第3章轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(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) 容 提 要n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 n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 n轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法 nMATLAB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 3.1 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n對(duì)于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，縮短起、制動(dòng)過程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。n在起動(dòng)（或制動(dòng)）過渡過程中，希望始終保持電流（電磁轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使調(diào)速系統(tǒng)以最大的

2、加（減）速度運(yùn)行。n當(dāng)?shù)竭_(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，最好使電流立即降下來，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)運(yùn)行。起動(dòng)電流呈矩形波，轉(zhuǎn)速按線性增長。這是在最大電流（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)（制動(dòng)）過程。 圖3-1 時(shí)間最優(yōu)的理想過渡過程3.1.1 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng) 的組成n應(yīng)該在起動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再讓電流負(fù)反饋發(fā)揮作用。n在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，n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UPE。n從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電

3、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)。形成了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)（簡稱雙閉環(huán)系統(tǒng)）。3.1.2 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與參數(shù)計(jì)算圖3-2 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖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) 1. 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性n轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定的最大值，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，n當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(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； n當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI調(diào)節(jié)器工作在線性調(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。n對(duì)于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和

4、與不飽和兩種情況，電流調(diào)節(jié)器不進(jìn)入飽和狀態(tài) 。8系統(tǒng)原理圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 +-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd+-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLMMTGUPE9系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu) 1). 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 P I 調(diào)節(jié)器 2).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(按UPE的控制電壓Uc為正電壓的標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用) 3).兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的10 圖中表出，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的。n轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定了電流給

5、定電壓的最大值；n電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。11限幅電路二極管鉗位的外限幅電路C1R1R0RlimVD1VD212限幅電路（續(xù)） 穩(wěn)壓管鉗位的內(nèi)限幅電路R1C1VS1VS2R0Rlim圖3-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù)（1） 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)，它們的輸入偏差電壓都是零。n diinnIUUnnUU*0*dmdII0*nUnn(3-1) （2）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。n雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

6、穩(wěn)態(tài)時(shí) (3-2)dmimdIUI*nAB段是兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)的靜特性，IdIdm, n=n0。nBC段是ASR調(diào)節(jié)器飽和時(shí)的靜特性，Id=Idm, nn0。圖3-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性n在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。n當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到Idm時(shí)，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，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差。n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。n當(dāng)ASR處于飽和狀態(tài)時(shí)，Id=Idm，若負(fù)載電流減小，Idn0，nIdm，電動(dòng)機(jī)仍處于加速過程，使n超過了n* ，稱之為起動(dòng)過程的轉(zhuǎn)速超調(diào)。n轉(zhuǎn)速的超調(diào)造成了Un0，ASR退出飽和

7、狀態(tài)，Ui和Id很快下降。轉(zhuǎn)速仍在上升，直到t=t3時(shí)，Id= Idl ，轉(zhuǎn)速才到達(dá)峰值。n在t3t4時(shí)間內(nèi)， Id 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)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)態(tài)過程的平穩(wěn)性，穩(wěn)定裕度大，意味著動(dòng)態(tài)過程振蕩弱、超調(diào)小。4. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 5. 設(shè)計(jì)步驟n系統(tǒng)建模首先應(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)控制系統(tǒng)，或稱原始系統(tǒng)。n系統(tǒng)分析建立原始系統(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。n系統(tǒng)設(shè)計(jì)如果原始系統(tǒng)不穩(wěn)定，或動(dòng)態(tài)性能不好，就必須配置合適的動(dòng)態(tài)校正裝

8、置，使校正后的系統(tǒng)全面滿足性能要求。 6. 設(shè)計(jì)方法n湊試法設(shè)計(jì)時(shí)往往須用多種手段，反復(fù)試湊。n工程設(shè)計(jì)法詳見第3章的3.3.2 節(jié)。3.3.2 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法n工程設(shè)計(jì)方法： 在設(shè)計(jì)時(shí)，把實(shí)際系統(tǒng)校正或簡化成典型系統(tǒng)，可以利用現(xiàn)成的公式和圖表來進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，設(shè)計(jì)過程簡便得多。n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；（2）計(jì)算公式簡明、好記；（3）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）能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡單的計(jì)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)。n在典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用MATLAB/SIMULINK進(jìn)行計(jì)算機(jī)

9、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)的開環(huán)傳遞函數(shù)都可以表示成（3-9） 分母中的sr項(xiàng)表示該系統(tǒng)在s= 0處有r重極點(diǎn)，或者說，系統(tǒng)含有r個(gè)積分環(huán)節(jié)，稱作r型系統(tǒng)。n為了使系統(tǒng)對(duì)階躍給定無穩(wěn)態(tài)誤差，不能使用0型系統(tǒng)（ r =0），至少是型系統(tǒng)（ r =1）；當(dāng)給定是斜坡輸入時(shí)，則要求是型系統(tǒng)（ r =2）才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無差。n選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)能滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度。由于型（ r =3）和型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定，而0型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度低。因此常把型和型系統(tǒng)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。n1jjrm1ii)1sT(s)1s(K)s(W1典型型系統(tǒng)n作為典型的I型系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)選擇為

10、 （3-10）式中， T系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)； K系統(tǒng)的開環(huán)增益。n對(duì)數(shù)幅頻特性的中頻段以-20dB/dec的斜率穿越零分貝線，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。n只包含開環(huán)增益K和時(shí)間常數(shù)T兩個(gè)參數(shù)，時(shí)間常數(shù)T往往是控制對(duì)象本身固有的，唯一可變的只有開環(huán)增益K 。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()(TssKsW圖3-10 典型型系統(tǒng)(a)閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(b)開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性n典型型系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性的幅值為 得到 (3-11)n相角裕度為nK值越大，截止頻率c 也越大，系統(tǒng)響應(yīng)越快，相角穩(wěn)定裕度 越小，快速性與穩(wěn)定性之間存在矛盾。n在選擇參數(shù) K時(shí)，須

11、在快速性與穩(wěn)定性之間取折衷。 ccKlg20) 1lg(lg20lg20cK（當(dāng)Tc1時(shí)） 18090arctg90arctgccTT（1）動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)n典型型系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 （3-12）式中， 自然振蕩角頻率； 阻尼比。n 1，欠阻尼的振蕩特性，n 1，過阻尼的單調(diào)特性；n = 1，臨界阻尼。 n過阻尼動(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i= Tl ，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)，n希望電流超調(diào)量i 5%，選 =0.707， KI Ti =0.5，則 ) 1() 1(/)(sTsKsTsRKKsWiIiisiopi（3-50） iciITK21)(

12、22ilsisliTTKRTKRTK(3-52) (3-51) 3).電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算圖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）開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性 n4).電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) U*i 電流給定電壓； Id 電流負(fù)反饋電壓； Uc 電力電子變換器的控制電壓。圖3-21 含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器0RRKiiiiCR0oioiCRT041(3-53) (3-54) (3-55) 例題3-1 n 某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動(dòng)機(jī)：220V，136A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，允許過載倍數(shù)=1.

13、5；晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=40；電樞回路總電阻：R=0.5 ；時(shí)間常數(shù)：Ti=0.03s， Tm=0.18s；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5%i解 1）確定時(shí)間常數(shù)n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)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，取Ti=Ts+Toi=0.0037s。2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)n要求i5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。用PI型電流調(diào)節(jié)器。n檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能： ， 參看表3-2的典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，

14、各項(xiàng)指標(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)n電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：i=Tl=0.03s。n電流環(huán)開環(huán)增益：取KiTi=0.5， nACR的比例系數(shù)為1 .1350037. 05 . 05 . 0iITK013. 105. 0405 . 003. 01 .135siIiKRKK4）校驗(yàn)近似條件n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)的近似條件 （2）校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢變化對(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 277.30017.03232sT1s1s1s 82.4003. 018. 013

15、13lmTT 8 .180002. 00017. 0131131oisTTcicici5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容n取n 取40kn 取0.75Fn 取0.2FkR400kRKRii52.4040013. 10FFRCii75.01075.0104003.0630FFRTCioi2 . 0102 . 01040002. 0446300設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟：1).電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)2).轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3).轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇4).轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)2. 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)n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 n采用高階系統(tǒng)的降階近似處理方法，忽略高次項(xiàng)，可降階近似為

16、(3-59)n降價(jià)近似條件為 式中，cn轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。111)1(1)1(/)()()(2*sKsKTsTsKsTsKsUsIsWIIiiIiIidcli111)(sKsWIcliiIcnTK311). 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)n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)（內(nèi)環(huán)）控制的一個(gè)重要功能。n電流環(huán)等效傳遞函數(shù) 接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為U*i(s)，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為 111)()()(Icli*idsKsWsUsI 這樣，原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象，經(jīng)閉環(huán)控

17、制后，可以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)。 (3-59)114n物理意義： 這就表明，電流的閉環(huán)控制改造了控制電流的閉環(huán)控制改造了控制對(duì)象，加快了電流的跟隨作用，這是局部對(duì)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(gè)重要功能閉環(huán)（內(nèi)環(huán)）控制的一個(gè)重要功能。 2). 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇圖3-22 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡化(a)用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán) 圖3-22 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡化(b)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)將給定信號(hào)改成 U*n(s)/，n把時(shí)間常數(shù)為 1 / KI 和 Ton 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并on

18、InTKT1n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，IdL(s)是負(fù)載擾動(dòng)。n系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無靜差的必要條件是：在負(fù)載擾動(dòng)點(diǎn)之前必須含有一個(gè)積分環(huán)節(jié)。n轉(zhuǎn)速開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。nASR采用PI調(diào)節(jié)器ssKsWnnnASR) 1()(（3-61） Kn 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)。 n調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為n令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益KN為 (3-62)n則 （3-63） ) 1() 1() 1() 1()(2sTsTCsRKsTsTCRssKsWnmennnnmennnnmennNTCRKK) 1() 1()(2sTssKsWnnNn圖3-

19、22 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡化(c)校正后成為典型型系統(tǒng)nnhT2221nNThhKnmenRThTChK2) 1(（3-64） （3-65） （3-66） 無特殊要求時(shí)，一般以選擇h=5 為好。3). 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 n模擬式轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路 U*n 轉(zhuǎn)速給定電壓； n 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓； U*i 電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。(3-67) (3-68) (3-69) 圖3-23 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器0RRKnnnnnCRononCRT0414). 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)121n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，這是按上述工程外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢，這是按上

20、述工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。這樣設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。這樣做，雖然不利于快速性，但每個(gè)控制環(huán)本做，雖然不利于快速性，但每個(gè)控制環(huán)本身都是穩(wěn)定的，對(duì)系統(tǒng)的組成和調(diào)試工作身都是穩(wěn)定的，對(duì)系統(tǒng)的組成和調(diào)試工作非常有利非常有利。 例題3-2 n在例題3-1中，除已給數(shù)據(jù)外，已知：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.07Vmin/r（10V/nN），n要求轉(zhuǎn)速無靜差，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)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，并校驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的要求能否得到滿足。解 1）確定時(shí)間常數(shù)n（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)。 由例題3-1，已取KITi=0.5，則 n（2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)。根據(jù)所用測

21、速發(fā)電機(jī)紋波情況，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，取sTKiI0074. 00037. 0221sTKTonIn0174. 001. 00074. 012）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)n選用PI調(diào)節(jié)器，3）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)n取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為n轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益： nASR的比例系數(shù)為ssKsWnnnASR) 1()(shTnn087. 00174. 05222224 .3960174. 052621sThhKnN7 .110174. 05 . 0007. 05218. 0132. 005. 062) 1(nmenRThTChK4）檢驗(yàn)近似條件n轉(zhuǎn)速環(huán)

22、截止頻率為（1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件 滿足簡化條件（2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 滿足近似條件115 .34087. 04 .396sKKnNNcn7 .630037. 01 .1353131iITK7 .3801. 01 .1353131onITK1s1scncn5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容n取n 取470kn 取0.2 F n 取1F6）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量n當(dāng)h=5時(shí)，由表3-4查得，n%=37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于表3-4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)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。kR400kRKRnn468407 .11

23、0FFRCnnn185. 010185. 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n當(dāng)轉(zhuǎn)速超過給定值之后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR由飽和限幅狀態(tài)進(jìn)入線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)的轉(zhuǎn)速環(huán)由開環(huán)進(jìn)入閉環(huán)控制，迫使電流由最大值Idm降到負(fù)載電流Idl 。nASR開始退飽和時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)電流Id仍大于負(fù)載電流Idl ，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，直到Id Idl時(shí)，轉(zhuǎn)速才降低。n這不是按線性系統(tǒng)規(guī)律的超調(diào)，而是經(jīng)歷了飽和非線性區(qū)域之后的超調(diào)，稱作“退飽和超調(diào)”。n假定調(diào)速系統(tǒng)原來是在Idm的條件下運(yùn)行于轉(zhuǎn)速n*，n在點(diǎn)O 突然將負(fù)載由Idm降到Idl ，

24、轉(zhuǎn)速會(huì)在突減負(fù)載的情況下，產(chǎn)生一個(gè)速升與恢復(fù)的過程，n突減負(fù)載的速升過程與退飽和超調(diào)過程是完全相同的。 圖3-24 ASR飽和時(shí)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程圖3-25 調(diào)速系統(tǒng)的等效動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(a)以轉(zhuǎn)速n為輸出量 只考慮穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n*以上的超調(diào)部分，n=n-n*，坐標(biāo)原點(diǎn)移到O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dmdIIn)0(, 0)0(n把n的負(fù)反饋?zhàn)饔梅从车街魍ǖ赖谝粋€(gè)環(huán)節(jié)的輸出量上來，得圖 (c)，圖中Id和IdL的+、- 號(hào)都作了相應(yīng)的變化。n圖 (c)和討論典型II型系統(tǒng)抗擾過程所用的圖完全相同。可以利用表3-5給

25、出的典型II型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)來計(jì)算退飽和超調(diào)量， 圖3-25 調(diào)速系統(tǒng)的等效動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(c) 圖(b)的等效變換n在典型II型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)中， C的基準(zhǔn)值是 (3-35)nn的基準(zhǔn)值是(3-70)TFKCb22nmeTTTCRK2dLdmIIFmedLdmnbTCIIRTn)(2n作為轉(zhuǎn)速超調(diào)量n%，其基準(zhǔn)值應(yīng)該是n*，退飽和超調(diào)量可以由表3-5列出的數(shù)據(jù)經(jīng)基準(zhǔn)值換算后求得，即 mnNbbbnTTnnzCCnnCC*max*max)%)(2%)(% 電動(dòng)機(jī)允許的過載倍數(shù)， z負(fù)載系數(shù)， (3-72)dNdmIIdNdLzIImnNbTTnzn)(2(3-71)edNNCRIn例題3-3

26、試按退飽和超調(diào)量的計(jì)算方法計(jì)算例題3-2中調(diào)速系統(tǒng)空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量，并校驗(yàn)它是否滿足設(shè)計(jì)要求。n解解 當(dāng)h=5時(shí)，由表2-7查得 mnNbbbnTTnnzCCnnCC*max*max)%)(2%)(%2 .81/maxbCC%10%31. 818. 00174. 01460132. 05 . 01365 . 1%2 .812從例題3-1，3-2，3-3的計(jì)算結(jié)果來看，有三個(gè)問題是值得注意的。（1）轉(zhuǎn)速的退飽和超調(diào)量與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速有關(guān)。n 按線性系統(tǒng)計(jì)算轉(zhuǎn)速超調(diào)量時(shí)，當(dāng)h選定后，不論穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n*有多大，超調(diào)量n%的百分?jǐn)?shù)都是一樣的。n 按照退飽和過程計(jì)算超調(diào)量，其具體數(shù)值與n*有關(guān) （2）反電動(dòng)勢對(duì)轉(zhuǎn)速環(huán)和轉(zhuǎn)速超調(diào)量的影響 。n反電動(dòng)勢的動(dòng)態(tài)影響對(duì)于電流環(huán)來說是可以忽略的。n對(duì)于轉(zhuǎn)速環(huán)來說，忽略反電動(dòng)勢的條件就不成立了。好在反電動(dòng)勢的影響只會(huì)使轉(zhuǎn)速超調(diào)量更小，不考慮它并無大礙。 （3）內(nèi)、外環(huán)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性的比較n外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢，這是按上述工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。