第3章轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

1、第第3章章 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng) 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要n轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的組成組成及其靜特性及其靜特性 n轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 n轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的的工程設(shè)計(jì)方法工程設(shè)計(jì)方法 nMATLAB仿真軟件對(duì)轉(zhuǎn)速、電流反饋控制仿真軟件對(duì)轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真的直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真 3.1 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流

2、調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性的組成及其靜特性n對(duì)于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，對(duì)于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，縮短起、制縮短起、制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。是提高生產(chǎn)率的重要因素。n在起動(dòng)（或制動(dòng)）在起動(dòng)（或制動(dòng)）過(guò)渡過(guò)程中過(guò)渡過(guò)程中，希望始終，希望始終保持電保持電流（電磁轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值流（電磁轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使調(diào)速系統(tǒng)以，使調(diào)速系統(tǒng)以最大的加（減）速度運(yùn)行。最大的加（減）速度運(yùn)行。n當(dāng)當(dāng)?shù)竭_(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，最好使，最好使電流立即降下來(lái)電流立即降下來(lái)，使，使電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而迅速轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，

3、從而迅速轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。運(yùn)行。起動(dòng)電流呈矩形波，轉(zhuǎn)速按起動(dòng)電流呈矩形波，轉(zhuǎn)速按線(xiàn)性增長(zhǎng)。這是在最大電流線(xiàn)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)（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)（制所能獲得的最快的起動(dòng)（制動(dòng)）過(guò)程。動(dòng)）過(guò)程。 時(shí)間最優(yōu)的理想過(guò)渡過(guò)程時(shí)間最優(yōu)的理想過(guò)渡過(guò)程3.1.1 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng) 的組成的組成n在在起動(dòng)過(guò)程中起動(dòng)過(guò)程中只有只有電流負(fù)反饋電流負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋.n在在達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，后，只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再讓電流負(fù)反，不再讓電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用。饋發(fā)揮主要的作用。 n在

4、系統(tǒng)中在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別引入，分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋負(fù)反饋以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。n把把轉(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，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。n從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)電流環(huán)在里面，稱(chēng)作在里面，稱(chēng)作內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速環(huán)在環(huán)在外邊，稱(chēng)作外邊，稱(chēng)作外環(huán)外環(huán)。形成了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速。形成了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)雙閉環(huán)系統(tǒng)）。系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)雙閉環(huán)系統(tǒng)）。轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)速、電流反

5、饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器 TG測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī) 3.1.1 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng) 的組成的組成 1. 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性n當(dāng)調(diào)節(jié)器當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和飽和時(shí)，輸出達(dá)到限幅值，輸入量的變化不再時(shí)，輸出達(dá)到限幅值，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。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。 n當(dāng)調(diào)節(jié)器當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和不飽和時(shí)，時(shí)，PI調(diào)節(jié)器工作在線(xiàn)性調(diào)節(jié)狀態(tài)，其調(diào)節(jié)器工作在線(xiàn)性調(diào)節(jié)狀態(tài)，其作用是使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)為零。作用是使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)為零。n

6、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，況，電流調(diào)節(jié)器不進(jìn)入飽和狀態(tài)電流調(diào)節(jié)器不進(jìn)入飽和狀態(tài) 。 3.1.2 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與參數(shù)計(jì)算穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與參數(shù)計(jì)算（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和n兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零。入偏差電壓都是零。n diinnIUUnnUU *0*dmdII 0*nUnn （2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和nASR輸出達(dá)到限幅值時(shí)，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開(kāi)環(huán)輸出達(dá)到限幅值時(shí)，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開(kāi)環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)轉(zhuǎn)速環(huán)不再產(chǎn)生影響。狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)轉(zhuǎn)速環(huán)不再產(chǎn)生

7、影響。n雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單電流雙閉環(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)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí) dmimdIUI *nAB段是兩個(gè)調(diào)段是兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和節(jié)器都不飽和時(shí)的靜特性，時(shí)的靜特性，IdIdm, n=n0。nBC段是段是ASR調(diào)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)的節(jié)器飽和時(shí)的靜特性，靜特性，Id=Idm, nn0。閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 1. 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性n在在負(fù)載電流小于負(fù)載電流小于Idm時(shí)時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，轉(zhuǎn)速負(fù)反轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用饋起主要調(diào)節(jié)作用。n當(dāng)當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到負(fù)載電流達(dá)到Idm時(shí)時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為

8、飽和輸出，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為飽和輸出U*im，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用電流調(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，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差。差。n采用兩個(gè)采用兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器形成了內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。調(diào)節(jié)器形成了內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。n當(dāng)當(dāng)ASR處于飽和狀態(tài)時(shí)，處于飽和狀態(tài)時(shí)，Id=Idm，若負(fù)載電流減小，若負(fù)載電流減小，Idn0，n0，ASR反向積分，反向積分，使使ASR調(diào)節(jié)器退出飽和調(diào)節(jié)器退出飽和。 1. 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性2各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和 穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算n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)器都都不飽

9、和不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系：時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系： 0*nnUUnn dLdiiIIUU *sdLnesdesdcKRIUCKRInCKUU /*0n轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) n電流反饋系數(shù)電流反饋系數(shù) n兩個(gè)給定電壓的最大值兩個(gè)給定電壓的最大值U*nm和和U*im由設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)者選定。者選定。max*nUnm dmimIU* 2各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和 穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算3.2 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與動(dòng)態(tài)過(guò)程分析的數(shù)學(xué)模型與動(dòng)態(tài)過(guò)程分析3.2.1 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流

10、調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖3.2.2 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系 統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程分析統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程分析n對(duì)調(diào)速系統(tǒng)而言，被控制的對(duì)象是對(duì)調(diào)速系統(tǒng)而言，被控制的對(duì)象是轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速。n跟隨性能跟隨性能可以用可以用階躍給定下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)階躍給定下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)描描述。述。n能否實(shí)現(xiàn)所期望的恒加速過(guò)程，最終以時(shí)能否實(shí)現(xiàn)所期望的恒加速過(guò)程，最終以時(shí)間最優(yōu)的形式達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，是間最優(yōu)的形式達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，是設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要的追求目標(biāo)。設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要的追求目標(biāo)。 起動(dòng)過(guò)程分為起動(dòng)過(guò)程分為電流上升、恒流電流

11、上升、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個(gè)階段。三個(gè)階段。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在此三個(gè)階段中經(jīng)此三個(gè)階段中經(jīng)歷了歷了不飽和、飽不飽和、飽和和以及以及退飽和退飽和三三種情況。種情況。1起動(dòng)過(guò)程分析起動(dòng)過(guò)程分析第第階段：電流上升階段（階段：電流上升階段（0t1）。 1起動(dòng)過(guò)程分析起動(dòng)過(guò)程分析n在在t=0時(shí)，系統(tǒng)突加階躍時(shí)，系統(tǒng)突加階躍給定信號(hào)給定信號(hào)Un*， Id很快上很快上升，在升，在Id上升到上升到Idl之前，之前，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速為零。矩，轉(zhuǎn)速為零。n當(dāng)當(dāng) Id IdL 后，電機(jī)開(kāi)始后，電機(jī)開(kāi)始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性作起動(dòng)，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，

12、用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，ASR輸入偏差電壓仍較輸入偏差電壓仍較大，大， ASR很快進(jìn)入飽和很快進(jìn)入飽和狀態(tài)狀態(tài)，而，而ACR一般不飽一般不飽和。直到和。直到Id = Idm ， Ui = U*im 。第第階段階段:恒流升速階段（恒流升速階段（t1t2） 1起動(dòng)過(guò)程分析起動(dòng)過(guò)程分析n轉(zhuǎn)速環(huán)飽和相當(dāng)于開(kāi)環(huán)工轉(zhuǎn)速環(huán)飽和相當(dāng)于開(kāi)環(huán)工作。系統(tǒng)表現(xiàn)為使用作。系統(tǒng)表現(xiàn)為使用PI調(diào)調(diào)節(jié)器的電流閉環(huán)控制。節(jié)器的電流閉環(huán)控制。n電流調(diào)節(jié)器的給定值就是電流調(diào)節(jié)器的給定值就是ASR調(diào)節(jié)器的飽和值調(diào)節(jié)器的飽和值U*im，基本上基本上保持電流保持電流Id = Idm不不變變。n電流閉環(huán)調(diào)節(jié)的擾動(dòng)是電電流閉環(huán)調(diào)節(jié)的擾動(dòng)是電動(dòng)

13、機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，它是一動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，它是一個(gè)線(xiàn)性漸增的斜坡擾動(dòng)量，個(gè)線(xiàn)性漸增的斜坡擾動(dòng)量，系統(tǒng)做不到無(wú)靜差，而是系統(tǒng)做不到無(wú)靜差，而是Id略低于略低于Idm。 第第階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t2以后）以后） 1起動(dòng)過(guò)程分析起動(dòng)過(guò)程分析nn上上升到了給定值升到了給定值n*，Un=0。電動(dòng)機(jī)仍處于加。電動(dòng)機(jī)仍處于加速過(guò)程，使速過(guò)程，使n超過(guò)了超過(guò)了n*，稱(chēng)之為稱(chēng)之為起動(dòng)過(guò)程的轉(zhuǎn)速超起動(dòng)過(guò)程的轉(zhuǎn)速超調(diào)調(diào)。n轉(zhuǎn)速的超調(diào)造成了轉(zhuǎn)速的超調(diào)造成了Un0 ASR退出飽和狀態(tài)退出飽和狀態(tài)，Ui和和Id很快下降。轉(zhuǎn)速仍在上很快下降。轉(zhuǎn)速仍在上升，直到升，直到t=t3時(shí)，時(shí)，Id= Idl ，轉(zhuǎn)速才到

14、達(dá)峰值。轉(zhuǎn)速才到達(dá)峰值。n在在t3t4時(shí)間內(nèi)，時(shí)間內(nèi)， Id Idl，轉(zhuǎn)速由加速變?yōu)闇p速，直轉(zhuǎn)速由加速變?yōu)闇p速，直到穩(wěn)定。到穩(wěn)定。n雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三雙閉環(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)：個(gè)特點(diǎn)： （1）飽和非線(xiàn)性控制）飽和非線(xiàn)性控制 （2）轉(zhuǎn)速超調(diào)）轉(zhuǎn)速超調(diào) （3）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制 1起動(dòng)過(guò)程分析起動(dòng)過(guò)程分析2動(dòng)態(tài)抗擾性能分析動(dòng)態(tài)抗擾性能分析n雙閉環(huán)系統(tǒng)與單閉環(huán)系統(tǒng)的差別在于多了雙閉環(huán)系統(tǒng)與單閉環(huán)系統(tǒng)的差別在于多了一個(gè)電流反饋環(huán)和電流調(diào)節(jié)器。一個(gè)電流反饋環(huán)和電流調(diào)節(jié)器。n調(diào)速系統(tǒng)，最主要的抗擾性能是指調(diào)速系統(tǒng)，最主要的抗擾性能是指抗負(fù)載抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)

15、電壓擾動(dòng)性能擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)性能。n閉環(huán)系統(tǒng)的抗擾能力與其作用點(diǎn)的位置有閉環(huán)系統(tǒng)的抗擾能力與其作用點(diǎn)的位置有關(guān)。關(guān)。 （1）抗負(fù)載擾動(dòng)）抗負(fù)載擾動(dòng)n負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，只能靠負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來(lái)產(chǎn)生來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。的作用。n在在設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)ASR時(shí)，要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。時(shí)，要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。 負(fù)載擾動(dòng)負(fù)載擾動(dòng)2動(dòng)態(tài)抗擾性能分析動(dòng)態(tài)抗擾性能分析（2）抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)）抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)n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)，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)，使抗擾性能得到改善。使抗擾性能得到改善。n在在雙閉環(huán)

16、系統(tǒng)雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速變中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速變化會(huì)化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。 電網(wǎng)電壓擾動(dòng)電網(wǎng)電壓擾動(dòng)2動(dòng)態(tài)抗擾性能分析動(dòng)態(tài)抗擾性能分析1. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用n轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速很快地跟隨給定電壓變化它使轉(zhuǎn)速很快地跟隨給定電壓變化, 如如果采用果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。n對(duì)對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用負(fù)載變化起抗擾作用。n其輸出限幅值決定電動(dòng)機(jī)允許的最大電其輸出限幅值決定電動(dòng)機(jī)允許的最大電流。流?？偨Y(jié)：總結(jié)：2. 電流調(diào)節(jié)器的作用電流調(diào)節(jié)器的作用n在轉(zhuǎn)速外

17、環(huán)的調(diào)節(jié)過(guò)程中，使電流緊緊跟在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過(guò)程中，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）隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。變化。n對(duì)對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。起及時(shí)抗擾的作用。n在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流。最大電流。n當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流當(dāng)電動(dòng)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。故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。3.3 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)

18、計(jì)3.3.1 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)n在控制系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)節(jié)器是為了改善在控制系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)節(jié)器是為了改善系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能。系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能。n控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括對(duì)給定控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括對(duì)給定輸入信號(hào)的輸入信號(hào)的跟隨性能指標(biāo)跟隨性能指標(biāo)和對(duì)擾動(dòng)輸和對(duì)擾動(dòng)輸入信號(hào)的入信號(hào)的抗擾性能指標(biāo)抗擾性能指標(biāo)。1、跟隨性能指標(biāo)、跟隨性能指標(biāo)n以以輸出量的初始值為零，給定信號(hào)階躍輸出量的初始值為零，給定信號(hào)階躍變化變化下的過(guò)渡過(guò)程作為典型的跟隨過(guò)程。下的過(guò)渡過(guò)程作為典型的跟隨過(guò)程。n此跟隨過(guò)程的輸出量動(dòng)態(tài)響應(yīng)稱(chēng)作此跟隨過(guò)程的輸出量動(dòng)態(tài)響應(yīng)稱(chēng)作階躍階躍響應(yīng)響應(yīng)。n常用的階躍

19、響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有上升時(shí)上升時(shí)間、超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間間、超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。 典型的階躍響應(yīng)過(guò)程和跟隨性能指標(biāo)典型的階躍響應(yīng)過(guò)程和跟隨性能指標(biāo)%100maxCCC上升時(shí)間上升時(shí)間 峰值時(shí)間峰值時(shí)間 調(diào)節(jié)時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間 超調(diào)量超調(diào)量 2抗擾性能指標(biāo)抗擾性能指標(biāo)n當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行中，突加一個(gè)當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行中，突加一個(gè)使輸出量降低（或上升）的擾動(dòng)量使輸出量降低（或上升）的擾動(dòng)量F之后，輸出量由降低（或上升）到恢之后，輸出量由降低（或上升）到恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值的過(guò)渡過(guò)程就是一個(gè)復(fù)到穩(wěn)態(tài)值的過(guò)渡過(guò)程就是一個(gè)抗擾抗擾過(guò)程過(guò)程。n常用的抗擾性能指標(biāo)為常用的抗擾性能指標(biāo)為動(dòng)態(tài)降落動(dòng)態(tài)

20、降落和和恢恢復(fù)時(shí)間復(fù)時(shí)間。 突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和抗擾性能指標(biāo)突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和抗擾性能指標(biāo)動(dòng)態(tài)降落動(dòng)態(tài)降落 恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間 3.3.2 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法n工程設(shè)計(jì)方法：工程設(shè)計(jì)方法： 在設(shè)計(jì)時(shí)，把實(shí)際系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，把實(shí)際系統(tǒng)校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)，可以，可以利用利用現(xiàn)成的公式和圖表現(xiàn)成的公式和圖表來(lái)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)便得多。來(lái)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)便得多。n調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法所遵循的原則是：調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法所遵循的原則是：（1）概念清楚、易懂；）概念清楚、易懂；（2）計(jì)算公式簡(jiǎn)明、好記；）計(jì)算公式簡(jiǎn)明、好記；（3）不僅給出參數(shù)計(jì)算的公式，

21、而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；）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(xiàn)性控制的情況，同樣給出簡(jiǎn)單的計(jì)算公式；）能考慮飽和非線(xiàn)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)。）適用于各種可以簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。n在典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用在典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用MATLAB/SIMULINK進(jìn)行計(jì)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)，可設(shè)計(jì)出實(shí)用有效的控制系統(tǒng)。算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)，可設(shè)計(jì)出實(shí)用有效的控制系統(tǒng)。n控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)都可以表示成控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)都可以表示成: 分母中的分母中的s sr r項(xiàng)表示該系統(tǒng)在項(xiàng)表示

22、該系統(tǒng)在s s= 0= 0處有處有r r重重 極點(diǎn)，或者說(shuō)，系統(tǒng)含有極點(diǎn)，或者說(shuō)，系統(tǒng)含有r r個(gè)積分環(huán)節(jié)，個(gè)積分環(huán)節(jié)， 稱(chēng)作稱(chēng)作r r型系統(tǒng)。型系統(tǒng)。n為了使系統(tǒng)對(duì)階躍給定無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差，不能使用為了使系統(tǒng)對(duì)階躍給定無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差，不能使用0型系統(tǒng)型系統(tǒng)（ r =0），至少是），至少是型系統(tǒng)（型系統(tǒng)（ r =1）；當(dāng)給定是斜坡輸入）；當(dāng)給定是斜坡輸入時(shí)，則要求是時(shí)，則要求是型系統(tǒng)（型系統(tǒng)（ r =2）才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無(wú)差。）才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無(wú)差。n選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)能滿(mǎn)足所需的穩(wěn)態(tài)精度。由于選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)能滿(mǎn)足所需的穩(wěn)態(tài)精度。由于型（型（ r =3）和）和型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定，而型以上的系統(tǒng)

23、很難穩(wěn)定，而0型系統(tǒng)的型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度低。因此常把穩(wěn)態(tài)精度低。因此常把型和型和型系統(tǒng)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目型系統(tǒng)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)標(biāo)。 njjrmiisTssKsW11)1()1()( 3.3.2 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法1典型典型型系統(tǒng)型系統(tǒng)n作為典型的作為典型的I型系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)選擇為型系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)選擇為 式中，式中， T系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)；系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)； K系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益。系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益。n對(duì)數(shù)幅頻特性的中頻段對(duì)數(shù)幅頻特性的中頻段以以-20dB/dec的斜率的斜率穿越零分貝線(xiàn)，只穿越零分貝線(xiàn)，只要參數(shù)的選擇能要參數(shù)的選擇能保證足夠的中頻帶寬度保證足夠的中頻帶

24、寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的。的。n只包含開(kāi)環(huán)增益只包含開(kāi)環(huán)增益K和時(shí)間常數(shù)和時(shí)間常數(shù)T兩個(gè)參數(shù)，時(shí)間常數(shù)兩個(gè)參數(shù)，時(shí)間常數(shù)T往往是往往是控制對(duì)象本身固有的，唯一可變的只有控制對(duì)象本身固有的，唯一可變的只有開(kāi)環(huán)增益開(kāi)環(huán)增益K 。設(shè)計(jì)時(shí)，。設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照性能指標(biāo)選擇參數(shù)需要按照性能指標(biāo)選擇參數(shù)K的大小。的大小。)1()( TssKsW典型典型型系統(tǒng)型系統(tǒng)(a)閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(b)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性1典型典型型系統(tǒng)型系統(tǒng)n典型典型型系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性型系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性的幅值為的幅值為 得到得到 n相角裕度為相角裕度為nK值越大值越大，截止頻率，截止頻率

25、 c 也越大也越大，系統(tǒng)響應(yīng)越快，相角，系統(tǒng)響應(yīng)越快，相角穩(wěn)定裕度穩(wěn)定裕度 越小越小，快速性與穩(wěn)定性之間存在矛盾。快速性與穩(wěn)定性之間存在矛盾。n在選擇參數(shù)在選擇參數(shù) K時(shí)，須在快速性與穩(wěn)定性之間取折衷。時(shí)，須在快速性與穩(wěn)定性之間取折衷。 ccKlg20) 1lg(lg20lg20cK（當(dāng)Tc1時(shí)） 18090arctg90arctgccTT1典型典型型系統(tǒng)型系統(tǒng)（1）動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)）動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)n典型典型型系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為型系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 自然振蕩角頻率；自然振蕩角頻率； 阻尼比。阻尼比。n 1，欠阻尼的振蕩特性，欠阻尼的振蕩特性;n 1，過(guò)阻尼的單調(diào)特性；，過(guò)阻尼的單調(diào)特性；

26、n = 1，臨界阻尼。，臨界阻尼。 n過(guò)阻尼動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，一般把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成欠阻尼，即過(guò)阻尼動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，一般把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成欠阻尼，即 0 Ti，選擇，選擇i= Tl ，用調(diào)節(jié)器零點(diǎn)消去控，用調(diào)節(jié)器零點(diǎn)消去控制對(duì)象中大的時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)制對(duì)象中大的時(shí)間常數(shù)極點(diǎn):n希望電流超調(diào)量希望電流超調(diào)量 i 5%，選，選 =0.707， KI T i =0.5，則，則 )1()1(/)( sTsKsTsRKKsWiIiisiopi iciITK21)(22ilsisliTTKRTKRTK 1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)圖3-20 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 n模擬式電流

27、調(diào)節(jié)器電路模擬式電流調(diào)節(jié)器電路 U*i 電流給定電壓；電流給定電壓； Id 電流負(fù)反饋電壓；電流負(fù)反饋電壓； Uc 電力電子變換器的電力電子變換器的控制電壓?？刂齐妷?。圖圖3-21 含給定濾波與反饋濾波的含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器型電流調(diào)節(jié)器0RRKiiiiiCRoioiCRT041n按典型按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 n采用高階系統(tǒng)的降階近似處理方法，忽略高次項(xiàng)，可降采用高階系統(tǒng)的降階近似處理方法，忽略高次項(xiàng)，可降階近似為階近似為 n降價(jià)近似條件為降價(jià)近似條件為 式中，式中，cn轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率。轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻

28、率。111)1(1)1(/)()()(2* sKsKTsTsKsTsKsUsIsWIIiiIiIidcli 111)( sKsWIcliiIcnTK 31 1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)n電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中等效為電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中等效為 n電流的閉環(huán)控制把雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控電流的閉環(huán)控制把雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象近似地等效成只有較小時(shí)間常數(shù)的制對(duì)象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)。一階慣性環(huán)節(jié)。n加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)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。（內(nèi)環(huán)）控制的一個(gè)重要功能。111)()()(* sKsWsUsIIcliid 1電流調(diào)節(jié)

29、器的設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)例題例題3-1 n 某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動(dòng)機(jī)：直流電動(dòng)機(jī)：220V，136A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，允許過(guò)載倍數(shù)，允許過(guò)載倍數(shù)=1.5；晶閘管裝置放大系數(shù)：晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=40；電樞回路總電阻：電樞回路總電阻：R=0.5 ；時(shí)間常數(shù)：時(shí)間常數(shù)：Ti=0.03s， Tm=0.18s；電流反饋系數(shù)：電流反饋系數(shù)：=0.05V/A（10V/1.5IN）。）。n設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，要求電流超調(diào)量

30、設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，要求電流超調(diào)量5%i解解 1）確定時(shí)間常數(shù)）確定時(shí)間常數(shù)n整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts=0.0017s。n電流濾波時(shí)間常數(shù)電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi=2ms=0.002s。n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，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，取取Ti=Ts+Toi=0.0037s。2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)n要求要求i5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，按典型，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，按典型I型系型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。用統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。用PI型電流調(diào)節(jié)器。型電流調(diào)節(jié)器。n檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能： ， 參看表參看表3

31、-2的典型的典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。標(biāo)都是可以接受的。11. 80037. 003. 0ilTT3）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)n電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：i=Ti=0.03s。n電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：取電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：取KiTi=0.5， nACR的比例系數(shù)為的比例系數(shù)為1 .1350037. 05 . 05 . 0iITK013. 105. 0405 . 003. 01 .135siIiKRKK4）校驗(yàn)近似條件）校驗(yàn)近似條件n電流環(huán)截止頻率電流環(huán)截止頻率ci=KI=135.1s-1（1）校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)

32、的近似條件）校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 （2）校驗(yàn)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）校驗(yàn)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 （3）校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件）校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 1 .1960017. 03131sT1s1s1s 82.4003. 018. 01313lmTT 8 .180002. 00017. 0131131oisTTcicici5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容n取取n 取取40kn 取取0.75Fn 取取0.2FkR400kRKRii52.4040013. 10FFRCiii75. 01075. 0104003. 063

33、FFRTCioi2 . 0102 . 01040002. 04463002轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)圖3-22 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化(a)用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán) 圖圖3-22 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化(b)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理n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)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)改成將給定信號(hào)改成 U*n(s)/ 。n把時(shí)間常數(shù)為把時(shí)間常數(shù)為 1 / KI 和和 Ton 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并onInTKT 1n轉(zhuǎn)速環(huán)的控制對(duì)象是由一個(gè)積分環(huán)

34、節(jié)和一個(gè)慣性轉(zhuǎn)速環(huán)的控制對(duì)象是由一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成，環(huán)節(jié)組成，IdL(s)是負(fù)載擾動(dòng)。是負(fù)載擾動(dòng)。n系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差的必要條件是：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差的必要條件是：在負(fù)載擾動(dòng)點(diǎn)之在負(fù)載擾動(dòng)點(diǎn)之前必須含有一個(gè)積分環(huán)節(jié)前必須含有一個(gè)積分環(huán)節(jié)。n轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，按轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，按典型典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。nASR采用采用PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器ssKsWnnnASR )1()( Kn 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；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)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 n調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為n令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益令轉(zhuǎn)速環(huán)

35、開(kāi)環(huán)增益KN為為 n則則 )1()1()1()1()(2 sTsTCsRKsTsTCRssKsWnmennnnmennnn mennNTCRKK )1()1()(2 sTssKsWnnNn 圖圖3-22 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化(c)校正后成為典型校正后成為典型型系統(tǒng)型系統(tǒng)nnhT 2221nNThhK nmenRThTChK 2)1(無(wú)特殊要求時(shí)，一般以選擇無(wú)特殊要求時(shí)，一般以選擇h=5 為好。為好。n模擬式模擬式轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路調(diào)節(jié)器電路 U*n 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速給定電壓；給定電壓； n 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓；負(fù)反饋電壓； U*i 電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。電流調(diào)節(jié)器的給定

36、電壓。含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器0RRKnnnnnCRononCRT041例題例題3-2 n在例題在例題3-1中，除已給數(shù)據(jù)外，已知：轉(zhuǎn)速中，除已給數(shù)據(jù)外，已知：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)反饋系數(shù)=0.07Vmin/r（10V/nN），），n要求轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)要求轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n10%。n試按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，并校試按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，并校驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的要求能否得到滿(mǎn)足。驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的要求能否得到滿(mǎn)足。解解 1）確定時(shí)間常數(shù)）確定時(shí)間常數(shù)n（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)。）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)。 由例題由例題3-1，已取，已

37、取KITi=0.5，則則 n（2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)。根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)。根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取取Ton=0.01s。n（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，?。┺D(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取sTKiI0074. 00037. 0221sTKTonIn0174. 001. 00074. 012）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)n選用選用PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器，3）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)n取取h=5，則，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為的超前時(shí)間常數(shù)為n轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益：轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益： nASR的比例系數(shù)為的比例系數(shù)為ssKsWnn

38、nASR) 1()(shTnn087. 00174. 05222224 .3960174. 052621sThhKnN7 .110174. 05 . 0007. 05218. 0132. 005. 062) 1(nmenRThTChK4）檢驗(yàn)近似條件）檢驗(yàn)近似條件n轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為（1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件 滿(mǎn)足簡(jiǎn)化條件滿(mǎn)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）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 滿(mǎn)足近似條件滿(mǎn)足近似條件115 .34087. 04 .396sKKnNNcn7 .630037. 01 .1353131iITK7 .3801. 01 .1

39、353131onITK1s1scncn5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容n取取n 取取470kn 取取0.2 F n 取取1F6）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量n當(dāng)當(dāng)h=5時(shí)，由表時(shí)，由表3-4查得，查得，n%=37.6%，不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要，不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于表求。實(shí)際上，由于表3-4是按線(xiàn)性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階是按線(xiàn)性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線(xiàn)性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按飽和，不符合線(xiàn)性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。kR400kRKRnn468407 .110FFRCnnn185. 010185

40、. 010470087. 063FFRTConon1101104001. 0446303轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計(jì)算n當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)給定值之后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)給定值之后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR由飽和由飽和限幅狀態(tài)進(jìn)入線(xiàn)性調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)的轉(zhuǎn)速環(huán)由開(kāi)限幅狀態(tài)進(jìn)入線(xiàn)性調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)的轉(zhuǎn)速環(huán)由開(kāi)環(huán)進(jìn)入閉環(huán)控制，迫使電流由最大值環(huán)進(jìn)入閉環(huán)控制，迫使電流由最大值Idm降到負(fù)降到負(fù)載電流載電流Idl 。nASR開(kāi)始退飽和時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)電流開(kāi)始退飽和時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)電流Id仍大于負(fù)仍大于負(fù)載電流載電流Idl ，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，直到，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，直到Id Idl時(shí)，轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)

41、速才降低。速才降低。n這不是按線(xiàn)性系統(tǒng)規(guī)律的超調(diào)，而是經(jīng)歷了飽和這不是按線(xiàn)性系統(tǒng)規(guī)律的超調(diào)，而是經(jīng)歷了飽和非線(xiàn)性區(qū)域之后的超調(diào)，稱(chēng)作非線(xiàn)性區(qū)域之后的超調(diào)，稱(chēng)作“退飽和超調(diào)退飽和超調(diào)”。圖圖3-24 ASR飽和時(shí)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型飽和時(shí)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計(jì)算圖圖3-25 調(diào)速系統(tǒng)的等效動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖調(diào)速系統(tǒng)的等效動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(a)以轉(zhuǎn)速以轉(zhuǎn)速n為輸出量為輸出量 只考慮穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速只考慮穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n*以上的超調(diào)部分，以上的超調(diào)部分，n=n-n*，坐標(biāo)原點(diǎn)移到，坐標(biāo)原點(diǎn)移到O點(diǎn)，點(diǎn)， 圖3-25 調(diào)速系統(tǒng)的等效動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(b）以轉(zhuǎn)速超調(diào)值為輸出量初始條件則轉(zhuǎn)化為初始條件則轉(zhuǎn)化為dmdIIn)0(, 0)0(n把把n的負(fù)反饋?zhàn)饔梅从车街魍ǖ赖谝粋€(gè)環(huán)節(jié)的輸出量上的負(fù)反饋?zhàn)饔梅从车街魍ǖ赖谝粋€(gè)環(huán)節(jié)的輸出量上來(lái)，得圖來(lái)，得圖 (c)，圖中，圖中Id和和IdL的的+