電力拖動直流篇復習課件

直流部分復習開環(huán)機械特性；閉環(huán)靜特性閉環(huán)系統(tǒng)參數變化對速度的影響PI調節(jié)器的特性及在雙閉環(huán)系統(tǒng)中的作用典Ⅰ，Ⅱ型系統(tǒng)的特點及設計可逆系統(tǒng)的環(huán)流及抑制可逆系統(tǒng)的制動過程（三個階段）單閉環(huán)系統(tǒng)參數計算（D，S，Kp等計算）雙閉環(huán)系統(tǒng)設計2/6/20231直流調速系統(tǒng)電力拖動自動控制系統(tǒng)

—運動控制系統(tǒng)第1篇2/6/20232根據直流電機轉速方程

直流調速方法有三種方法調節(jié)電動機的轉速：

（1）調節(jié)電樞供電電壓U；（2）減弱勵磁磁通；（3）改變電樞回路電阻R。2/6/20233內容提要直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源穩(wěn)態(tài)調速性能指標和直流調速系統(tǒng)的機械特性轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)直流調速系統(tǒng)的數字控制

轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)的限流保護轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)的仿真2/6/202352.1.1晶閘管整流器-電動機系統(tǒng)圖2－1晶閘管整流器-電動機調速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）原理圖2/6/20236在理想情況下，Ud和Uc之間呈線性關系：

（2-1）式中，Ud——平均整流電壓，

Uc——控制電壓，

Ks——晶閘管整流器放大系數。2/6/20237圖2-2V-M系統(tǒng)主電路的等效電路圖2/6/202393．晶閘管整流器-電動機系統(tǒng)的機械特性當電流波形連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的機械特性方程式為 （2-7）式中，Ce——電動機在額定磁通下的電動勢系數2/6/202310圖2-5電流連續(xù)時V-M系統(tǒng)的機械特性2/6/202311傳遞函數的近似處理按泰勒級數展開，可得依據工程近似處理的原則，可忽略高次項，把整流裝置近似看作一階慣性環(huán)節(jié)（2-16）

2/6/202313圖2－9晶閘管觸發(fā)與整流裝置動態(tài)結構圖準確的近似的2/6/2023142.2.1轉速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調速性能指標1、調速范圍生產機械要求電動機提供的最高轉速nmax和最低轉速nmin之比稱為調速范圍，用字母D表示，即 （2-27）nmax和nmin是電動機在額定負載時的最高和最低轉速，對于少數負載很輕的機械，也可用實際負載時的最高和最低轉速。2/6/202315靜差率與機械特性硬度的區(qū)別圖2-14不同轉速下的靜差率特性a和b的硬度相同，特性a和b額定速降相同，特性a和b的靜差率不相同。2/6/2023173.調速范圍、靜差率和額定速降之間的關系 （2-30）對于同一個調速系統(tǒng)，ΔnN值是定值。要求s值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調速范圍D也越小。一個調速系統(tǒng)的調速范圍，是指在最低速時還能滿足所需靜差率的轉速可調范圍。2/6/202318圖2－15開環(huán)調速系統(tǒng)的原理圖2.2.2直流調速系統(tǒng)的機械特性2/6/202319圖2-16 開環(huán)調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構圖2/6/2023212.3.1轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)的

數學模型圖2-18 帶轉速負反饋的閉環(huán)直流調速系統(tǒng)原理框圖1．轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)的靜特性2/6/202322

穩(wěn)態(tài)關系電壓比較環(huán)節(jié)比例調節(jié)器測速反饋環(huán)節(jié)

電力電子變換器

直流電動機Kp——比例調節(jié)器的比例系數α——轉速反饋系數（V·min/r）2/6/202323圖2-17開環(huán)直流調速系統(tǒng)的機械特性2/6/202325KpKs

1/CeU*nUc?UnEnUd0Un++-IdR-UnKs閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構框圖圖2-19轉速負反饋閉環(huán)直流調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構圖（a）閉環(huán)調速系統(tǒng)2/6/202326比例放大器的傳遞函數電力電子變換器的傳遞函數測速反饋的傳遞函數(2-33)（2-42）(2-43)2．轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)的動態(tài)數學模型2/6/202327額定勵磁下的感應電動勢和電磁轉矩分別為

(2-36) (2-37)——包括電動機空載轉矩在內的負載轉矩，（N·m）——電力拖動裝置折算到電動機軸上的飛輪慣量，(N·m2)——電動機額定勵磁下的轉矩系數，(N·m/A)再定義下列時間常數：——電樞回路電磁時間常數(s)——電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(s)2/6/202329直流電動機有兩個輸入量：一個是施加在電樞上的理想空載電壓Ud0，是控制輸入量，另一個是負載電流IdL，是擾動輸入量。如果不需要在結構圖中顯現出電流，可將擾動量的綜合點移前，再進行等效變換，得圖2-22。2/6/202330額定勵磁下的直流電動機是一個二階線性環(huán)節(jié)，時間常數Tm表示機電慣性時間常數Tl表示電磁慣性。圖2-22直流電動機動態(tài)結構框圖的變換2/6/202331圖2-23轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖由圖可見，將電力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)直流調速系統(tǒng)可以看作是一個三階線性系統(tǒng)。2/6/2023322.3.2比例控制的直流調速系統(tǒng)1．開環(huán)系統(tǒng)機械特性和比例控制閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關系開環(huán)機械特性為

(2-46)式中，表示開環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉速，表示開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。比例控制閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性為

(2-47)式中，表示閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉速，表示閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。2/6/202333（1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)

機械特性硬得多在同樣的負載擾動下，開環(huán)系統(tǒng)的轉速降落閉環(huán)系統(tǒng)的轉速降落它們的關系是 (2-48)2/6/202334（2）閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要比開環(huán)系統(tǒng)

小得多閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率為開環(huán)系統(tǒng)的靜差率為當時， （2-49）2/6/202335（3）如果所要求的靜差率一定，則

閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調速范圍如果電動機的最高轉速都是nN，最低速靜差率都是s，可得開環(huán)時，

閉環(huán)時，

得到 （2-50）2/6/202336結論2：把以上三點概括起來，可得下述結論：比值控制的直流閉環(huán)調速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調速范圍，為此所需付出的代價是，須增設電壓放大器以及轉速檢測與反饋裝置。

2/6/202337圖2-24閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)系統(tǒng)機械特性的關系閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機械特性2/6/2023382．反饋控制規(guī)律（1）比例控制的反饋控制系統(tǒng)是被調量有靜差的控制系統(tǒng)比例控制反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)放大系數值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好。但只要比例放大系數Kp＝常數，開環(huán)放大系數K≠∞，反饋控制就只能減小穩(wěn)態(tài)誤差，而不能消除它，這樣的控制系統(tǒng)叫做有靜差控制系統(tǒng)。比例控制的閉環(huán)直流調速系統(tǒng)是一種基本的反饋控制系統(tǒng)，它具有以下三個基本特征，也就是反饋控制的基本規(guī)律，2/6/202339（2）反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動,服從給定反饋控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它能有效地抑制一切被負反饋環(huán)所包圍的前向通道上的擾動作用，對于給定作用的變化唯命是從。擾動——除給定信號外，作用在控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)上的一切會引起輸出量變化的因素都叫做“擾動作用”。2/6/202340調速系統(tǒng)的擾動源負載變化的擾動（使Id變化）；交流電源電壓波動的擾動（使Ks變化）；電動機勵磁的變化的擾動（造成Ce變化

）；放大器輸出電壓漂移的擾動（使Kp變化）；溫升引起主電路電阻增大的擾動（使R變化）；檢測誤差的擾動（使變化）。

在圖2-25中，各種擾動作用都在穩(wěn)態(tài)結構框圖上表示出來了，所有這些因素最終都要影響到轉速。2/6/202341圖2-25閉環(huán)調速系統(tǒng)的給定作用和擾動作用2/6/202342

結論3：

反饋控制系統(tǒng)的規(guī)律是：一方面能夠有效地抑制一切被包在負反饋環(huán)內前向通道上的擾動作用；另一方面，則緊緊地跟隨著給定作用，對給定信號的任何變化都是唯命是從的。2/6/202343（3）系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測的精度反饋控制系統(tǒng)無法鑒別是對給定電壓的正常調節(jié)還是不應有的給定電壓的電源波動。反饋檢測裝置的誤差也是反饋控制系統(tǒng)無法克服的?，F代調速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是用數字給定和數字測速來提高調速系統(tǒng)的精度。2/6/2023442.3.3比例積分控制的無靜差

直流調速系統(tǒng)比例與積分控制的比較

比例調節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現狀；而積分調節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。比例積分控制規(guī)律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，又克服了各自的缺點，揚長避短，互相補充。比例部分能迅速響應控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。在比例控制直流V-M調速系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)穩(wěn)定性的要求常常是互相矛盾的。2/6/202345在t=0時就有Uex(t)=KpUin，實現了快速控制；隨后Uex(t)按積分規(guī)律增長，

在t=t1時，Uin=0，

圖2-29PI調節(jié)器的輸入輸出特性2/6/202346在閉環(huán)調速系統(tǒng)中，采用PI調節(jié)器輸出部分Uc由兩部分組成，比例部分①和ΔUn成正比，積分部分②表示了從t=0到此時刻對ΔUn(t)的積分值，Uc是這兩部分之和。圖2-30閉環(huán)系統(tǒng)中PI調節(jié)器的輸入和輸出動態(tài)過程2/6/2023472.5轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)的

限流保護2.5.1 轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)的過流問題在轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)上突加給定電壓時，電樞電壓立即達到它的最高值，對電動機來說，相當于全壓起動，會造成電動機過流。當直流電動機被堵轉時，電流將遠遠超過允許值。如果只依靠過流繼電器或熔斷器來保護，過載時就跳閘。2/6/202348解決辦法系統(tǒng)中必須有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。引入電流負反饋，可以使它不超過允許值。但這種作用只應在起動和堵轉時存在，在正常的穩(wěn)速運行時又得取消。當電流大到一定程度時才出現的電流負反饋，叫做電流截止負反饋。2/6/202349圖2-40帶電流截止負反饋的閉環(huán)直流調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構框圖2．帶電流截止負反饋比例控制閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構框圖和靜特性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構2/6/202350圖2-41 帶電流截止負反饋比例控制閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的靜特性CA段:（2-32）電流負反饋被截止AB段:（2-94）電流負反饋起作用2/6/2023513．帶電流截止的無靜差直流調速系統(tǒng)圖2-42無靜差直流調速系統(tǒng)2/6/202352圖2-43無靜差直流調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構框圖（Id<Idcr）轉速反饋系數 (2-99)式中nmax——電動機調壓時的最高轉速；

U*nmax——相應的最高給定電壓。2/6/202353圖2-44帶電流截止的無靜差直流調速系統(tǒng)的靜特性帶電流截止的無靜差直流調速系統(tǒng)的靜特性2/6/202354第3章

轉速、電流反饋控制的直流調速系統(tǒng)電力拖動自動控制系統(tǒng)

—運動控制系統(tǒng)2/6/2023553.1.1轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的組成實現方法在系統(tǒng)中設置兩個調節(jié)器，分別引入轉速負反饋和電流負反饋以調節(jié)轉速和電流，把轉速調節(jié)器的輸出當作電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結構上看，電流環(huán)在里面，稱作內環(huán)；轉速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。形成了轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)（簡稱雙閉環(huán)系統(tǒng)）。2/6/2023563.1.2穩(wěn)態(tài)結構圖與參數計算圖3-2 轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)原理圖ASR——轉速調節(jié)器ACR——電流調節(jié)器TG——測速發(fā)電機

2/6/2023571.穩(wěn)態(tài)結構圖和靜特性轉速調節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定了電流給定的最大值，電流調節(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

當調節(jié)器飽和時，輸出達到限幅值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調節(jié)器退出飽和；當調節(jié)器不飽和時，PI調節(jié)器工作在線性調節(jié)狀態(tài)，其作用是使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時為零。對于靜特性來說，只有轉速調節(jié)器飽和與不飽和兩種情況，電流調節(jié)器不進入飽和狀態(tài)。2/6/202358圖3-3 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖α——轉速反饋系數β——電流反饋系數穩(wěn)態(tài)結構圖2/6/202359限幅作用存在兩種狀況：飽和——輸出達到限幅值當調節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調節(jié)器退出飽和；換句話說，飽和的調節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯系，相當于使該調節(jié)環(huán)開環(huán)。不飽和——輸出未達到限幅值當調節(jié)器不飽和時，PI作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時總是零。2/6/202360系統(tǒng)靜特性（1）轉速調節(jié)器不飽和圖2-5雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的靜特性

n0IdIdmIdNOnABC（2）轉速調節(jié)器飽和則得靜特性的CA段則得靜特性的AB段2/6/2023612.各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數計算

雙閉環(huán)調速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當兩個調節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關系

(3-3)(3-5)

(3-4)

2/6/202362

上述關系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉速n是由給定電壓U*n決定的；ASR的輸出量:U*i是由負載電流IdL

決定的；ACR的輸出量:控制電壓Uc的大小則同時取決于n和Id，或者說，同時取決于U*n

和IdL。2/6/202363

PI調節(jié)器不同于P調節(jié)器的特點。P調節(jié)器的輸出量總是正比于其輸入量，PI調節(jié)器輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要PI調節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止。2/6/202364反饋系數計算

鑒于這一特點，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數計算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計算相似，即根據各調節(jié)器的給定與反饋值計算有關的反饋系數：

轉速反饋系數

電流反饋系數

(3-6)(3-7)

2/6/2023653.2轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的數學模型與動態(tài)過程分析3.2.1轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的動態(tài)數學模型圖3-5 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖1.系統(tǒng)動態(tài)結構2/6/2023662.調節(jié)器的數學模型圖中WASR(s)和WACR(s)分別表示轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器的傳遞函數。如果采用PI調節(jié)器，則有

2/6/2023673.2.2轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的動態(tài)過程分析對調速系統(tǒng)而言，被控制的對象是轉速。跟隨性能可以用階躍給定下的動態(tài)響應描述。能否實現所期望的恒加速過程，最終以時間最優(yōu)的形式達到所要求的性能指標，是設置雙閉環(huán)控制的一個重要的追求目標。2/6/202368圖3-6 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)起動過程的轉速和電流波形n

OOttIdm

IdL

Id

n*

IIIIIIt4

t3

t2

t1

1.起動過程分析2/6/2023692）分析結果雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的起動過程有三個特點：

（1）

飽和非線性控制；（2）

轉速超調；（3）準時間最優(yōu)控制。1）起動過程由于在起動過程中轉速調節(jié)器ASR經歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成圖中標明的I（電流上升）、II（恒流升速）

、III（轉速調整）三個階段。2/6/2023702．動態(tài)抗擾性能分析雙閉環(huán)系統(tǒng)與單閉環(huán)系統(tǒng)的差別在于多了一個電流反饋環(huán)和電流調節(jié)器。調速系統(tǒng)，最主要的抗擾性能是指抗負載擾動和抗電網電壓擾動性能，閉環(huán)系統(tǒng)的抗擾能力與其作用點的位置有關。2/6/202371（1）抗負載擾動負載擾動作用在電流環(huán)之后，只能靠轉速調節(jié)器ASR來產生抗負載擾動的作用。在設計ASR時，要求有較好的抗擾性能指標。圖3-7直流調速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾作用負載擾動2/6/202372（2）抗電網電壓擾動電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調節(jié)，使抗擾性能得到改善。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網電壓波動引起的轉速變化會比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。圖3-7直流調速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾作用電網電壓擾動2/6/202373轉速調節(jié)器的作用轉速調節(jié)器是調速系統(tǒng)的主導調節(jié)器，它使轉速很快地跟隨給定電壓變化,如果采用PI調節(jié)器，則可實現無靜差。對負載變化起抗擾作用。其輸出限幅值決定電動機允許的最大電流。2/6/202374電流調節(jié)器的作用在轉速外環(huán)的調節(jié)過程中，使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調節(jié)器的輸出量）變化。對電網電壓的波動起及時抗擾的作用。在轉速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流。當電動機過載甚至堵轉時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復正常。2/6/2023753.3轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的設計3.3.1控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標在控制系統(tǒng)中設置調節(jié)器是為了改善系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能?？刂葡到y(tǒng)的動態(tài)性能指標包括：對給定輸入信號的跟隨性能指標對擾動輸入信號的抗擾性能指標2/6/2023761、跟隨性能指標在給定信號或參考輸入信號的作用下，系統(tǒng)輸出量的變化情況可用跟隨性能指標來描述。通常以輸出量的初始值為零，給定信號階躍變化下的過渡過程作為典型的跟隨過程，此跟隨過程的輸出量動態(tài)響應稱作階躍響應。常用的階躍響應跟隨性能指標有上升時間、超調量和調節(jié)時間。2/6/202377圖3-8典型的階躍響應過程和跟隨性能指標上升時間峰值時間調節(jié)時間超調量σ

1、跟隨性能指標2/6/202378跟隨性能指標：

tr

—上升時間：反映動態(tài)響應的快速性—超調量：反映系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性ts

—調節(jié)時間：反映系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性2/6/2023792．抗擾性能指標當調速系統(tǒng)在穩(wěn)定運行中，突加一個使輸出量降低（或上升）的擾動量F之后，輸出量由降低（或上升）到恢復到穩(wěn)態(tài)值的過渡過程就是一個抗擾過程。常用的抗擾性能指標為動態(tài)降落和恢復時間。2/6/202380圖3-9突加擾動的動態(tài)過程和抗擾性能指標動態(tài)降落恢復時間2/6/202381抗擾性能指標標志著控制系統(tǒng)抵抗擾動的能力。抗擾性能指標：Cmax

—動態(tài)降落tv

—恢復時間一般來說，調速系統(tǒng)的動態(tài)指標以抗擾性能為主，而隨動系統(tǒng)的動態(tài)指標則以跟隨性能為主。2/6/2023823.3.2調節(jié)器的工程設計方法作為典型的I型系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數選擇為

（3-10）式中，T——系統(tǒng)的慣性時間常數；K——系統(tǒng)的開環(huán)增益。對數幅頻特性的中頻段以-20dB/dec的斜率穿越零分貝線，只要參數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。只包含開環(huán)增益K和時間常數T兩個參數，時間常數T往往是控制對象本身固有的，唯一可變的只有開環(huán)增益K

。設計時，需要按照性能指標選擇參數K的大小。1．典型Ⅰ型系統(tǒng)2/6/202383圖3-10 典型Ⅰ型系統(tǒng)(a)閉環(huán)系統(tǒng)結構圖(b)開環(huán)對數頻率特性2/6/202384（1）動態(tài)跟隨性能指標

具體選擇參數時，應根據系統(tǒng)工藝要求選擇參數以滿足性能指標。參數關系KT0.250.390.50.691.0阻尼比超調量上升時間tr峰值時間tp

相角穩(wěn)定裕度

截止頻率c

1.00%

76.3°0.243/T

0.81.5%6.6T8.3T69.9°0.367/T0.7074.3%4.7T6.2T

65.5°0.455/T0.69.5%3.3T4.7T59.2°0.596/T0.516.3%2.4T3.2T

51.8°0.786/T表3-1典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標和頻域指標與參數的關系2/6/202385分析結果：由表3-1中的數據可以看出，當系統(tǒng)的時間常數T為已知時，隨著K的增大，系統(tǒng)的快屬性增強，而穩(wěn)定性變差。

具體選擇參數時，應根據系統(tǒng)工藝要求選擇參數以滿足性能指標。2/6/202386（2）動態(tài)抗擾性能指標影響到參數K的選擇的第二個因素是它和抗擾性能指標之間的關系，典型Ⅰ型系統(tǒng)已經規(guī)定了系統(tǒng)的結構，分析它的抗擾性能指標的關鍵因素是擾動作用點，某種定量的抗擾性能指標只適用于一種特定的擾動作用點。2/6/20238727.8%12.6%9.3%6.5%tm

/T2.83.43.84.0tv

/T14.721.728.730.4表3-2典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數的關系（控制結構和擾動作用點如圖3-12所示）2/6/202388分析結果：由表3-2中的數據可以看出，當控制對象的兩個時間常數相距較大時，動態(tài)降落減小，但恢復時間卻拖得較長。2/6/2023892.典型Ⅱ型系統(tǒng)典型Ⅱ型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數表示為 （3-22）典型II型系統(tǒng)的時間常數T也是控制對象固有的，而待定的參數有兩個：K

和

。定義中頻寬： (3-23)中頻寬表示了斜率為-20dB/sec的中頻的寬度（對數坐標），是一個與性能指標緊密相關的參數。2/6/202390圖3-13 典型Ⅱ型系統(tǒng)(a)閉環(huán)系統(tǒng)結構圖(b)開環(huán)對數頻率特性2/6/202391工程設計方法中典型Ⅱ型系統(tǒng)參數計算采用“振蕩指標法”中的閉環(huán)幅頻特性峰值Mr最小準則，可以找到h和c的最佳配合，可以得出以下公式：

只要按照動態(tài)性能指標的要求確定了h值，就可以代入這兩個公式計算K和，并由此計算調節(jié)器的參數。

（3-29）

（3-30）

2/6/202392表3-4典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標

（按Mrmin準則確定關系時）

h345678910

tr

/Tts

/T

k52.6%

2.412.15343.6%2.65

11.65

237.6%2.859.55233.2%3.010.45129.8%3.111.30127.2%3.212.25125.0%3.313.25123.3%3.3514.201以h=5的動態(tài)跟隨性能比較適中。2/6/202393表3-5典型II型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數的關系

（控制結構和階躍擾動作用點如圖3-15，參數關系符合最小Mr準則）

h345678910

Cmax/Cbtm

/T

tv

/T

72.2%

2.4513.6077.5%2.70

10.4581.2%2.858.8084.0%3.0012.9586.3%3.1516.8588.1%3.2519.8089.6%3.3022.8090.8%3.4025.852/6/202394兩種系統(tǒng)比較比較分析的結果可以看出，典型I型系統(tǒng)和典型Ⅱ型系統(tǒng)除了在穩(wěn)態(tài)誤差上的區(qū)別以外，在動態(tài)性能中，典型I型系統(tǒng)在跟隨性能上可以做到超調小，但抗擾性能稍差，典型Ⅱ型系統(tǒng)的超調量相對較大，抗擾性能卻比較好。

這是設計時選擇典型系統(tǒng)的重要依據。2/6/2023953.控制對象的工程近似處理方法（1）高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理

小慣性環(huán)節(jié)可以合并例如：(3-37)

近似條件(3-38)

2/6/202396（2）高階系統(tǒng)的降階近似處理其中a，b，c都是正系數，且bca，即系統(tǒng)是穩(wěn)定的。(3-41)

降階處理：

近似條件(3-42)

(3-43)

2/6/202397（3）低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理

近似條件(3-44)

例如：2/6/2023983.3.3 按工程設計方法設計轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的調節(jié)器本節(jié)將應用前述的工程設計方法來設計轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的兩個調節(jié)器。主要內容為系統(tǒng)設計對象系統(tǒng)設計原則系統(tǒng)設計步驟2/6/202399-IdLUd0Un+--+-UiACR1/RTls+1RTmsU*iUcKsTss+1Id1Ce+E

T0is+11

T0is+1ASR1

T0ns+1

T0ns+1U*nn電流內環(huán)圖3-18雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖

轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。

系統(tǒng)設計對象Toi——電流反饋濾波時間常數；Ton——轉速反饋濾波時間常數2/6/2023100

系統(tǒng)設計原則系統(tǒng)設計的一般原則：

“先內環(huán)后外環(huán)”

從內環(huán)開始，逐步向外擴展。在這里，首先設計電流調節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉速調節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設計轉速調節(jié)器。2/6/2023101設計分為以下幾個步驟：1)電流環(huán)結構圖的簡化2)電流調節(jié)器結構的選擇3)電流調節(jié)器的參數計算4)電流調節(jié)器的實現5)校驗近似條件1.電流調節(jié)器的設計（3-48）

（3-）簡化內容：忽略反電動勢的動態(tài)影響等效成單位負反饋系統(tǒng)小慣性環(huán)節(jié)近似處理（3-）（當i

<5%，則KI

Ti

=0.5）2/6/2023102電流環(huán)設計校驗近似條件1）電力電子變換器純滯后的近似處理

2）忽略反電勢變化對電流環(huán)的動態(tài)影響3）電流環(huán)小慣性群的近似處理2/6/2023103設計分為以下幾個步驟：1轉速環(huán)結構圖的簡化2.轉速調節(jié)器結構的選擇3.轉速調節(jié)器參數的選擇4.轉速調節(jié)器的實現5.校驗近似條件2.轉速調節(jié)器的設計(3-59)

簡化內容：

電流環(huán)等效閉環(huán)傳遞函數等效成單位負反饋系統(tǒng)小慣性環(huán)節(jié)近似處理（3-61）

（3-64）

（3-65）

（一般可選擇

h

=5）（3-62）

2/6/2023104轉速環(huán)設計校驗近似條件1）電流環(huán)閉環(huán)后近似為一個慣性環(huán)節(jié)的條件

2）轉速環(huán)二個小慣性環(huán)節(jié)合并的條件

2/6/2023105轉速環(huán)與電流環(huán)的關系：

外環(huán)的響應比內環(huán)慢，這是按上述工程設計方法設計多環(huán)控制系統(tǒng)的特點。這樣做，雖然不利于快速性，但每個控制環(huán)本身都是穩(wěn)定的，對系統(tǒng)的組成和調試工作非常有利。

電流環(huán)的物理意義：電流的閉環(huán)控制改造了控制對象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內環(huán)）控制的一個重要功能。

2/6/20231063．轉速調節(jié)器退飽和時轉速超調量的計算當轉速超過給定值之后，轉速調節(jié)器ASR由飽和限幅狀態(tài)進入線性調節(jié)狀態(tài)，此時的轉速環(huán)由開環(huán)進入閉環(huán)控制，迫使電流由最大值Idm降到負載電流Idl。ASR開始退飽和時，由于電動機電流Id仍大于負載電流Idl，電動機繼續(xù)加速，直到Id<Idl時，轉速才降低。這不是按線性系統(tǒng)規(guī)律的超調，而是經歷了飽和非線性區(qū)域之后的超調，稱作“退飽和超調”。2/6/2023107圖3-24ASR飽和時轉速環(huán)按典型II型系統(tǒng)設計的調速系統(tǒng)起動過程2/6/2023108退飽和超調量可以由表3-5列出的數據經基準值換算后求得，即

λ——電動機允許的過載倍數，z——負載系數，(3-72)2/6/2023109第4章

可逆控制和弱磁控制的直流調速系統(tǒng)電力拖動自動控制系統(tǒng)

—運動控制系統(tǒng)2/6/20231104.1.4單片微機控制的PWM可逆直流調速系統(tǒng)圖4-6微機數字控制雙閉環(huán)直流PWM調速系統(tǒng)硬件結構圖轉速給定：-n*max~0~+n*max占空比：ρ=0~?~1平均電壓系數：=–1~0~+1

2/6/20231114.2 V-M可逆直流調速系統(tǒng)兩組晶閘管整流裝置同時工作時，便會產生不流過負載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流。一般地說，環(huán)流對系統(tǒng)無益，徒然加重晶閘管和變壓器的負擔，消耗功率，環(huán)流太大時會導致晶閘管損壞，因此必須予以抑制或消除。2．V-M可逆直流調速系統(tǒng)中的環(huán)流問題2/6/2023112圖4-10反并聯可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流Id—負載電流Ic—環(huán)流Rrec