直流調(diào)速系統(tǒng)課件(教師)5

1、1.5 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)本節(jié)提要本節(jié)提要v反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型模型v反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件v動(dòng)態(tài)校正動(dòng)態(tài)校正PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)v系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與參數(shù)計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與參數(shù)計(jì)算 為了分析調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)品為了分析調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)，必須首先建立描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)物理規(guī)質(zhì)，必須首先建立描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)物理規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于連續(xù)的線性定常系律的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于連續(xù)的線性定常系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型是常微分方程，經(jīng)過(guò)拉統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型是常微

2、分方程，經(jīng)過(guò)拉氏變換，可用傳遞函數(shù)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖表氏變換，可用傳遞函數(shù)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖表示。示。 1.5.1 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型1. 電力電子器件的傳遞函數(shù)電力電子器件的傳遞函數(shù) 構(gòu)成系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)是電力電子變換器和直構(gòu)成系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)是電力電子變換器和直流電動(dòng)機(jī)。不同電力電子變換器的傳遞函數(shù)，它流電動(dòng)機(jī)。不同電力電子變換器的傳遞函數(shù)，它們的表達(dá)式是相同的，都是們的表達(dá)式是相同的，都是1)(ssssTKsW(1-45) 只是在不同場(chǎng)合下，參數(shù)只是在不同場(chǎng)合下，參數(shù)Ks和和Ts的數(shù)值不同而的數(shù)值不同而已。已。 TL+MUd+E R LneidM

3、圖圖1-33 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)等效電路他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)等效電路 2. 直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)EtILRIU ddddd(1-46) 假定主電路電流假定主電路電流連續(xù)，則動(dòng)態(tài)電壓連續(xù)，則動(dòng)態(tài)電壓方程為方程為 電路方程電路方程 如果忽略粘性磨擦及彈性轉(zhuǎn)矩，電機(jī)軸上的如果忽略粘性磨擦及彈性轉(zhuǎn)矩，電機(jī)軸上的動(dòng)力學(xué)方程為動(dòng)力學(xué)方程為 (1-47) tnGDTTdd3752Le額定勵(lì)磁下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩分別為額定勵(lì)磁下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩分別為 dmeICT nCEe(1-48) (1-49) 式中式中 TL 包括電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩包括電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(Nm)； 直

4、流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)（續(xù)）直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)（續(xù)）GD2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的飛輪慣量電力拖動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的飛輪慣量 (Nm2)； Cm 電機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)電機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)(Nm/A)， em30CC Tl 電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)(s)， ；Tm電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)(s) ， 。RLTlme2m375CCRGDT 定義下列時(shí)間常數(shù)：定義下列時(shí)間常數(shù)： 直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)（續(xù)）直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)（續(xù)） 代入式（代入式（1-46）和（）和（1-47），并考慮式（），并考慮式（1-48）和（和（1-49），整理后得），整理

5、后得)dd(dddtITIREUl tERTIIddmdLdmLdLCTI(1-50) (1-51) 式中式中 為負(fù)載電流。為負(fù)載電流。 n 微分方程微分方程 在零初始條件下，取等式兩側(cè)的拉氏變換，在零初始條件下，取等式兩側(cè)的拉氏變換，得電壓與電流間的傳遞函數(shù)得電壓與電流間的傳遞函數(shù) 11)()()(dd sTRsEsUsIl電流與電動(dòng)勢(shì)間的傳遞函數(shù)電流與電動(dòng)勢(shì)間的傳遞函數(shù) sTRsIsIsEmdLd)()()(1-52) (1-53) n 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)n 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 Id (s)IdL(s)+-E (s) R Tmsb)電流電動(dòng)勢(shì)間的結(jié)構(gòu)框圖電流電動(dòng)勢(shì)間的結(jié)構(gòu)框圖 式（式（

6、131）E(s)Ud(s)+-1/RTl s+1Id (s)a)電壓電流間的結(jié)構(gòu)框圖電壓電流間的結(jié)構(gòu)框圖 式（式（130）+圖圖1-34 額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖圖1-34c 整個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖整個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖n(s) 1/CeUd(s)IdL (s) EId (s)+- 1/R Tl s+1 R Tmsn 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 由圖由圖c可以看出，直流電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)可以看出，直流電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)輸入量，一個(gè)是施加在電樞上的理想空輸入量，一個(gè)是施加在電樞上的理想空載電壓，另一個(gè)是負(fù)載電流。前者是控載電壓，另一個(gè)是負(fù)載電流。前者是控制

7、輸入量，后者是擾動(dòng)輸入量。如果不制輸入量，后者是擾動(dòng)輸入量。如果不需要在結(jié)構(gòu)圖中顯現(xiàn)出電流，可將擾動(dòng)需要在結(jié)構(gòu)圖中顯現(xiàn)出電流，可將擾動(dòng)量的綜合點(diǎn)移前，再進(jìn)行等效變換，得量的綜合點(diǎn)移前，再進(jìn)行等效變換，得下圖下圖a。如果是理想空載，則。如果是理想空載，則 IdL = 0，結(jié)，結(jié)構(gòu)框圖即簡(jiǎn)化成下圖構(gòu)框圖即簡(jiǎn)化成下圖b。 n 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 n(s)Ud (s)+-1/Ce TmTl s2+Tms+1IdL (s) R (Tl s+1)n 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的變換和簡(jiǎn)化動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的變換和簡(jiǎn)化a. IdL 0n(s)1/Ce TmTl s2+Tms+1Ud (s)b. IdL= 0 直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

8、中的其他環(huán)節(jié)還有比例直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的其他環(huán)節(jié)還有比例放大器和測(cè)速反饋環(huán)節(jié)，它們的響應(yīng)都可以認(rèn)放大器和測(cè)速反饋環(huán)節(jié)，它們的響應(yīng)都可以認(rèn)為是瞬時(shí)的，因此它們的傳遞函數(shù)就是它們的為是瞬時(shí)的，因此它們的傳遞函數(shù)就是它們的放大系數(shù)，即放大系數(shù)，即 放大器放大器pnca)()()(KsUsUsW)()()(nfnsnsUsW測(cè)速反饋測(cè)速反饋（1-55） （1-54） 3. 控制與檢測(cè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)控制與檢測(cè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 知道了各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)后，把它知道了各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)后，把它們按在系統(tǒng)中的相互關(guān)系組合起來(lái)，就們按在系統(tǒng)中的相互關(guān)系組合起來(lái)，就可以畫出閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)可以畫出閉環(huán)直流調(diào)速

9、系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如下圖所示。由圖可見(jiàn)，將電力框圖，如下圖所示。由圖可見(jiàn)，將電力電子變換器按一階慣性環(huán)節(jié)處理后，帶電子變換器按一階慣性環(huán)節(jié)處理后，帶比例放大器的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以看比例放大器的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以看作是一個(gè)三階線性系統(tǒng)。作是一個(gè)三階線性系統(tǒng)。 結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖4. 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖n(s)圖圖1-36 反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖U*n (s)IdL (s) Uc (s)Un (s)+- KsTss+1KP1/Ce TmTl s2+Tms+1 +-R (Tl s+1)Ud (s)Un (s)5. 調(diào)速系

10、統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) 由圖可見(jiàn)，反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)由圖可見(jiàn)，反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)是環(huán)傳遞函數(shù)是 ) 1)(1()(m2mssTsTTsTKsWl式中式中 K = Kp Ks / Ce （1-56） 6. 調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù) 設(shè)設(shè)Idl=0，從給定輸入作用上看，閉環(huán)直流調(diào)速，從給定輸入作用上看，閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)是系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)是 111)(1)1 () 1)(1(/) 1)(1(/1) 1)(1(/)(sm2sm3smespm2msespm2msespm2msespcsKTTsKTTTsKTTTKCKKKs

11、TsTTsTCKKsTsTTsTCKKsTsTTsTCKKsWllllll（1-57） 1.5.2 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件系統(tǒng)的穩(wěn)定條件 由式（由式（1-57）可知，反饋控制閉環(huán)直）可知，反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為流調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為 0111)(1sm2sm3smsKTTsKTTTsKTTTll（1-58） 它的一般表達(dá)式為它的一般表達(dá)式為 0322130asasasa 根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯-赫爾維茨判據(jù)，系統(tǒng)赫爾維茨判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是穩(wěn)定的充分必要條件是 0000030213210aaaaaaaa，式（式（1-58）的

12、各項(xiàng)系數(shù)顯然都是大于零的，因此）的各項(xiàng)系數(shù)顯然都是大于零的，因此穩(wěn)定條件就只有穩(wěn)定條件就只有 0111)(smsmsmKTTTKTTKTTTllssms)1 ()(TTKTTTTll或或穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件整理后得整理后得 s2ssm)(TTTTTTKll（1-59） 式（式（1-59）右邊稱作系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)）右邊稱作系統(tǒng)的臨界放大系數(shù) Kcr，當(dāng)，當(dāng) K Kcr 時(shí)，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。時(shí)，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。 對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定性是它對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定性是它能否正常工作的首要條件，是必須保證的。能否正常工作的首要條件，是必須保證的。 穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析系統(tǒng)穩(wěn)定性分

13、析例題例題1-5 在例題在例題1-4中，已知中，已知 R = 1.0 ， Ks = 44， Ce = 0.1925Vmin/r，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量量GD2 = 10Nm2。 根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) D =10，s 0.05計(jì)算，計(jì)算，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)應(yīng)有系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)應(yīng)有K 53.3 ，試判別這，試判別這個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 解解 首先應(yīng)確定主電路的電感值，用以計(jì)算電磁時(shí)首先應(yīng)確定主電路的電感值，用以計(jì)算電磁時(shí)間常數(shù)。間常數(shù)。 對(duì)于對(duì)于V-M系統(tǒng)，為了使主電路電流連續(xù)，應(yīng)設(shè)系統(tǒng)，為了使主電路電流連續(xù)，應(yīng)設(shè)置平波電抗器。例題置平波電抗器。例題

14、1-4給出的是三相橋式可控整給出的是三相橋式可控整流電路，為了保證最小電流時(shí)電流仍能連續(xù)，應(yīng)采流電路，為了保證最小電流時(shí)電流仍能連續(xù)，應(yīng)采用式（用式（1-8）計(jì)算電樞回路總電感量，即）計(jì)算電樞回路總電感量，即mind2693. 0IUL 例例 題題現(xiàn)在現(xiàn)在 則則 取取 = 17mH = 0.017H 。V 8 .1323230322lUUmH 73.16%10558 .132693. 0 L計(jì)算系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)：計(jì)算系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)：v電磁時(shí)間常數(shù)電磁時(shí)間常數(shù)s 017. 00 . 1017. 0RLTl例例 題題 v機(jī)電時(shí)間常數(shù)機(jī)電時(shí)間常數(shù) s 075. 01925. 03019

15、25. 03750 . 110375me2mCCRGDTv對(duì)于三相橋式整流電路，晶閘管裝置的滯后時(shí)間對(duì)于三相橋式整流電路，晶閘管裝置的滯后時(shí)間常數(shù)為常數(shù)為 Ts = 0.00167 s 例例 題題 為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開(kāi)環(huán)放大系數(shù)應(yīng)滿足為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開(kāi)環(huán)放大系數(shù)應(yīng)滿足式（式（1-59）的穩(wěn)定條件）的穩(wěn)定條件 按穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)要求按穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)要求K 53.3 ，因，因此，此，閉環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。4 .4900167. 0017. 000167. 0)00167. 0017. 0(075. 0)(2s2ssmTTTTTTKll例例 題題例題例題16 在例在例15所述系統(tǒng)中，

16、若改用所述系統(tǒng)中，若改用IGBT脈寬脈寬調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)不變，電樞回路參數(shù)為：調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)不變，電樞回路參數(shù)為：R 0.6，L = 5mH，Ks = 44，Ts 0.1ms（開(kāi)關(guān)頻（開(kāi)關(guān)頻率為率為10kHz）。按同樣的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)）。按同樣的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)D=10，s5%，該系統(tǒng)能否穩(wěn)定？該系統(tǒng)能否穩(wěn)定？解解: 采用脈寬調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，各環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)為采用脈寬調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，各環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)為Tl =L/R =0.005H/0.6=0.00833sTm= GD2R/(375CeCm) =100.6/(3750.192530/0.1925)s=0.045sTs = 0.0001s例例 題題按照式（按照式（1-5

17、8）的穩(wěn)態(tài)條件，應(yīng)有）的穩(wěn)態(tài)條件，應(yīng)有 K Tm（Tl+Ts）+Ts2 / (TlTs) =0.045（0.00833+0.0001） +0.00012/(0.008330.0001)=455.4而按照穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)要求，額定負(fù)載時(shí)閉環(huán)系統(tǒng)而按照穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)要求，額定負(fù)載時(shí)閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為ncl5.26r/min（見(jiàn)例題（見(jiàn)例題1-4），脈），脈寬調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)額定速降為寬調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)額定速降為 nop =INR/Ce = 550.6/0.1925r/min =171.4r/min為了保持穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)為了保持穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)例例 題題

18、例題例題1-7 例例16閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)在臨界穩(wěn)定的條閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)在臨界穩(wěn)定的條件下，最多能達(dá)到多大的調(diào)速范圍？（靜差率指標(biāo)件下，最多能達(dá)到多大的調(diào)速范圍？（靜差率指標(biāo)不變）不變）解解 根據(jù)上題計(jì)算，系統(tǒng)保證穩(wěn)定的條件是根據(jù)上題計(jì)算，系統(tǒng)保證穩(wěn)定的條件是 K 6dB 保留適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定裕度，是考慮到實(shí)際系統(tǒng)各環(huán)保留適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定裕度，是考慮到實(shí)際系統(tǒng)各環(huán)節(jié)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)不致使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。節(jié)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)不致使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。 在一般情況下，穩(wěn)定裕度也能間接反映系統(tǒng)動(dòng)在一般情況下，穩(wěn)定裕度也能間接反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的平穩(wěn)性，穩(wěn)定裕度大，意味著動(dòng)態(tài)過(guò)程振態(tài)過(guò)程的平穩(wěn)性，穩(wěn)定裕度大，意味著動(dòng)態(tài)過(guò)程振蕩弱、

19、超調(diào)小。蕩弱、超調(diào)小。 5. 設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟系統(tǒng)建模系統(tǒng)建模首先應(yīng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，選擇基本部首先應(yīng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，選擇基本部件，按穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算參數(shù)，形成基本的閉環(huán)件，按穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算參數(shù)，形成基本的閉環(huán)控制系統(tǒng)，或稱原始系統(tǒng)。控制系統(tǒng)，或稱原始系統(tǒng)。系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析建立原始系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，畫建立原始系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，畫出其伯德圖，檢查它的穩(wěn)定性和其他動(dòng)態(tài)性能。出其伯德圖，檢查它的穩(wěn)定性和其他動(dòng)態(tài)性能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如果原始系統(tǒng)不穩(wěn)定，或動(dòng)態(tài)性能如果原始系統(tǒng)不穩(wěn)定，或動(dòng)態(tài)性能不好，就必須配置合適的動(dòng)態(tài)校正裝置，使校正不好，就必須配置合適的動(dòng)態(tài)校正裝置，使校正后的系統(tǒng)全面滿足性能要求。

20、后的系統(tǒng)全面滿足性能要求。6. 設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法v湊試法湊試法設(shè)計(jì)時(shí)往往須用多種手段，反復(fù)試湊。設(shè)計(jì)時(shí)往往須用多種手段，反復(fù)試湊。v工程設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)法法詳見(jiàn)第詳見(jiàn)第2章。章。7單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校正舉例單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校正舉例例題例題1-8 在例題在例題1-5中，已經(jīng)判明，按照穩(wěn)態(tài)調(diào)速指標(biāo)中，已經(jīng)判明，按照穩(wěn)態(tài)調(diào)速指標(biāo)設(shè)計(jì)的閉環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。試?yán)貌聢D設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的閉環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。試?yán)貌聢D設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)能在保證穩(wěn)態(tài)性能要求下穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)能在保證穩(wěn)態(tài)性能要求下穩(wěn)定運(yùn)行。解解 （1）被控對(duì)象的開(kāi)環(huán)頻率特性分析）被控對(duì)象的開(kāi)環(huán)頻率特性分析式（式（1-56）已給出

21、原始系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下）已給出原始系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下) 1)(1()(m2mssTsTTsTKsWl已知已知 Ts = 0.00167s， Tl = 0.017s ， Tm = 0.075s ，在這里，在這里， Tm 4Tl ，因此分母中的二次項(xiàng)可以分，因此分母中的二次項(xiàng)可以分解成兩個(gè)一次項(xiàng)之積，即解成兩個(gè)一次項(xiàng)之積，即 ) 1026. 0)(1049. 0(1075. 0001275. 012m2msssssTsTTl 根據(jù)例題根據(jù)例題1-4的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算結(jié)果，閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算結(jié)果，閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)已取為的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)已取為58.551925.001158.04421/e

22、spCKKK 于是，原始閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)是于是，原始閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)是 ) 10167. 0)(1026. 0)(1049. 0(58.55)(ssssW動(dòng)態(tài)校正舉例動(dòng)態(tài)校正舉例 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻及相頻特性系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻及相頻特性圖圖1-40 原始閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的伯德圖原始閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的伯德圖其中三個(gè)轉(zhuǎn)折頻率分別為其中三個(gè)轉(zhuǎn)折頻率分別為 111s4 .20049. 011T122s5 .38026. 011T133s60000167. 011T而而dB 9 .3458.55lg20lg20K 由圖由圖1-40可見(jiàn)，相角裕度可見(jiàn)，相角裕度 和幅值裕度和幅值裕度Lg都是都是負(fù)值

23、，所以原始閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。這和例題負(fù)值，所以原始閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。這和例題1-5中中用代數(shù)判據(jù)得到的結(jié)論是一致的。用代數(shù)判據(jù)得到的結(jié)論是一致的。動(dòng)態(tài)校正舉例動(dòng)態(tài)校正舉例（2） PI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 考慮到原始系統(tǒng)中已包含了放大系數(shù)為考慮到原始系統(tǒng)中已包含了放大系數(shù)為Kp的比的比例調(diào)節(jié)器，現(xiàn)在換成例調(diào)節(jié)器，現(xiàn)在換成PI調(diào)節(jié)器，它在原始系統(tǒng)的基調(diào)節(jié)器，它在原始系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新添加部分的傳遞函數(shù)應(yīng)為礎(chǔ)上新添加部分的傳遞函數(shù)應(yīng)為 sKsKsWKppipip1)(1如圖如圖1-41所示，所示，則有：則有： 取取 ssKsW1)(pipi，則，則 01RRKpi，且，且 10CRpipppipipKKKK

24、KKLlg20lg201lg202 PI調(diào)節(jié)器對(duì)數(shù)頻率特性調(diào)節(jié)器對(duì)數(shù)頻率特性0圖圖1-41PI調(diào)節(jié)器在原始系統(tǒng)基礎(chǔ)上添加部分的對(duì)數(shù)頻率特性調(diào)節(jié)器在原始系統(tǒng)基礎(chǔ)上添加部分的對(duì)數(shù)頻率特性v為了方便起見(jiàn)，可令為了方便起見(jiàn)，可令Kpi = T1，使校正裝置的比，使校正裝置的比 例微分項(xiàng)例微分項(xiàng)(Kpi s + 1)與原始與原始系統(tǒng)中時(shí)間常數(shù)最大的系統(tǒng)中時(shí)間常數(shù)最大的 慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié) 對(duì)消，同時(shí)可提高系統(tǒng)的快速性。對(duì)消，同時(shí)可提高系統(tǒng)的快速性。 111sTv其次，為了使校正后的系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定裕度，其次，為了使校正后的系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定裕度，它的對(duì)數(shù)幅頻特性應(yīng)以它的對(duì)數(shù)幅頻特性應(yīng)以20的斜率穿越的斜

25、率穿越 0dB 線，線，必須把圖必須把圖1-42中的原始系統(tǒng)特性中的原始系統(tǒng)特性壓低，使校正壓低，使校正后特性后特性的截止頻率的截止頻率c2 1/ T2。這樣，在。這樣，在c2 處，處，應(yīng)有應(yīng)有 dB0 321LLL或動(dòng)態(tài)校正舉例動(dòng)態(tài)校正舉例 系統(tǒng)校正的對(duì)數(shù)頻率特性系統(tǒng)校正的對(duì)數(shù)頻率特性0校正后的系統(tǒng)特性校正后的系統(tǒng)特性校正前的系統(tǒng)特性校正前的系統(tǒng)特性圖圖1-42 閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器校正調(diào)節(jié)器校正（3）校正步驟）校正步驟 A. 先畫出原系統(tǒng)的對(duì)數(shù)頻率特性，求出先畫出原系統(tǒng)的對(duì)數(shù)頻率特性，求出 。B. 取取Kpi= T1，并取，并取 1/T2。C. 在原始系統(tǒng)幅頻特性在原始系統(tǒng)幅頻特性上查得上查得 時(shí)的幅值時(shí)的幅值 L1，令，令 ，因?yàn)?，因?yàn)?，從而求得，從而求得 Kpi，所以，所以 。1c2c 12LLpipKKLlg202piKT1D. 得到得到 ssKsWpipi1)(E. 校驗(yàn)校驗(yàn) ，若不滿足重選，重復(fù)，若不滿足重選，重復(fù)C.D兩步，兩步， 直至滿足為止。直至滿足為止。scT312F. 確定確定R0，計(jì)算，計(jì)算R1、C1。（4）校正過(guò)程）校正過(guò)程由圖由圖140的原始系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻特性可知（用漸近的原始系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻特性可知（用漸近法）：法）：1026. 0049. 058.5511 cc -11cs 9 .2085 .384