陳伯時(shí)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第3章轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

1、第3章 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(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 n問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出 第第2章中表明，采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和章中表明，采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器的的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如：要求快速起制動(dòng)，動(dòng)態(tài)性能

2、要求較高，例如：要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。滿足需要。3.1 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)主要原因主要原因單閉環(huán)系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)僅是以轉(zhuǎn)速為目標(biāo)僅是以轉(zhuǎn)速為目標(biāo)的控制，沒(méi)的控制，沒(méi)有考慮對(duì)決定系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的轉(zhuǎn)矩（電流）實(shí)有考慮對(duì)決定系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的轉(zhuǎn)矩（電流）實(shí)施有效的動(dòng)態(tài)控制。施有效的動(dòng)態(tài)控制。 在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止負(fù)反在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來(lái)控制電流的，但它只能是一饋環(huán)節(jié)是專門用來(lái)控制電流的，但它只能是一種種“門限控制門限控制”，即在超過(guò)臨界電流

3、值，即在超過(guò)臨界電流值 Idcr 以以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。 單閉系統(tǒng)環(huán)啟動(dòng)過(guò)程單閉系統(tǒng)環(huán)啟動(dòng)過(guò)程n單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程如圖動(dòng)過(guò)程如圖 所示，起所示，起動(dòng)電流達(dá)到最大值動(dòng)電流達(dá)到最大值 Idm 后，受電流負(fù)反饋的作后，受電流負(fù)反饋的作用降低下來(lái)，電機(jī)的電用降低下來(lái)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加速過(guò)程延長(zhǎng)。速過(guò)程延長(zhǎng)。 圖2-1 a) 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)IdLntIdOIdmIdcr最佳啟動(dòng)過(guò)程（期望）最佳啟動(dòng)過(guò)程（期望）n理想起動(dòng)過(guò)

4、程波形如圖，理想起動(dòng)過(guò)程波形如圖，這時(shí)，起動(dòng)電流呈方形這時(shí)，起動(dòng)電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。波，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)過(guò)程。獲得的最快的起動(dòng)過(guò)程。IdLntIdOIdm整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程電流保持最大整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程電流保持最大b) 期望的起動(dòng)過(guò)程IdLntIdOIdma) 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（帶電流截止負(fù)反饋的）啟動(dòng)過(guò)程起動(dòng)過(guò)程比較起動(dòng)過(guò)程比較IdLntIdOIdmIdcr我們的目標(biāo)與解決的思路我們的目標(biāo)與解決的思路啟動(dòng)和動(dòng)態(tài)過(guò)程：?jiǎn)?dòng)和動(dòng)態(tài)過(guò)程：主要考核指標(biāo)：主要考核指標(biāo)：快速性和超調(diào)控制能力快速性和超調(diào)控制能

5、力理由：理由：電流是決定電機(jī)拖動(dòng)能力的重要因電流是決定電機(jī)拖動(dòng)能力的重要因素，因此動(dòng)態(tài)過(guò)程的主要控制量應(yīng)素，因此動(dòng)態(tài)過(guò)程的主要控制量應(yīng)該是電流該是電流做法：做法：動(dòng)態(tài)過(guò)程只針對(duì)電流進(jìn)行控制。保動(dòng)態(tài)過(guò)程只針對(duì)電流進(jìn)行控制。保證動(dòng)態(tài)過(guò)程電流始終最大證動(dòng)態(tài)過(guò)程電流始終最大我們的目標(biāo)與解決的思路我們的目標(biāo)與解決的思路（續(xù)）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行（終級(jí)目標(biāo)）：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行（終級(jí)目標(biāo)）：主要考核指標(biāo)：主要考核指標(biāo)：無(wú)靜差和抗擾動(dòng)能力無(wú)靜差和抗擾動(dòng)能力理由：理由：最終目標(biāo)是轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差，抗擾能最終目標(biāo)是轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差，抗擾能力通過(guò)轉(zhuǎn)矩的實(shí)時(shí)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)力通過(guò)轉(zhuǎn)矩的實(shí)時(shí)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)做法：做法：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流均采取隨穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)

6、，轉(zhuǎn)速和電流均采取隨動(dòng)控制動(dòng)控制問(wèn)題是：?jiǎn)栴}是： 怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋，又使它們能在不同的階段里分別起作用呢？3.1.1 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）聯(lián)接。二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）聯(lián)接。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)算圖3-2 轉(zhuǎn)速、電流反

7、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(cè)速發(fā)電機(jī) 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(lái)說(shuō)，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況，電流調(diào)節(jié)器不進(jìn)入飽和狀態(tài) 。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)兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出均帶限幅，

8、其作用：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。2. 限幅作用限幅作用PI調(diào)節(jié)器存在兩種狀況調(diào)節(jié)器存在兩種狀況：n飽和輸出達(dá)到限幅值 當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量輸入量的變化不再影響輸出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；換句話說(shuō)，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開(kāi)環(huán)相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開(kāi)環(huán)。n不飽和輸出未達(dá)到限幅值 當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI 作用使輸入偏差電壓輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是趨于零在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是趨于零。 事實(shí)上，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是可以運(yùn)行

9、在以事實(shí)上，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是可以運(yùn)行在以上兩種情況，而正常情況下，電流調(diào)節(jié)上兩種情況，而正常情況下，電流調(diào)節(jié)器均工作在不飽和狀態(tài)！器均工作在不飽和狀態(tài)！（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)，它們的輸入偏差電壓都是零。 得到：diinnIUUnnUU*0*dmdII0*nUnn穩(wěn)態(tài)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 ASRASR不飽和不飽和 Id Idm （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)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(wú)靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí) dmimdIUI*動(dòng)態(tài)運(yùn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)行 ASRASR飽和飽和 Id

10、= Idm 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(wú)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(wú)靜差。n當(dāng)ASR處于飽和狀態(tài)時(shí)，Id=Idm，若負(fù)載電流減小，Idn0，n0，ASR反向積分，使ASR調(diào)節(jié)器退出飽和。2各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(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)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系

11、0*nnUUnndLdiiIIUU*sdLnesdesdcKRIUCKRInCKUU/*0 比例調(diào)節(jié)器：穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出量由輸入量決定比例調(diào)節(jié)器：穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出量由輸入量決定 PI調(diào)節(jié)器：穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出量不是由輸入量決定，而是調(diào)節(jié)器：穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出量不是由輸入量決定，而是由它后面環(huán)節(jié)的需求（負(fù)載）決定的。由它后面環(huán)節(jié)的需求（負(fù)載）決定的。注意一個(gè)很重要又很有趣的事實(shí)：注意一個(gè)很重要又很有趣的事實(shí)：n根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù)：n轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) n電流反饋系數(shù) n兩個(gè)給定電壓的最大值U*nm和U*im由設(shè)計(jì)者選定。max*nUnmdmimIU*3.2 雙環(huán)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與動(dòng)態(tài)過(guò)程分析雙環(huán)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)

12、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)模型圖3-5 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 雙環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程分析雙環(huán)系統(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)象是轉(zhuǎn)速。n跟隨性能可以用階躍給定下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)描述。n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)，是設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要的追求目標(biāo)。1起動(dòng)過(guò)程分析起動(dòng)過(guò)程分析 前已指出，設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要目的就是要獲得接近理想起動(dòng)過(guò)程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，有必要首先探討它的起動(dòng)過(guò)程。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓U*n由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程示于

13、下圖。圖2-7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形 n OOttIdm IdL Id n* IIIIIIt4 t3 t2 t1 起動(dòng)過(guò)程起動(dòng)過(guò)程 由于在起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不不飽和、飽和、退飽和飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程就分成圖中標(biāo)明的I、II、III三個(gè)階段。 第第 I 階段階段 電流上升電流上升階段（階段（0 t1） n突加給定電壓 U*n 后，Id 上升，當(dāng) Id 小于負(fù)載電流 IdL 時(shí)，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。n當(dāng) Id IdL 后，電機(jī)開(kāi)始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性，轉(zhuǎn)速不能很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓較大，迅速將ASR推向飽和，其輸出電壓保持限幅值

14、 U*im，強(qiáng)迫電流 Id 迅速上升。IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第第 I 階段階段（續(xù)）n直到，Id = Idm ， Ui = U*im 電流調(diào)節(jié)器很快就壓制 Id 了的增長(zhǎng)，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。 在這一階段中，在這一階段中，ASR很快進(jìn)入并很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。一般不飽和。第第 I 階段階段（續(xù)）圖圖3-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖第第 II 階段恒流升速階段（階段恒流升速階段（t1 t2） n在這個(gè)階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給定

15、U*im 下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 Id 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)。n IdL Id n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第第 II 階段階段（續(xù)）為了電流恒定，必須保為了電流恒定，必須保證證 Ud 跟隨轉(zhuǎn)速上升而跟隨轉(zhuǎn)速上升而上升，因此上升，因此ACR輸入應(yīng)輸入應(yīng)保持一個(gè)恒定偏差。使保持一個(gè)恒定偏差。使得實(shí)際電流比給定電流得實(shí)際電流比給定電流固定小一個(gè)值。固定小一個(gè)值。ACR進(jìn)入飽和與退飽和的過(guò)程n電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E 也按線性增長(zhǎng)，對(duì)電流調(diào)節(jié)也按線性增長(zhǎng)，對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，E 是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量，為了是一個(gè)線性漸增的

16、擾動(dòng)量，為了克服它的擾動(dòng)，克服它的擾動(dòng)， Ud0和和 Uc 也必須基本上按線性也必須基本上按線性增長(zhǎng)，才能保持增長(zhǎng)，才能保持 Id 恒定。恒定。n因因ACR采用采用PI調(diào)節(jié)器，要使其輸出量調(diào)節(jié)器，要使其輸出量Uc按線性按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說(shuō)，也就是說(shuō)， Id 應(yīng)略低于應(yīng)略低于 Idm。這一階段是恒流升速階段這一階段是恒流升速階段第第 II 階段階段（續(xù)） 恒流升速階段是起動(dòng)過(guò)程中的主要階段。恒流升速階段是起動(dòng)過(guò)程中的主要階段。 為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在起動(dòng)起動(dòng)過(guò)程中過(guò)程中 ACR是不

17、應(yīng)飽和是不應(yīng)飽和的，電力電子裝置的，電力電子裝置 UPE 的最大輸出電壓也須留有余地，這些的最大輸出電壓也須留有余地，這些都是設(shè)計(jì)時(shí)必須注意的。都是設(shè)計(jì)時(shí)必須注意的。第第 II 階段階段（續(xù)）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） n當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的的輸入偏差減少到零，但其輸出卻由于積分作輸入偏差減少到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值用還維持在限幅值U*im ，所以電機(jī)仍在加速，所以電機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。使轉(zhuǎn)速超調(diào)。n轉(zhuǎn)速超調(diào)后，轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負(fù)，使它輸入偏差電壓變負(fù)，使它開(kāi)始退出飽和

18、狀態(tài)，開(kāi)始退出飽和狀態(tài)， U*i 和和 Id 很快下降。但很快下降。但是，只要是，只要 Id 仍大于負(fù)載電流仍大于負(fù)載電流 IdL ，轉(zhuǎn)速就繼，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。續(xù)上升。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 Ks 1/CeU*nUcIdEnUd0Un+-ASR+U*i- R ACR-UiUPEIdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第第 階段階段（續(xù)）n直到直到Id = IdL時(shí)，時(shí)，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩Te= TL ，則則dn/dt = 0，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速速n才到達(dá)峰值才到達(dá)峰值（t = t3時(shí)）。時(shí)）。IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第第

19、 階段階段（續(xù)）只有當(dāng)電流小只有當(dāng)電流小于負(fù)載電流，于負(fù)載電流，電機(jī)才能降速。電機(jī)才能降速。電動(dòng)機(jī)開(kāi)始在負(fù)載電動(dòng)機(jī)開(kāi)始在負(fù)載的阻力下減速，與的阻力下減速，與此相應(yīng)，在一小段此相應(yīng)，在一小段時(shí)間內(nèi)（時(shí)間內(nèi)（ t3 t4 ），）， Id IdL ，直到穩(wěn)，直到穩(wěn)定。定。 如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會(huì)有一些振蕩過(guò)程。IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第第 階段階段（續(xù)） 在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和和ACR都不飽和，都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使則力圖使 Id 盡快地跟隨其給

20、定值盡快地跟隨其給定值 U*i ，或者說(shuō)，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)?；蛘哒f(shuō)，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。 第第 階段階段（續(xù)）2. 分析結(jié)果分析結(jié)果 綜上所述，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)： （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(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。 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)的差別在于多了一雙閉環(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。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抗負(fù)載擾調(diào)速系統(tǒng)，最主要的抗擾性能是指抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)性能，動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾

21、動(dòng)性能，n閉環(huán)系統(tǒng)的抗擾能力與其作用點(diǎn)的位置有關(guān)。閉環(huán)系統(tǒng)的抗擾能力與其作用點(diǎn)的位置有關(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，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器負(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ASR來(lái)產(chǎn)來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。n在設(shè)計(jì)在設(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)。 圖3-7 直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾作用負(fù)載擾動(dòng)負(fù)載擾動(dòng)（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)，使抗擾電壓波動(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。性能得到改善。n在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)

22、速變化會(huì)比單在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。閉環(huán)系統(tǒng)小得多。 圖3-7 直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾作用電網(wǎng)電壓擾動(dòng)電網(wǎng)電壓擾動(dòng)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)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(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)負(fù)載變化起抗擾作用。對(duì)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。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)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過(guò)程中，使電流緊緊跟隨其

23、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）變化。給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。n對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)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)允許的最大在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流。電流。n當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最當(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。一旦故障消失，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。系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。3.3 雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)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

24、在控制系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)節(jié)器是為了改善系統(tǒng)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。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)給定輸入控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括對(duì)給定輸入信號(hào)的跟隨性能指標(biāo)和對(duì)擾動(dòng)輸入信號(hào)的信號(hào)的跟隨性能指標(biāo)和對(duì)擾動(dòng)輸入信號(hào)的抗擾性能指標(biāo)?？箶_性能指標(biāo)。1、跟隨性能指標(biāo)、跟隨性能指標(biāo)n以輸出量的初始值為零，給定信號(hào)階躍變以輸出量的初始值為零，給定信號(hào)階躍變化下的過(guò)渡過(guò)程作為典型的跟隨過(guò)程?；碌倪^(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)稱作階躍響此跟隨過(guò)程的輸出量動(dòng)態(tài)響應(yīng)稱作階躍響應(yīng)。應(yīng)。n常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有上升時(shí)間、常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有

25、上升時(shí)間、超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。 圖3-8 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 峰值時(shí)間 調(diào)節(jié)時(shí)間 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)使當(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)量輸出量降低（或上升）的擾動(dòng)量F之后，之后，輸出量由降低（或上升）到恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)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)抗擾過(guò)程。值的過(guò)渡過(guò)程就是一個(gè)抗擾過(guò)程。n常用的抗擾性能指標(biāo)為動(dòng)態(tài)降落和恢復(fù)常用的抗擾性能指標(biāo)為動(dòng)態(tài)降落和恢復(fù)時(shí)間。時(shí)間。 圖3-9 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 恢復(fù)時(shí)間 3.3.2

26、調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法從這以后到從這以后到3.4節(jié)均不要求節(jié)均不要求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(jiǎn)化成典型系統(tǒng)，可以利用現(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。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(jiǎn)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(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)。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)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)

27、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(shuō)，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(wú)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(wú)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(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)選擇為 （3-10）式中， T系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)； K系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益。n對(duì)

28、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(kāi)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(kāi)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(kāi)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)，須在快速性與穩(wěn)定性之間取折衷。 ccKlg20) 1lg(lg20lg

29、20cK（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(guò)阻尼的單調(diào)特性；n = 1，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 0 Ti，選擇i= Ti ，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)(22ilsisliTTKRTKRTK(3-52) (3-51) 圖3

30、-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模擬式電流調(diào)節(jié)器電路 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0RRKiiiiiCRoioiCRT041(3-53) (3-54) (3-55) 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 (3-56)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 (3-57)n降價(jià)近似條件為 (3-58) 式中，cn轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率。111)1(1)1(/)()()(2*sKsKTsTsKsTsKsUsIsWIIiiI

31、iIidcli111)(sKsWIcliiIcnTK31n電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中等效為 (3-59)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。111)()()(*sKsWsUsIIcliid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(guò)載倍數(shù)=1.5；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

32、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(wú)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，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

33、=Ti=0.03s。n電流環(huán)開(kāi)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(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 1 .1960017. 03131sT1s1s1s 82.4003. 018. 01313lmTT 8 .180002. 00017. 0131131oisTTcicici5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容n

34、取n 取40kn 取0.75Fn 取0.2FkR400kRKRii52.4040013. 10FFRCiii75. 01075. 0104003. 063FFRTCioi2 . 0102 . 01040002. 04463002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3-22 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onInTKT1n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，

35、IdL(s)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：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(kāi)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(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為n令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益KN為 (3-62)n則 （3-63） ) 1() 1() 1() 1()(2sTsTCsRKsTsTCRssKsWnmennnnmennnnmennNTCRKK) 1() 1()(2sTssKsWnnNn圖3-22 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化(c)校正后成為典型型系統(tǒng)nnhT

36、2221nNThhKnmenRThTChK2) 1(（3-64） （3-65） （3-66） 無(wú)特殊要求時(shí)，一般以選擇h=5 為好。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0RRKnnnnnCRononCRT041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(wú)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

37、 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(cè)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(kāi)環(huán)增益： nASR的比例系數(shù)為ssKsWnnnASR) 1()(shTnn087. 00174. 05222224 .3960174. 052621sThhKnN7 .11017

38、4. 05 . 0007. 05218. 0132. 005. 062) 1(nmenRThTChK4）檢驗(yàn)近似條件n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 滿足簡(jiǎn)化條件（2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 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

39、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 .110FFRCnnn185. 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(guò)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(kāi)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(kāi)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

40、后的超調(diào)，稱作“退飽和超調(diào)”。n假定調(diào)速系統(tǒng)原來(lái)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 ，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(guò)程，n突減負(fù)載的速升過(guò)程與退飽和超調(diào)過(guò)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(guò)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(lái)，得圖 (c)

41、，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(guò)程所用的圖完全相同?？梢岳帽?-5給出的典型II型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)來(lái)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(guò)載倍數(shù)， z負(fù)載系數(shù)， (3-72)dNdmIIdNdLz