電機(jī)復(fù)習(xí) - 電機(jī)復(fù)習(xí)

1、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和和調(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 第第 2 章章n轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性n雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)性能分析n調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法n按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器內(nèi)容提要內(nèi)容提要2.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 及其靜特性及其靜特性1.問(wèn)題的提出 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(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。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿(mǎn)足需要。 b) 理想的快速起動(dòng)過(guò)程IdLntIdOIdma) 帶電流截止負(fù)反饋的

2、單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖2-1 直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形2.理想的起動(dòng)過(guò)程IdLntIdOIdmIdcrnn3. 解決思路 為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過(guò)程。 現(xiàn)在的問(wèn)題是，希望能實(shí)現(xiàn)控制：n起動(dòng)過(guò)程，只有電流負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。n穩(wěn)態(tài)時(shí)，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒(méi)有電流負(fù)反饋。 2.1.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成+TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAM+-UdIdUPE-MTG圖2-2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 內(nèi)環(huán)外 環(huán)ni1.系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成2.系統(tǒng)原理圖圖2-3

3、 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 +-TG+-+-RP2U*nR0R0UcUiRiCi+-R0R0RnCnASRACRLMRP1UnU*iLM+MTAIdUdMTGUPE+-+-3.限幅電路二極管鉗位的外限幅電路C1R1R0RlimVD1VD2限幅電路（續(xù)） 穩(wěn)壓管鉗位的外限幅電路R1C1VS1VS2R0Rlim4. 電流檢測(cè)電路電流檢測(cè)電路 TA電流互感器TA圖2-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 Ks 1/CeU*nUcIdEnUd0Un+-ASR+U*i-IdR R ACR-UiUPE1. 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖2.1.2 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. 系統(tǒng)靜特性實(shí)際上，在正常

4、運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的態(tài)的。因此，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。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性如圖所示，圖2-5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 n0IdIdmIdNOnABC（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和di*i0n*nIUUnnUU由第一個(gè)關(guān)系式可得 0*nnUn從而得到上圖靜特性的CA段。 (2-1) （2） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和 ASR輸出達(dá)到限幅值U*im ，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開(kāi)環(huán)狀態(tài)，雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí) dm*imdIUI 式（2-2）所描述的靜特性是上圖中的AB段，它是垂直的特性。(2-2) 3. 兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用

5、n負(fù)載電流IIdm時(shí),，轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。n負(fù)載電流I= Idm 后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)電流無(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。2.1.3 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 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 0n*nnnUUdLdi*iIIUUsdL*nesdesd0c/KRIUCKRInCKUU(2-3) (2-5) (2-4) 轉(zhuǎn)速 n 是由給定電壓U*n決定的 ASR的輸出量U*i是由負(fù)載電流 IdL 決定的 控制電壓 Uc 的大小則同時(shí)取決于 n 和 Id，或者說(shuō)，同時(shí)取決

6、于U*n 和 IdL。上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上：n反饋系數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù) max*nmnUdm*imIU(2-6) (2-7) 2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 和動(dòng)態(tài)性能分析和動(dòng)態(tài)性能分析本節(jié)提要n雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型n起動(dòng)過(guò)程分析n動(dòng)態(tài)抗擾性能分析n轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用1. 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2-6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 U*n Uc-IdLnUd0Un+- -UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E2.2.1 雙閉環(huán)直流調(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

7、系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型2. 數(shù)學(xué)模型 WASR(s)和WACR(s)分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。如果采用PI調(diào)節(jié)器，則 ssKsWnnnASR1)(ssKsWiiiACR1)(2.2.2 起動(dòng)過(guò)程起動(dòng)過(guò)程起動(dòng)過(guò)程分三個(gè)階段： I階段（0 t1） ： ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。II階段（t1 t2） ： ASR始終是飽和的， ACR不飽和。III階段（ t2 以后） ： ASR退出飽和，ACR不飽和。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 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程的三個(gè)特

8、點(diǎn)（1）飽和非線(xiàn)性控制飽和非線(xiàn)性控制-當(dāng)ASR飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為單閉環(huán)系統(tǒng)；當(dāng)ASR不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)轉(zhuǎn)速超調(diào)-采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必然有超調(diào)（3）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制-啟動(dòng)過(guò)程屬于有限制條件的最短時(shí)間控制。因此，可看作是一個(gè)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制 2.2.3 動(dòng)態(tài)抗擾性能分析動(dòng)態(tài)抗擾性能分析 抗負(fù)載擾動(dòng)：作用在電流環(huán)之后，只能靠ASR產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用?？闺娋W(wǎng)電壓擾動(dòng)：電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到及時(shí)調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來(lái)，抗擾性能比單閉環(huán)系統(tǒng)大有改善。 1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/

9、R Tl s+1R TmsKsTss+1ACR U*iUi-EId1. 抗負(fù)載擾動(dòng)IdL直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗負(fù)載擾作用2. 抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)-IdLUdb)雙閉環(huán)系統(tǒng) Ud電網(wǎng)電壓波動(dòng)在整流電壓上的反映 1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/R Tl s+1R TmsIdKsTss+1ACR U*iUi-E （1）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 n 很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。 （2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。 （3）其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。1. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器2.2.4 兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用 2. 電流調(diào)節(jié)器的

10、作用（1）在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過(guò)程中，ACR使電流緊緊跟隨其給定電壓變化。（2）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起抗擾作用。（3）啟動(dòng)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。（4）當(dāng)電機(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，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。2.3 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出n必要性-經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正方法設(shè)計(jì)較復(fù)雜，不易為初學(xué)者掌握。n 可能性-多數(shù)現(xiàn)代電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)近似?？砂训碗A典型系統(tǒng)的特性制成圖表，將實(shí)際系統(tǒng)校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)，設(shè)計(jì)過(guò)程就簡(jiǎn)便多了。2.3.1 工程設(shè)計(jì)方法的基本思路工程設(shè)計(jì)方法的基本思路 1.選擇調(diào)節(jié)器結(jié)

11、構(gòu),使系統(tǒng)典型化并滿(mǎn)足穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)精度。2.設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。2.3.2 典型系統(tǒng)典型系統(tǒng) 一般來(lái)說(shuō)，許多控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)都可表示為 (2-8)n11) 1() 1()(iirmjjsTssKsW)(sWR(s)C(s)1. 典型I型系統(tǒng)n結(jié)構(gòu)圖與傳遞函數(shù) ) 1()(TssKsW)(sR) 1(TssK)(sC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。（2-9）開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性O(shè)dB/decdB/decn性能特性選擇參數(shù)滿(mǎn)足 T1c1cT或于是，相角穩(wěn)定裕度 45arctg90arctg90180ccTT2. 典型型系統(tǒng)n結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù) ) 1()

12、1()(2TsssKsW)(sR)(sC) 1() 1(2TsssK（2-10）n開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性O(shè)dB/decdB/decdB/decn 性能特性保證系統(tǒng)穩(wěn)定，即應(yīng)選擇參數(shù)滿(mǎn)足 T11cT或 且 比 T 大得越多，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度越大。2.3.3 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) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括：n跟隨性能指標(biāo)-tr 上升時(shí)間 超調(diào)量 ts 調(diào)節(jié)時(shí)間n抗擾性能指標(biāo)-Cmax 動(dòng)態(tài)降落 tv 恢復(fù)時(shí)間 系統(tǒng)典型的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)5%（或2%） )(tCCCCmaxmaxCC0 tOtrts圖2-11 典型階躍響應(yīng)曲線(xiàn)和跟隨性能指標(biāo)突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和抗擾性能指標(biāo)圖2-12

13、 突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和抗擾性能指標(biāo)maxC1C2C5%（或2%） CNNO ttmtvCb2.3.4 典型典型I型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 圖2-13 不同 K 值時(shí)典型 I 型系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性。K 與截止頻率 c 的關(guān)系cclg20) 1lg(lg20lg20KK = c （當(dāng) c 時(shí)） T1(2-12) K 越大，c 也越大，系統(tǒng)響應(yīng)越快，但相角穩(wěn)定裕度 = 90 arctgcT 越小，說(shuō)明快速性與穩(wěn)定性之間的矛盾表2-1 I型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差輸入信號(hào)階躍輸入斜坡輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差 0v0 / K0)(RtRtvtR0)(2)(20tat

14、R1. 典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 （1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)：（2）動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)閉環(huán)傳遞函數(shù)的一般形式：2nn22ncl2)()()(sssRsCsW（2-13） TKnKT121T21nK、T與標(biāo)準(zhǔn)形式中的參數(shù)的換算關(guān)系(2-15) (2-16) (2-17) 由于在典 I 系統(tǒng)中 KT 0.5。因此在典型 I 型系統(tǒng)中應(yīng)取 15 . 0(2-18) n性能指標(biāo)和系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系 %100e)1/(2)arccos(122rTt(2-19) (2-20) (2-21) 2np1t超調(diào)量 上升時(shí)間 峰值時(shí)間 表表2-2 典型典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參

15、數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 （ 與與KT的關(guān)系服從于式的關(guān)系服從于式2-16）參數(shù)關(guān)系KT0.250.39 0.50.69 1.0阻尼比超調(diào)量 上升時(shí)間 tr峰值時(shí)間 tp 相角穩(wěn)定裕度 截止頻率c 1.0 0 % 76.30.243/T 0.8 1.5% 6.6T8.3T69.90.367/T 0.707 4.3 % 4.7T6.2T 65.50.455/T 0.6 9.5 % 3.3T4.7T59.2 0.596/T 0.5 16.3 % 2.4T3.2T 51.8 0.786/T)a)b0)(sR)(2sW)(1sW)(sF)()(sCsC)(sN)(11sW)(2

16、sW)(sC典型I型系統(tǒng) 圖2-15 擾動(dòng)作用下的典型I型系統(tǒng)2. 典型I型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系221TTTTm51101201301%100maxbCC55.5%33.2%18.5%12.9%tm / T2.83.43.84.0tv / T14.721.728.730.4表表2-3 典型典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系(控制結(jié)構(gòu)和擾動(dòng)作用點(diǎn)如圖2-15所示，已選定的參數(shù)關(guān)系KT=0.5) 2.3.5 典型典型II型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 n可選參數(shù)： K 和 n為了分析方便起見(jiàn)，引入一個(gè)新的變量 ， 令 12Th(

17、2-32) 典型型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性dB/L0 11T12hKlg20-20 40 -40 / s-1c=120dB/dec40dB/dec40dB/dec圖2-16 典型型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和中頻寬中頻寬度表25 II型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差輸入信號(hào)階躍輸入斜坡輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差00 0)(RtRtvtR0)(2)(20tatRKa /0（1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo) 1. 典型II型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 n在階躍和斜坡輸入下，II型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)均無(wú)差；n加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差與開(kāi)環(huán)增益K成反比。表2-6 典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按Mrmin

18、準(zhǔn)則確定關(guān)系時(shí)） h 3 4 56 7 8 9 10 tr / Tts / T k 52.6% 2.412.15 3 43.6% 2.65 11.65 237.6% 2.85 9.55 2 33.2% 3.0 10.45 129.8% 3.1 11.30 127.2% 3.2 12.25 125.0% 3.3 13.25 1 23.3% 3.35 14.20 1（2）動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 圖2-17b 典型II型系統(tǒng)在一種擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖+ ) 1() 1(1TsshTsKsK2)(sF)(sC0)(1sW- )(2sWn抗擾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2. 典型型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)

19、的關(guān)系表2-7 典型II型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 （控制結(jié)構(gòu)和階躍擾動(dòng)作用點(diǎn)如圖2-18，參數(shù)關(guān)系符合最小Mr準(zhǔn)則） h 3 4 56 7 8 9 10 Cmax/Cbtm / T tv / T 72.2% 2.4513.60 77.5% 2.70 10.4581.2% 2.85 8.80 84.0% 3.00 12.9586.3% 3.15 16.8588.1% 3.25 19.8089.6% 3.30 22.80 90.8% 3.40 25.85典型II型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系n兩種系統(tǒng)比較n典型典型 I 型系統(tǒng)在跟隨性能上可以做到超調(diào)型系統(tǒng)在跟隨性能上可以做到超調(diào)小，

20、但抗擾性能稍差，小，但抗擾性能稍差，n典型典型型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)較大，抗擾性型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)較大，抗擾性能卻比較好能卻比較好。 這是設(shè)計(jì)時(shí)選擇典型系統(tǒng)的重要依據(jù)。2.3.6 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似 處理處理非典型系統(tǒng)的典型化非典型系統(tǒng)的典型化1. 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇n基本思路: 將控制對(duì)象校正成為典型系統(tǒng)。系統(tǒng)校正控制對(duì)象 調(diào)節(jié)器 輸入輸出典型系統(tǒng) 輸入輸出表2-8 校正成典型I型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇控制對(duì)象調(diào)節(jié)器參數(shù)配合) 1)(1)(1(3212sTsTsTK) 1)(1(212sTsTKT1、T2 T312TsK) 1(2TssK

21、) 1)(1)(1(3212sTsTsTK321,TTT ssK11pi) 1(sKipKss) 1)(1(21ssK11pi) 1(11T2211,TT3211,TTTTT1 T2表2-9 校正成典型II型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇控制對(duì)象調(diào)節(jié)器參數(shù)配合) 1(2TssK21212) 1)(1(TTsTsTK相近21212,) 1)(1(TTsTsTsK都很小21212,) 1)(1(TTsTsTsK3213212) 1)(1)(1(TTTsTsTsTK、認(rèn)為： ssK11pi) 1(ssK11pi1ss) 1)(1(21hT1認(rèn)為： 21hTsTsT11111）（或）（或122211 ThThT

22、hT)(211TTh)(321TThsTsT11111ssK11pi1ssK11pi12. 傳遞函數(shù)近似處理（1）高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理 ) 1)(1)(1() 1()(321sTsTsTssKsW小慣性環(huán)節(jié)可以合并1)(1) 1)(1(13232sTTsTsT32c31TT例如：近似條件：（2）高階系統(tǒng)的降階近似處理以三階系統(tǒng)為例，設(shè)a，b，c都是正系數(shù)，且bc a，即系統(tǒng)是穩(wěn)定的。1)(23csbsasKsW(2-50) 1)(csKsW),1min(31cacb近似為一階系統(tǒng)：近似條件(2-51) (2-52) 11TsTs1T3c（）) 1() 1()(221bsTsTsKsW)

23、1)(1() 1()(21asTsTssKsW例如：（3）低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理 cn對(duì)頻率特性的影響圖2-21 低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理對(duì)頻率特性的影響 返回目錄返回目錄低頻時(shí)把特性a近似地看成特性b 2.4 按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)系統(tǒng)的按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)系統(tǒng)的 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 本節(jié)將應(yīng)用工程設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器。主要內(nèi)容為系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)象系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟-IdL(s)Ud0(s)Un+-+-UiACR1/RTl s+1RTmsU*I(s)Uc(s)Ks Tss+1Id1Ce+E Tois+11 T0is+1ASR1 T0ns+1 Tons+1U*n(s)n(s)電流

24、環(huán)圖2-22 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)象E(s)2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則n系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則 “先內(nèi)環(huán)后外環(huán)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)” 首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。 設(shè)計(jì)步驟：1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算4.電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)2.4.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)-IdL(s)Ud0(s)Un+-+-UiACR1/RTl s+1RTmsU*I(s)Uc(s)Ks Tss+1Id1Ce+E Tois+11 T0is+1ASR1 T0ns+1 Tons+1U*n(s)

25、n(s)電流環(huán)圖2-22 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 先忽略反電動(dòng)勢(shì)（條件 ）E(s)lmciTT131. 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化圖2-22 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 1. 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化Ud0(s)-1/RTl s+1RTmsIdE(s)E(s)Ud0(s)1/RTl s+1RTmsE(s)IdUd0(s)1TmTls2+Tm s+1E(s)E(s)近似Ud0(s)1TmTls2+Tms+-ACRUc (s)Ks /R (Tss+1)(Tl s+1)Id (s)U*i(s) Tois+1+-ACRKs /R (Tls+1)(Tis+1)Id (s)U*i(s)濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)電流環(huán)結(jié)構(gòu)

26、圖最終簡(jiǎn)化圖1. 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)和參數(shù)的選擇ssKsWiiiACR1)(選擇PI調(diào)節(jié)器：lTiRKKKisiI令：電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為圖2-24a所示的典型形式，其中 （2-58）（2-59）K I s(Tis+1)Id (s)+-U*i(s)n校正后電流環(huán)的結(jié)構(gòu)和特性 圖2-24 校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán) a) 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 b) 開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性: 1OL/dBci-20dB/dec /s-1-40dB/decTin參數(shù)選擇 一般情況下，希望i 5%，可選 =0.707，KI Ti =0.5，則iciI21TK)(22isisiTTKRTKRTKll(2-60)

27、 (2-61) 再利用式（2-59）和式（2-58）得到 4. 電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)n模擬式電流調(diào)節(jié)器電路圖2-25 含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器 0iiRRK iiiCRoi0oi41CRT 參數(shù)的計(jì)算公式：n例題例題n某雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式整流電路，已知數(shù)據(jù)：n電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)為10kW，220V，136A，1460r/min，允許過(guò)載倍數(shù)=1.5，Ce=0.132Vmin/rn晶閘管觸發(fā)整流裝置：電壓放大系數(shù) Ks = 44n電樞回路總電阻：R = 0.5n時(shí)間常數(shù)：Tl=0.03s,Tm=0.18sn轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出限幅值：10Vn設(shè)計(jì)要求：電流超調(diào)量i5%設(shè)

28、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)2.4.2 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)1. 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)n電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù) 電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，由圖2-24a：111) 1(1) 1(/ )()()(I2IiiIiI*idclisKsKTsTsKsTsKsUsIsW(2-65) n傳遞函數(shù)化簡(jiǎn)忽略高次項(xiàng)111)(IclisKsW(2-66) 近似條件iIcn31TK(2-67) cn 轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率。 n電流環(huán)等效傳遞函數(shù)電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中等效為 111)()()(Icli*idsKsWsUsI(2-68) 這就表明，電流的閉環(huán)控制改造了控制對(duì)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，這是局部閉象，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