電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)(陳伯時(shí))ppt1-6閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

1、11閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)第第 1 1 章章22本章提要本章提要1.1 直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源1.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）的主要問(wèn)題1.3 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要問(wèn)題1.4 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和設(shè)計(jì)1.5 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)1.6 1.6 比例積分控制規(guī)律和無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)比例積分控制規(guī)律和無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng) 33本節(jié)要點(diǎn)：本節(jié)要點(diǎn)：1 1PIPI調(diào)節(jié)器的構(gòu)成及其參數(shù)的物理實(shí)質(zhì)分析；調(diào)節(jié)器的構(gòu)成及其參數(shù)的物理實(shí)質(zhì)分析；2 2伯德圖伯德圖開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻和相頻特性在串聯(lián)校開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻和相頻特性在串聯(lián)校正設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法；正設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法；3. 3.

2、 積分調(diào)節(jié)器和積分控制的一般規(guī)律；積分調(diào)節(jié)器和積分控制的一般規(guī)律；4. 4. 比例積分控制的一般規(guī)律比例積分控制的一般規(guī)律; ;5. 5. 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)抗擾誤差分析。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)抗擾誤差分析。 重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)、難點(diǎn)：1. 1.伯德圖伯德圖開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻和相頻特性在串聯(lián)校開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻和相頻特性在串聯(lián)校正設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法正設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法2.2.積分控制和比例積分控制的一般規(guī)律積分控制和比例積分控制的一般規(guī)律 441.6 比例積分控制規(guī)律和無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)比例積分控制規(guī)律和無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng) 前采用前采用比例（比例（P P）放大器）放大器控制的直流調(diào)速控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，可使系統(tǒng)穩(wěn)定，并有一定的穩(wěn)定裕度，系統(tǒng)，

3、可使系統(tǒng)穩(wěn)定，并有一定的穩(wěn)定裕度，同時(shí)還能滿足一定的穩(wěn)態(tài)精度指標(biāo)。但是，同時(shí)還能滿足一定的穩(wěn)態(tài)精度指標(biāo)。但是，帶比例放大器的反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是帶比例放大器的反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有有靜差的靜差的調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)。 本節(jié)將討論，采用本節(jié)將討論，采用積分（積分（I I）調(diào)節(jié)器）調(diào)節(jié)器或或比例比例積分（積分（PIPI）調(diào)節(jié)器）調(diào)節(jié)器代替比例放大器，構(gòu)成無(wú)代替比例放大器，構(gòu)成無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。靜差調(diào)速系統(tǒng)。551.6.1 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出 如前，如前，采用采用P P放大器控制的有靜差的放大器控制的有靜差的調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)，K Kp p 越大，系統(tǒng)精度越高；但越大，系統(tǒng)精度越高；但 K Kp p

4、 過(guò)大，將降低系統(tǒng)穩(wěn)定性，使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)不過(guò)大，將降低系統(tǒng)穩(wěn)定性，使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定。穩(wěn)定。 進(jìn)一步分析靜差產(chǎn)生的原因，由于采用進(jìn)一步分析靜差產(chǎn)生的原因，由于采用比例調(diào)節(jié)器，比例調(diào)節(jié)器， 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出為 U Uc c = = K Kp p U Un nU Uc c 0 0，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，即，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，即 U Un n 0 0 ；U Uc c = 0= 0，電動(dòng)機(jī)停止。，電動(dòng)機(jī)停止。 66 閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 77 因此，在采用因此，在采用比例調(diào)節(jié)器控制的自動(dòng)比例調(diào)節(jié)器控制的自動(dòng)系統(tǒng)中，輸入偏差是維持系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，系統(tǒng)中，輸入偏差是維持系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，

5、必然要產(chǎn)生靜差，因此是必然要產(chǎn)生靜差，因此是有靜差系統(tǒng)有靜差系統(tǒng)。 如果要消除系統(tǒng)誤差，必須尋找其它控如果要消除系統(tǒng)誤差，必須尋找其它控制方法，比如：制方法，比如：采用積分（采用積分（IntegrationIntegration）調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器或或比例積分（比例積分（PIPI）調(diào)節(jié)器）調(diào)節(jié)器來(lái)代替比來(lái)代替比例放大器例放大器。1.6.1 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出881.6.2 積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律 +CUexRbalUinR0+A圖1-43 積分調(diào)節(jié)器a) 原理圖1. 積分調(diào)節(jié)器積分調(diào)節(jié)器 如圖，由如圖，由運(yùn)算放大器可運(yùn)算放大器可構(gòu)成一個(gè)積分構(gòu)成一個(gè)積分電路。根據(jù)電電路。根

6、據(jù)電路分析，可得路分析，可得99dtUdtUCRidtCUinin0ex111(1-64) 式中，式中， 積分時(shí)間常數(shù)。積分時(shí)間常數(shù)。 當(dāng)初始值為零時(shí)，在階躍輸入作用下，當(dāng)初始值為零時(shí)，在階躍輸入作用下，對(duì)式（對(duì)式（1-641-64）進(jìn)行運(yùn)算，得積分調(diào)節(jié)器的輸）進(jìn)行運(yùn)算，得積分調(diào)節(jié)器的輸出出CR0tUUinex(1-65) 10102. 積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) 積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 ssUsUsW1)()()(inexi(1-66) 11113. 積分調(diào)節(jié)器的特性積分調(diào)節(jié)器的特性12124. 轉(zhuǎn)速的積分控制規(guī)律轉(zhuǎn)速的積分控制規(guī)律t0ncd1tUU 如果

7、采用積分調(diào)節(jié)器，則控制電壓如果采用積分調(diào)節(jié)器，則控制電壓U Uc c是轉(zhuǎn)速偏差電壓是轉(zhuǎn)速偏差電壓 U Un n的積分，按照式（的積分，按照式（1- 1-6464），應(yīng)有），應(yīng)有 如果如果 Un是階躍函數(shù)，則是階躍函數(shù)，則 U Uc c 按線性規(guī)律按線性規(guī)律增長(zhǎng)，每一時(shí)刻增長(zhǎng)，每一時(shí)刻 U Uc c 的大小和的大小和 U Un n 與橫軸與橫軸所包圍的面積成正比，如下圖所包圍的面積成正比，如下圖 a a 所示。所示。1313圖1-45 積分調(diào)節(jié)器的輸入和輸出動(dòng)態(tài)過(guò)程a) 階躍輸入 b) 一般輸入n 輸入和輸出動(dòng)態(tài)過(guò)程輸入和輸出動(dòng)態(tài)過(guò)程 Un 是負(fù)載變化是負(fù)載變化時(shí)的偏差電壓波時(shí)的偏差電壓波形，按

8、照形，按照 Un與與橫軸所包圍面積橫軸所包圍面積的正比關(guān)系，可的正比關(guān)系，可得相應(yīng)的得相應(yīng)的Uc 曲線。曲線。 圖中圖中 Un 的最的最大值對(duì)應(yīng)于大值對(duì)應(yīng)于Uc 的的拐點(diǎn)拐點(diǎn)若初值不是零，還應(yīng)加上初始電壓Uc0 ，則積分式變成在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，當(dāng)當(dāng) Un 變化時(shí)變化時(shí)（只要其極性不（只要其極性不變），即只要仍變），即只要仍是是 Un* Un ，積，積分調(diào)節(jié)器的輸出分調(diào)節(jié)器的輸出 Uc 便一直增長(zhǎng)便一直增長(zhǎng)只有達(dá)到只有達(dá)到 Un* = Un ， Un = 0時(shí)，時(shí)，Uc 才停止上升；不才停止上升；不到到 Un 變負(fù)，變負(fù)，Uc 不會(huì)下降。不會(huì)下降。(在這里，在這里，值得特別強(qiáng)調(diào)的是，值

9、得特別強(qiáng)調(diào)的是，當(dāng)當(dāng) Un = 0時(shí)，時(shí)，Uc并不是零，而是一個(gè)并不是零，而是一個(gè)終值終值 Ucf 。)如果如果 Un 不再變不再變化，此終值便保持化，此終值便保持恒定不變，這是積恒定不變，這是積分控制的特點(diǎn)分控制的特點(diǎn)結(jié)果：結(jié)果： 采用積分調(diào)節(jié)采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到與給定態(tài)時(shí)達(dá)到與給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號(hào)，仍有控制信號(hào)，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差行，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速調(diào)速14145. 5. 比例與積分控制的比較比例與積分控制的比較 有靜差調(diào)速系統(tǒng)有靜差調(diào)速系統(tǒng) 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩由TL1突增到TL2時(shí)，有靜差調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速n、偏差電壓 Un

10、和控制電壓 Uc 的變化過(guò)程示于下圖。 1515圖1-44 有靜差調(diào)速系統(tǒng)突加負(fù)載過(guò)程 突加負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程突加負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程1616n 無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)圖圖1-46 積分控制無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)積分控制無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)突加負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程突加負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程 雖然現(xiàn)在雖然現(xiàn)在 U Un n = 0 = 0，只要?dú)v史上有過(guò)只要?dú)v史上有過(guò) U Un n ，其積分就有一定數(shù)值，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行所足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行所需要的控制電壓需要的控制電壓 U Uc c。積分控制規(guī)律和比例積分控制規(guī)律和比例控制規(guī)律的根本區(qū)別控制規(guī)律的根本區(qū)別就在于此就在于此。 論斷：論斷： 比例調(diào)節(jié)器比

11、例調(diào)節(jié)器的輸出只取決的輸出只取決于輸入偏差量于輸入偏差量的現(xiàn)狀；而的現(xiàn)狀；而積積分調(diào)節(jié)器的輸分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸出則包含了輸入偏差量的全入偏差量的全部歷史部歷史。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速偏差電壓轉(zhuǎn)速偏差電壓 Un 必為零。必為零。如果如果 Un 不為不為零，則零，則 Uc 繼繼續(xù)變化，就不續(xù)變化，就不是穩(wěn)態(tài)了是穩(wěn)態(tài)了在突加負(fù)載引在突加負(fù)載引起動(dòng)態(tài)速降時(shí)起動(dòng)態(tài)速降時(shí)產(chǎn)生產(chǎn)生 Un，達(dá)，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)，到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)， Un 又恢復(fù)為又恢復(fù)為零零Uc 從從 Uc1 上升上升到到 Uc2 ，使電，使電樞電壓由樞電壓由 Ud1 上升到上升到 Ud2，以克服負(fù)載電以克服負(fù)載電流增加的壓降流增加

12、的壓降17171.6.3 比例積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律 從無(wú)靜差的角度來(lái)說(shuō)，積分控制從無(wú)靜差的角度來(lái)說(shuō)，積分控制優(yōu)于比例控制，但是另一方面，在控優(yōu)于比例控制，但是另一方面，在控制的快速性上，積分控制卻不如比例制的快速性上，積分控制卻不如比例控制?？刂啤?在同樣的階躍輸入作用之下，比例在同樣的階躍輸入作用之下，比例調(diào)節(jié)器的輸出可以立即響應(yīng)，而積分調(diào)節(jié)器的輸出可以立即響應(yīng)，而積分調(diào)節(jié)器的輸出卻只能逐漸地變（如下調(diào)節(jié)器的輸出卻只能逐漸地變（如下圖所示）圖所示）。1818 兩種調(diào)節(jié)器特性比較兩種調(diào)節(jié)器特性比較兩種調(diào)節(jié)器I/O特性曲線1919 那么，如果既要穩(wěn)態(tài)精度高，又那么，如果既要穩(wěn)態(tài)精度高，又

13、要?jiǎng)討B(tài)響應(yīng)快，該怎么辦呢？只要要?jiǎng)討B(tài)響應(yīng)快，該怎么辦呢？只要把比例和積分兩種控制結(jié)合起來(lái)就把比例和積分兩種控制結(jié)合起來(lái)就行了，這便是行了，這便是比例積分控制比例積分控制。20201. PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 在模擬電子在模擬電子控制技術(shù)中，控制技術(shù)中，可用運(yùn)算放大可用運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)器來(lái)實(shí)現(xiàn)PIPI調(diào)調(diào)節(jié)器，其線路節(jié)器，其線路如圖所示如圖所示。21212. PI輸入輸出關(guān)系（輸入輸出關(guān)系（P37） 按照運(yùn)算放大器的輸入輸出關(guān)系，可得按照運(yùn)算放大器的輸入輸出關(guān)系，可得tUUKtUCRURRUd1d1ininpiin10in01ex(1-60)01piRRK10CR式中式中 PI PI調(diào)節(jié)器比例部分的放

14、大系數(shù)；調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù)； PI PI調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)。調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)。 由此可見由此可見PIPI調(diào)節(jié)器的輸出電壓由比例和積分兩調(diào)節(jié)器的輸出電壓由比例和積分兩部分相加而成。部分相加而成。22223. PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) 當(dāng)初始條件為零時(shí)，取式（當(dāng)初始條件為零時(shí)，取式（1-601-60）兩側(cè)）兩側(cè)的拉氏變換，移項(xiàng)后，得的拉氏變換，移項(xiàng)后，得PIPI調(diào)節(jié)器的傳遞函調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。數(shù)。ssKsKsUsUsW11)()()(pipiinexpissKsssW11pi1pi11)(11pi1CRK令令 ，則傳遞函數(shù)也可以寫成如下形式則傳遞函數(shù)也可以寫成如下形式(1-

15、62)注意：注意： PI調(diào)節(jié)器也可以用一個(gè)積分環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)器也可以用一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)比例微分環(huán)節(jié)來(lái)表示，和一個(gè)比例微分環(huán)節(jié)來(lái)表示， 1 是微是微分項(xiàng)中的超前時(shí)間常數(shù)，它和積分時(shí)間分項(xiàng)中的超前時(shí)間常數(shù)，它和積分時(shí)間常數(shù)常數(shù) 的物理意義是不同的。的物理意義是不同的。(1-61)23234. PI調(diào)節(jié)器輸出時(shí)間特性調(diào)節(jié)器輸出時(shí)間特性 零初始狀態(tài)和階躍輸入下，零初始狀態(tài)和階躍輸入下，可以看出比例積分作用的可以看出比例積分作用的物理意義物理意義突加輸入信號(hào)時(shí)，電容突加輸入信號(hào)時(shí)，電容C1兩端電壓不能突變，相兩端電壓不能突變，相當(dāng)于兩端瞬間短路，在運(yùn)算放大器反饋回路中只當(dāng)于兩端瞬間短路，在運(yùn)算放大器反饋回路

16、中只剩下電阻剩下電阻R1，電路等效于一個(gè)放大系數(shù)為，電路等效于一個(gè)放大系數(shù)為 Kpi 的的比例調(diào)節(jié)器，在輸出端立即呈現(xiàn)電壓比例調(diào)節(jié)器，在輸出端立即呈現(xiàn)電壓 Kpi Uin ，實(shí)，實(shí)現(xiàn)快速控制，發(fā)揮了比例控制的長(zhǎng)處現(xiàn)快速控制，發(fā)揮了比例控制的長(zhǎng)處隨著電容隨著電容C1被充電，輸出電壓被充電，輸出電壓Uex 開始積分，開始積分，其數(shù)值不斷增長(zhǎng)，直到穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，其數(shù)值不斷增長(zhǎng)，直到穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)時(shí)， C1兩兩端電壓等于端電壓等于Uex，R1已不起作用，又和積分已不起作用，又和積分調(diào)節(jié)器一樣了，這時(shí)又能發(fā)揮積分控制的優(yōu)調(diào)節(jié)器一樣了，這時(shí)又能發(fā)揮積分控制的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差比例積分調(diào)

17、節(jié)器的輸入和輸出動(dòng)態(tài)過(guò)程。輸比例積分調(diào)節(jié)器的輸入和輸出動(dòng)態(tài)過(guò)程。輸出波形中比例部分出波形中比例部分和和 Un 成正比，積分部成正比，積分部分分是是 Un 的積分曲線，而的積分曲線，而PI調(diào)節(jié)器的輸出調(diào)節(jié)器的輸出電壓電壓 Uc 是這兩部分之和是這兩部分之和+Uc既具有快速響應(yīng)既具有快速響應(yīng)性能，又足以消除性能，又足以消除調(diào)速系統(tǒng)的靜差。調(diào)速系統(tǒng)的靜差。 除此以外，比例除此以外，比例積分調(diào)節(jié)器還是提積分調(diào)節(jié)器還是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的校高系統(tǒng)穩(wěn)定性的校正裝置，因此，它正裝置，因此，它在調(diào)速系統(tǒng)和其他在調(diào)速系統(tǒng)和其他控制系統(tǒng)中獲得了控制系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。廣泛的應(yīng)用。 2424n 分析結(jié)果分析結(jié)果 由

18、此可見，由此可見，比例積分控制綜合了比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，互又克服了各自的缺點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，互相補(bǔ)充。相補(bǔ)充。 比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。 25251.6.4 無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 l系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成l工作原理工作原理l穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性l參數(shù)計(jì)算參數(shù)計(jì)算26261. 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成圖圖1-48 無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng) +-+-M TG+-RP

19、2nRP1U*nR0R0RbalUcVT VSUiTALIdR1C1UnUd-+MTG采用比例積分調(diào)節(jié)器以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜采用比例積分調(diào)節(jié)器以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差，采用電流截止負(fù)反饋來(lái)限制差，采用電流截止負(fù)反饋來(lái)限制動(dòng)態(tài)過(guò)程的沖擊電流動(dòng)態(tài)過(guò)程的沖擊電流TA為檢測(cè)電流的交流互感器，經(jīng)為檢測(cè)電流的交流互感器，經(jīng)整流后得到電流反饋信號(hào)。整流后得到電流反饋信號(hào)。當(dāng)電流超過(guò)截止電流時(shí)，高于穩(wěn)壓管當(dāng)電流超過(guò)截止電流時(shí)，高于穩(wěn)壓管VST的擊穿電壓，使晶體三的擊穿電壓，使晶體三極管極管VT導(dǎo)通，則導(dǎo)通，則PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓接近于零，電力電子變換器調(diào)節(jié)器的輸出電壓接近于零，電力電子變換器UPE的輸出電壓急劇下降，達(dá)到限制電流的

20、目的的輸出電壓急劇下降，達(dá)到限制電流的目的27273. 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性 當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流低于其截止值時(shí)，上述系統(tǒng)的穩(wěn)當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流低于其截止值時(shí)，上述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖示于下圖，其中代表態(tài)結(jié)構(gòu)圖示于下圖，其中代表PIPI調(diào)節(jié)器的方框中調(diào)節(jié)器的方框中無(wú)法用放大系數(shù)表示，一般畫出它的輸出特性，無(wú)法用放大系數(shù)表示，一般畫出它的輸出特性，以表明是比例積分作用。以表明是比例積分作用。 2828穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性（續(xù)）穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性（續(xù)） 無(wú)靜差系統(tǒng)的理想靜無(wú)靜差系統(tǒng)的理想靜特性如右圖所示。特性如右圖所示。當(dāng)當(dāng) I Id d I Idcrdcr 時(shí)，電流截時(shí)，電流截止負(fù)反饋起作用，靜特止負(fù)反饋起

21、作用，靜特性急劇下垂，基本上是性急劇下垂，基本上是一條垂直線。整個(gè)靜特一條垂直線。整個(gè)靜特性近似呈矩形。性近似呈矩形。 2929n 必須指出必須指出 嚴(yán)格地說(shuō)，嚴(yán)格地說(shuō)，“無(wú)靜差無(wú)靜差”只是理論上的，實(shí)只是理論上的，實(shí)際系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，際系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，PIPI調(diào)節(jié)器積分電容兩端電調(diào)節(jié)器積分電容兩端電壓不變，相當(dāng)于運(yùn)算放大器的反饋回路開路，壓不變，相當(dāng)于運(yùn)算放大器的反饋回路開路，其放大系數(shù)等于運(yùn)算放大器本身的開環(huán)放大其放大系數(shù)等于運(yùn)算放大器本身的開環(huán)放大系數(shù)，數(shù)值雖大，但并不是無(wú)窮大。因此其系數(shù)，數(shù)值雖大，但并不是無(wú)窮大。因此其輸入端仍存在很小的靜差，而不是零。輸入端仍存在很小的靜差，而不是零。

22、這就是說(shuō)，實(shí)際上仍有很小的靜差，只是這就是說(shuō)，實(shí)際上仍有很小的靜差，只是在一般精度要求下可以忽略不計(jì)而已。在一般精度要求下可以忽略不計(jì)而已。30304. 穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算很簡(jiǎn)單，無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算很簡(jiǎn)單，在理想情況下，穩(wěn)態(tài)時(shí)在理想情況下，穩(wěn)態(tài)時(shí) U Un n = 0 = 0，因而，因而 U Un n = = U Un n* * ，可以按式（，可以按式（1-671-67）直接計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋系）直接計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)數(shù) max*maxnnU（1-67） 電動(dòng)機(jī)調(diào)壓時(shí)的最高轉(zhuǎn)速；電動(dòng)機(jī)調(diào)壓時(shí)的最高轉(zhuǎn)速； 相應(yīng)的最高給定電壓。相應(yīng)的最高給定電壓。 nmaxU

23、*nmax3131 電流截止環(huán)節(jié)的參數(shù)很容易根據(jù)電流截止環(huán)節(jié)的參數(shù)很容易根據(jù)其電路和截止電流值其電路和截止電流值 I Idcrdcr計(jì)算出。計(jì)算出。 PIPI調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)節(jié)器的參數(shù) K Kpipi和和可按動(dòng)態(tài)可按動(dòng)態(tài)校正的要求計(jì)算。校正的要求計(jì)算。 3232*1.6.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與參數(shù)計(jì)算（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與參數(shù)計(jì)算（二）系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)例題例題1-8 在例題在例題1-51-5中，已經(jīng)判明，按照穩(wěn)態(tài)調(diào)速中，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笜?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)德圖設(shè)計(jì)PIPI調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)能在保證穩(wěn)態(tài)性調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)能在保證

24、穩(wěn)態(tài)性能要求下穩(wěn)定運(yùn)行。能要求下穩(wěn)定運(yùn)行。3333解解 （1 1）被控對(duì)象的開環(huán)頻率特性分析）被控對(duì)象的開環(huán)頻率特性分析) 1)(1()(m2mssTsTTsTKsWl式（式（1-561-56）已給出原始系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下）已給出原始系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下已知已知 T Ts s = 0.00167s= 0.00167s， T Tl l = 0.017s = 0.017s ， T Tmm = 0.075s = 0.075s ，在這里，在這里， T Tmm 4 4T Tl l ，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)

25、(1049. 0(1075. 0001275. 012m2msssssTsTTl343458.551925. 001158. 04421/espCKKK) 10167. 0)(1026. 0)(1049. 0(58.55)(ssssW根據(jù)例題根據(jù)例題1-41-4的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算結(jié)果，閉環(huán)系的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算結(jié)果，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)已取為統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)已取為 于是，原始閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是于是，原始閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是3535 系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻及相頻特性系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻及相頻特性相角裕度相角裕度 和增益裕度和增益裕度GM都是負(fù)值，所以原都是負(fù)值，所以原始閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定始閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定dB

26、 9 .3458.55lg20lg20K3636 其中三個(gè)轉(zhuǎn)折頻率（或稱交接頻率）其中三個(gè)轉(zhuǎn)折頻率（或稱交接頻率）分別為分別為 1114 .20049. 011sT1225 .38026. 011sT1s360000167. 011sT3737（2） PI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)sKsKsWKppipip1)(1 為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，設(shè)置為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，設(shè)置PIPI調(diào)節(jié)器，設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)節(jié)器，設(shè)計(jì)時(shí)須繪出其對(duì)數(shù)頻率特性。須繪出其對(duì)數(shù)頻率特性。 考慮到原始系統(tǒng)中已包含了放大系數(shù)為的考慮到原始系統(tǒng)中已包含了放大系數(shù)為的比例調(diào)節(jié)器，現(xiàn)在換成比例調(diào)節(jié)器，現(xiàn)在換成PIPI調(diào)節(jié)器，它在原始調(diào)節(jié)器，它在原始系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新

27、添加部分的傳遞函數(shù)應(yīng)為系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新添加部分的傳遞函數(shù)應(yīng)為 3838 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-20L/dB+OO2-1KP /s-11KPi11=相應(yīng)的對(duì)數(shù)頻率特性繪于圖相應(yīng)的對(duì)數(shù)頻率特性繪于圖1-411-41中。中。 實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，一般先根據(jù)系統(tǒng)要求的實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，一般先根據(jù)系統(tǒng)要求的動(dòng)態(tài)性能或穩(wěn)定裕度，確定校正后的動(dòng)態(tài)性能或穩(wěn)定裕度，確定校正后的預(yù)期對(duì)數(shù)頻率特性，與原始系統(tǒng)特性預(yù)期對(duì)數(shù)頻率特性，與原始系統(tǒng)特性相減，即得校正環(huán)節(jié)特性相減，即得校正環(huán)節(jié)特性具體的設(shè)計(jì)方法是很靈活的，具體的設(shè)計(jì)方法是很靈活的，有時(shí)須反復(fù)試湊，才能得到有時(shí)須反復(fù)試湊，才能得到滿意的結(jié)果滿意的結(jié)果本例題

28、的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，可以采用比本例題的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，可以采用比較簡(jiǎn)便方法，由于原始系統(tǒng)不穩(wěn)定，較簡(jiǎn)便方法，由于原始系統(tǒng)不穩(wěn)定，表現(xiàn)為放大系數(shù)表現(xiàn)為放大系數(shù)K過(guò)大，截止頻率過(guò)過(guò)大，截止頻率過(guò)高，應(yīng)該設(shè)法把它們壓下來(lái)高，應(yīng)該設(shè)法把它們壓下來(lái)為了使校正后的系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定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)以裕度，它的對(duì)數(shù)幅頻特性應(yīng)以20dB/dec 的斜率穿越的斜率穿越 0dB 線線3939O 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)特性把圖中的原始系統(tǒng)特性把圖中的原始系統(tǒng)特性壓低，使校正壓低，使校正后特性后特性的截

29、止頻率的截止頻率c2 1/ T2。在。在c2 處，應(yīng)有處，應(yīng)有可令，可令，Kpi = T1使校正裝置的比例微使校正裝置的比例微分項(xiàng)（分項(xiàng)（Kpi s + 1）與原始系統(tǒng)中時(shí)間）與原始系統(tǒng)中時(shí)間常數(shù)最大的慣性環(huán)節(jié)常數(shù)最大的慣性環(huán)節(jié) 對(duì)消對(duì)消。dB 0 321LLL或4040O校正后系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)校正后系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo) 和和GM都已變成較大的都已變成較大的正值，有足夠的穩(wěn)定裕度，而截止頻率從正值，有足夠的穩(wěn)定裕度，而截止頻率從 c1 = 208.9 s1降到降到 c2 = 30 s1 ，快速性被壓低，快速性被壓低了許多，顯然這是一個(gè)偏于穩(wěn)定的方案了許多，顯然這是一個(gè)偏于穩(wěn)定的方案4141由圖由圖1-401-40的原始系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻和相頻特性可知的原始