ABAB段飽和。段飽和。 n0IdIdmIdNOnABC（1 1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和0*nnUn（U*i U*im， Id Idm） （2 2） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和dm*imdIUI(n n0 )各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算穩(wěn)態(tài)工作中，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和0n*nnnUUdLdi*iIIUUsdL*nesdesd0c/KRIUCKRInCKUU PI PI調(diào)節(jié)器的特點調(diào)節(jié)器的特點 比例調(diào)節(jié)器的輸出量總是正比于其輸比例調(diào)節(jié)器的輸出量總是正比于其輸入量。入量。 PIPI調(diào)節(jié)器未飽和時，其輸出量

6、的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)器未飽和時，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值是輸入的積分，直到輸入為零，才停值是輸入的積分，直到輸入為零，才停止積分。這時，輸出量與輸入無關(guān)，而止積分。這時，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。是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。 反饋系數(shù)計算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù) max*nmnUdm*imIUU*n Uc-IdLnUd0Un+- -UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E二、數(shù)學模型和動態(tài)性能分析二、數(shù)學模型和動態(tài)性能分析起動過程分析起動過程分析 n OOttIdm Id IIIIIIt4 t3 t2 t1 *ndLI按轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器按

7、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASRASR不飽和、飽和、退不飽和、飽和、退飽和分成三個階段：飽和分成三個階段： I.電流上升階段電流上升階段II.恒流升速階段恒流升速階段III.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的特點雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的特點（1）飽和非線性控制飽和非線性控制（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)轉(zhuǎn)速超調(diào)（3）準時間最優(yōu)控制準時間最優(yōu)控制( (有限制條件的有限制條件的最短時間控制最短時間控制) ) 動態(tài)抗擾性能分析動態(tài)抗擾性能分析 調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾性能，調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾性能， 主要是主要是抗負載擾動抗負載擾動和和抗電網(wǎng)抗電網(wǎng) 電壓擾動電壓擾動的性能的性能 1/CeU*nnUd0Un+-ASR

8、1/R Tl s+1R TmsKsTss+1ACR U*iUi-EId1. 抗負載擾動IdL2. 2. 抗電網(wǎng)電壓擾動抗電網(wǎng)電壓擾動-IdLUd 1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/R Tl s+1R TmsIdKsTss+1ACR U*iUi-E 轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用 1. 1. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 （1 1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導調(diào)節(jié)器，）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導調(diào)節(jié)器， 它使轉(zhuǎn)速它使轉(zhuǎn)速 n n 很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài) 時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PIPI調(diào)節(jié)器，則調(diào)節(jié)器，則

9、 可實現(xiàn)無靜差?？蓪崿F(xiàn)無靜差。 （2 2）對負載變化起抗擾作用。）對負載變化起抗擾作用。 （3 3）輸出限幅值決定電機允許的最大電流。）輸出限幅值決定電機允許的最大電流。 2. 2. 電流調(diào)節(jié)器的作用電流調(diào)節(jié)器的作用（1 1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量變化。外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量變化。（2 2）對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用。）對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用。（3 3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。允許的最大電流

10、，從而加快動態(tài)過程。（4 4）當電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞）當電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。電流的最大值，起快速的自動保護作用。三、調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法三、調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法（1 1）概念清楚、易懂；）概念清楚、易懂；（2 2）計算公式簡明、好記；）計算公式簡明、好記；（3 3）不僅給出參數(shù)計算的公式，而且指明）不僅給出參數(shù)計算的公式，而且指明 調(diào)整參數(shù)的方向；調(diào)整參數(shù)的方向；（4 4）能考慮飽和非線性控制的情況，同樣）能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡單的計算公式；給出簡單的計算公式；（5 5）適用于各種可以簡化成典型系統(tǒng)的反）適用于各種可以簡化成典

11、型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。饋控制系統(tǒng)。工程設(shè)計方法的基本思路工程設(shè)計方法的基本思路 設(shè)計工作分兩步走：設(shè)計工作分兩步走：1. 1.選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)典型化，以確選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)典型化，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度。2.2.再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動態(tài)性能指再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動態(tài)性能指標的要求標的要求。調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇系統(tǒng)校正控制對象 調(diào)節(jié)器 輸入輸出典型系統(tǒng) 輸入輸出選擇調(diào)節(jié)器，選擇調(diào)節(jié)器，將控制對象校正成為典型系統(tǒng)。將控制對象校正成為典型系統(tǒng)。 典型典型I型系統(tǒng)型系統(tǒng))(sR) 1(TssK)(sC T T 系統(tǒng)

12、的慣性時間常數(shù)；系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)； K K 系統(tǒng)的開環(huán)增益。系統(tǒng)的開環(huán)增益。T1c1cT選擇參數(shù)，保證選擇參數(shù)，保證 或或 ，使系統(tǒng)足夠，使系統(tǒng)足夠穩(wěn)定。穩(wěn)定。 典型典型型系統(tǒng)型系統(tǒng) 保證系統(tǒng)足夠穩(wěn)定保證系統(tǒng)足夠穩(wěn)定)(sR)(sC) 1() 1(2TsssKT11cT或控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標 1. 1.跟隨性能指標跟隨性能指標 2. 2.抗擾性能指標抗擾性能指標 調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標以抗擾性調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標以抗擾性能能，而隨動系統(tǒng)的動態(tài)指標，而隨動系統(tǒng)的動態(tài)指標則以跟隨性能為主。則以跟隨性能為主。 系統(tǒng)典型的階躍響應(yīng)曲線系統(tǒng)典型的階躍響應(yīng)曲線5%（或2%） )(tCC

13、CCmaxmaxCC0 tOtrts階躍響應(yīng)階躍響應(yīng)跟隨性能指標跟隨性能指標 t tr r 上升時間上升時間 超調(diào)量超調(diào)量 t ts s 調(diào)節(jié)時間調(diào)節(jié)時間突加擾動的動態(tài)過程和抗擾性能指標突加擾動的動態(tài)過程和抗擾性能指標maxC1C2C5%（或2%） CFFO ttmtvCb 抗擾性能指標 n C Cmaxmax 動態(tài)降落動態(tài)降落n t tv v 恢復時間恢復時間 nI型和型和型系統(tǒng)型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)誤差上的區(qū)別。在穩(wěn)態(tài)誤差上的區(qū)別。n典型典型 I 型系統(tǒng)在跟隨性能上可以做到超調(diào)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，小，但抗擾性能稍差，n典型典型型系統(tǒng)的超調(diào)量相對較大，抗擾性型系統(tǒng)的超調(diào)量

14、相對較大，抗擾性能卻比較好。能卻比較好。 典型典型I I型系統(tǒng)和典型型系統(tǒng)和典型型系統(tǒng)的型系統(tǒng)的比較比較典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標與參數(shù)的關(guān)系輸入信號輸入信號階躍輸入階躍輸入斜坡輸入斜坡輸入加速度輸入加速度輸入 穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差 0v0 / K0)(RtRtvtR0)(2)(20tatR （1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標：不同輸入信號 作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標n在階躍輸入下的在階躍輸入下的 I 型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時是無差的；型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時是無差的；n但在斜坡輸入下則有恒值穩(wěn)態(tài)誤差，且與但在斜坡輸入下則有恒值穩(wěn)態(tài)誤差，且與 K 值成反比；值成反比；n在加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差為在加速度輸入下穩(wěn)態(tài)

15、誤差為 。 因此因此，I型系統(tǒng)不能用于具有加速度輸入型系統(tǒng)不能用于具有加速度輸入的隨動系統(tǒng)。的隨動系統(tǒng)。（2）動態(tài)跟隨性能指標參數(shù)關(guān)系參數(shù)關(guān)系KT0.250.39 0.50.69 1.0阻尼比阻尼比 超調(diào)量超調(diào)量 上升時間上升時間 tr峰值時間峰值時間 tp 相角穩(wěn)定裕度相角穩(wěn)定裕度 截止頻率截止頻率 c 1.0 0 % 76.30.243/T 0.8 1.5% 6.6T8.3T 69.90.367/T 0.707 4.3 % 4.7T6.2T 65.50.455/T 0.6 9.5 % 3.3T4.7T 59.2 0.596/T 0.5 16.3 % 2.4T3.2T 51.8 0.786/

16、T典型典型I I型系統(tǒng)的抗擾性能指標型系統(tǒng)的抗擾性能指標0)(sR)(2sW)(1sW)(sF)()(sCsC)(sN)(11sW)(sW)(sC典型I型系統(tǒng) )(sF擾動作用下的典型擾動作用下的典型I I型系統(tǒng)型系統(tǒng) 只討論抗擾性能時，輸入作用只討論抗擾性能時，輸入作用 R R = 0= 0。 ) 1()()()(21TssKsWsWsW) 1() 1()(211TsssTKsW) 1()(222sTKsW取取，則則階躍擾動作用下的輸出變化量階躍擾動階躍擾動：sFsF)()(1() 1()(222KsTssTTsFKsC輸出變化量：輸出變化量：TtmeTtememmmmFKtCTtTtTt2

17、sin2cos)1 ()1(1222)()2/()2/(/2225 . 0KT當當 時時221TTTTm51101201301%100maxbCC 55.5% 33.2% 18.5%12.9%tm / T2.83.43.84.0tv / T14.721.728.730.4典型典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系（參數(shù)的關(guān)系（KT=0.5,Cb=FK2/2) ) 典型典型II型系統(tǒng)性能指標和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)性能指標和參數(shù)的關(guān)系 時間常數(shù)時間常數(shù)T T是控制對象固有的，而是控制對象固有的，而待定的參數(shù)有兩個：待定的參數(shù)有兩個： K K 和和 。 定義定義中頻寬中頻寬：1

18、2Th) 1() 1()(2TsssKsW典型典型型系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性型系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性dB/L0 11T12hKlg20-20 40 -40 / s-1c=120dB/dec40dB/dec40dB/dec中頻寬參數(shù)之間的一種最佳配合參數(shù)之間的一種最佳配合采用采用“振蕩指標法振蕩指標法”中的閉環(huán)幅頻特性中的閉環(huán)幅頻特性峰值最小準則，可以找到和兩個參數(shù)峰值最小準則，可以找到和兩個參數(shù)之間的一種最佳配合，之間的一種最佳配合， 122hhc211hc則則 hT2222112121)1(21ThhhhThKc輸入信號輸入信號階躍輸入階躍輸入斜坡輸入斜坡輸入加速度輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤

19、差00 0)(RtRtvtR0)(2)(20tatRKa /0（1 1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標 不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 典型典型II II型系統(tǒng)跟隨性能指標和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)跟隨性能指標和參數(shù)的關(guān)系 n在階躍和斜坡輸入下，在階躍和斜坡輸入下，II II型系統(tǒng)穩(wěn)型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時均無差；態(tài)時均無差；n加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差與開環(huán)增益加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差與開環(huán)增益K K成反比成反比。 （2 2）動態(tài)跟隨性能指標）動態(tài)跟隨性能指標 h 3 4 56 7 8 9 10 tr / Tts / T k 52.6% 2.412.15 3 43.6% 2.65 11.65

20、 237.6% 2.85 9.55 2 33.2% 3.0 10.45 129.8% 3.1 11.30 127.2% 3.2 12.25 125.0% 3.3 13.25 1 23.3% 3.35 14.20 1按Mrmin準則確定參數(shù)關(guān)系時 典型典型型系統(tǒng)抗擾性能指標和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)抗擾性能指標和參數(shù)的關(guān)系+ ) 1() 1(1TsshTsKsK2)(sF)(sC0)(1sW- )(2sW 在階躍擾動下，在階躍擾動下， 11212) 1(12)(222332222hTssThhsThhTsTFKhhsC 階躍擾動的輸出響應(yīng)階躍擾動的輸出響應(yīng)Cb = 2FK2TsFsF/)(取輸出量基準值

21、為取輸出量基準值為 典型典型II II型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系 h 3 4 56 7 8 9 10 Cmax/Cbtm / T tv / T 72.2% 2.4513.60 77.5% 2.70 10.4581.2% 2.85 8.80 84.0% 3.00 12.9586.3% 3.15 16.8588.1% 3.25 19.8089.6% 3.30 22.80 90.8% 3.40 25.85（參數(shù)關(guān)系符合最?。▍?shù)關(guān)系符合最小MMr r準則）準則）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) 1)(1)(1(3212sTsTsTK

22、) 1)(1(212sTsTKT1、T2 T312TsK) 1(2TssK) 1)(1)(1(3212sTsTsTK321,TTT ssK11pi) 1(sKipKsss) 1)(1(21ssK11pi) 1(11T2211,TT3211,TTTTT1 T2 傳遞函數(shù)近似處理傳遞函數(shù)近似處理（1 1）高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理）高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理 ) 1)(1)(1() 1()(321sTsTsTssKsW小慣性環(huán)節(jié)可以合并1)(1) 1)(1(13232sTTsTsT近似條件近似條件32c31TT（2 2）高階系統(tǒng)的降階近似處理）高階系統(tǒng)的降階近似處理設(shè)三階系統(tǒng)設(shè)三階系統(tǒng)a a，b

23、b，c c都是正數(shù)，且都是正數(shù)，且bcbc a a，即系統(tǒng)是穩(wěn)定的。，即系統(tǒng)是穩(wěn)定的。降階處理：忽略高次項，得近似的一階系統(tǒng)降階處理：忽略高次項，得近似的一階系統(tǒng)近似條件近似條件 ：1)(23csbsasKsW1)(csKsW),1min(31cacb（3 3）低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理）低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理 時間常數(shù)特別大的慣性環(huán)節(jié)，可以近似時間常數(shù)特別大的慣性環(huán)節(jié)，可以近似為積分環(huán)節(jié)，即為積分環(huán)節(jié)，即 11TsTs1近似條件：近似條件： T3c四、雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計四、雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計 用工程設(shè)計方法設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流雙閉用工程設(shè)計方法設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器，

24、先內(nèi)環(huán)后外環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器，先內(nèi)環(huán)后外環(huán)，即從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴展。環(huán)，即從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴展。 首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流首先設(shè)計電流調(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)，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。再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。 -IdL(s)Ud0(s)Un+-+-UiACR1/RTl s+1RTmsU*I(s)Uc(s)Ks Tss+1Id1Ce+E Tois+11 T0is+1ASR1 T0ns+1 Tons+1U*n(s)n(s)電流環(huán) 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)E(s)（增加了濾波環(huán)節(jié)）（增加了濾波環(huán)節(jié)）設(shè)計

25、分為以下幾個步驟：設(shè)計分為以下幾個步驟：1. 1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化2.2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算4.4.電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計+-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)簡化后的電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖簡化后的電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖按典型按典型I型系統(tǒng)設(shè)計，型系統(tǒng)設(shè)計，ACRACR選選PIPI調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。liTRKKKisiI，K I s(Tis+1)Id (

26、s)+-U*i(s) 動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 開環(huán)對數(shù)幅頻特性開環(huán)對數(shù)幅頻特性:1OL/dBci-20dB/dec /s-1-40dB/decTi校正后電流環(huán)的結(jié)構(gòu)和特性校正后電流環(huán)的結(jié)構(gòu)和特性設(shè)計步驟：設(shè)計步驟：1. 1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)2.2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇4.4.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計111)()()(Icli*idsKsWsUsI 電流環(huán)等效傳遞函數(shù) 原來雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象，經(jīng)原來雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近

27、似地等效成只有較小閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。 電流閉環(huán)控制的意義電流閉環(huán)控制的意義 電流閉環(huán)控制改造了控制對象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內(nèi)環(huán)）控制的一個重要功能。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 n (s)+-Un (s)ASRCeTmsRU*n(s)Id (s) Tons+11 Tons+1U*i(s)111sKI+-IdL (s)電流環(huán)簡化后的轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)n (s)+-ASRCeTmsRU*n(s)Id (s) / Tns+1+-IdL (s)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選擇ASR采用采用PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器ssKsWnnnASR)

28、1()(mennNTCRKK令令則則) 1() 1()(n2nNnsTssKsWn (s)+-U*n(s) 1() 1(n2nNsTssK校正后的調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算 按照典型按照典型型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，nn hT2n2N21ThhKnmen2) 1(RThTChK因此因此 轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)的關(guān)系轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)的關(guān)系 外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢，這是按上 述工程設(shè)計方法設(shè)計多環(huán)控制系統(tǒng)的特點。這樣做，雖然不利于快速性，但每個控制環(huán)本身都是穩(wěn)定的，對系統(tǒng)的組成和調(diào)試工作非常有利。 例題例題2 21 1 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計電流調(diào)節(jié)器設(shè)計例題例題2 22 2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計 按

29、典型按典型II型系統(tǒng)設(shè)計的型系統(tǒng)設(shè)計的ASR使轉(zhuǎn)速使轉(zhuǎn)速超調(diào)量過大，難以滿足設(shè)計要求。超調(diào)量過大，難以滿足設(shè)計要求。 典型系統(tǒng)是線性的，不符合起動時典型系統(tǒng)是線性的，不符合起動時 ASR飽和的非線性條件，必須按實際飽和的非線性條件，必須按實際條件重新計算轉(zhuǎn)速超調(diào)量。條件重新計算轉(zhuǎn)速超調(diào)量。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和超調(diào)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和超調(diào) 起動時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)不服從典型系統(tǒng)起動時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)不服從典型系統(tǒng)的線性規(guī)律的線性規(guī)律，超調(diào)量不等于典型超調(diào)量不等于典型II型系統(tǒng)型系統(tǒng)跟隨性能指標中的數(shù)值跟隨性能指標中的數(shù)值, ,而是經(jīng)歷了飽和非而是經(jīng)歷了飽和非線性過程后的超調(diào)，稱作線性過程后的超調(diào)，稱作“退飽

30、和超調(diào)退飽和超調(diào)”。 分析表明，可以利用典型分析表明，可以利用典型II型系統(tǒng)抗擾型系統(tǒng)抗擾性能指標中負載由性能指標中負載由 突降到突降到 的動態(tài)速升的動態(tài)速升與恢復過程來計算退飽和超調(diào)量。與恢復過程來計算退飽和超調(diào)量。dmIdLIn OOttIdm Id IIIIIIt4 t3 t2 t1 *ndLI退飽和轉(zhuǎn)速超調(diào)退飽和轉(zhuǎn)速超調(diào) n n的基準值的基準值 在典型在典型II II型系統(tǒng)抗擾性能指標中，型系統(tǒng)抗擾性能指標中， C C的基準值：的基準值： medLdmnbTCIIRTn)(2換算到退飽和轉(zhuǎn)速超調(diào)換算到退飽和轉(zhuǎn)速超調(diào) n n的基準值：的基準值：由于由于 ， ，TFKCb22mnNTTnz

31、)(2dLdmIIFmeTCRK 2nTT則則其中其中 ， ，dNdmIIdNdLzIIedNCRIn 退飽和超調(diào)量退飽和超調(diào)量 轉(zhuǎn)速超調(diào)量轉(zhuǎn)速超調(diào)量 的基準值應(yīng)該是的基準值應(yīng)該是 mnNbbbnTTnnzCCnnCC*max*max)(2)(*n經(jīng)基準值換算后得經(jīng)基準值換算后得 n例題例題2-3 2-3 計算后表明，轉(zhuǎn)速退飽和計算后表明，轉(zhuǎn)速退飽和的超調(diào)量滿足設(shè)計要求。的超調(diào)量滿足設(shè)計要求。五、轉(zhuǎn)速超調(diào)的抑制五、轉(zhuǎn)速超調(diào)的抑制 在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，加入轉(zhuǎn)速微分負反在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，加入轉(zhuǎn)速微分負反饋后，可提早饋后，可提早ASR的退飽和時間和退飽和的退飽和時間和退飽和轉(zhuǎn)速，從而抑制了退飽和超

32、調(diào)。轉(zhuǎn)速，從而抑制了退飽和超調(diào)。 教材中給出了轉(zhuǎn)速微分負反饋參數(shù)的工程教材中給出了轉(zhuǎn)速微分負反饋參數(shù)的工程設(shè)計方法，以及帶轉(zhuǎn)速微分負反饋設(shè)計方法，以及帶轉(zhuǎn)速微分負反饋雙閉環(huán)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能。調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能。 可以證明，帶可以證明，帶微分負反饋的轉(zhuǎn)速微分負反饋的轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器在結(jié)構(gòu)上符合在結(jié)構(gòu)上符合“全狀態(tài)反饋最優(yōu)控制全狀態(tài)反饋最優(yōu)控制”。* *六、六、 弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)n調(diào)壓與弱磁的配合控制調(diào)壓與弱磁的配合控制n非獨立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng)非獨立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng)n弱磁過程的直流電機數(shù)學模型和弱磁過程的直流電機數(shù)學模型和弱磁控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計弱磁控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計TeNnNnmax變電壓調(diào)速弱磁調(diào)速UNUPPTeUnO 調(diào)壓與弱磁的調(diào)壓與弱磁的配合控制配合控制 勵磁