chp雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)工程設(shè)計(jì)方法

1、4.5 調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)工程設(shè)計(jì)方法4.5.1 基本思想基本思想4.5.2 典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系（預(yù)備知識）典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系（預(yù)備知識）4.5.3 非典型系統(tǒng)的典型化（預(yù)備知識）非典型系統(tǒng)的典型化（預(yù)備知識）4.5.4 工程設(shè)計(jì)方法在雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用工程設(shè)計(jì)方法在雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用基本思想基本思想4.5.1 基本思想1 為什么要研究工程設(shè)計(jì)方法為什么要研究工程設(shè)計(jì)方法 控制理論中的設(shè)計(jì)方法復(fù)雜控制理論中的設(shè)計(jì)方法復(fù)雜, , 如：極點(diǎn)配置法、根軌跡法、對數(shù)頻率特性法。如：極點(diǎn)配置法、根軌跡法、對數(shù)頻率特性法。 以前沒有普及以前沒有普及CAD，

2、仿真軟件，仿真軟件n 工程設(shè)計(jì)要求：簡單、概念清楚、實(shí)用。工程設(shè)計(jì)要求：簡單、概念清楚、實(shí)用。（對應(yīng)于反饋通道的濾波器,在前向通道增加了相應(yīng)的濾波器）基本思想基本思想2 2 基本思想基本思想: :規(guī)范化、典型化、實(shí)用化規(guī)范化、典型化、實(shí)用化做法做法：1）將多種多樣的實(shí)際系統(tǒng)近似成少數(shù)典型的低階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，典型的低階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然后利用已有的基于典型系統(tǒng)特性的公式和圖表設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器。2）對于多環(huán)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)（雙閉環(huán)系統(tǒng)對于多環(huán)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)（雙閉環(huán)系統(tǒng) ），一般的校正方法），一般的校正方法是：是：從內(nèi)環(huán)開始，先設(shè)計(jì)好內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，然后把內(nèi)環(huán)的整體當(dāng)作外環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，去設(shè)計(jì)外環(huán)的調(diào)節(jié)器，這樣一環(huán)一環(huán)

3、地逐步向外擴(kuò)大沒。 做法的好處做法的好處， 便于認(rèn)識影響系統(tǒng)性能的主要環(huán)節(jié)，抓住系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)以及調(diào)試中的主要矛盾； 簡化設(shè)計(jì)過程。 在CAD的今天，由于可以借助這種方法分析影響系統(tǒng)性能的主要因素、以及控制器參數(shù)選擇的趨勢，所以仍然有很大的實(shí)用價(jià)值。前提前提：經(jīng)過合理簡化，調(diào)速系統(tǒng)一般都可以用低階的系統(tǒng)近似低階的系統(tǒng)近似。步驟步驟 依據(jù)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí): : 首先考慮穩(wěn)定性,靜態(tài)指標(biāo) (穩(wěn),準(zhǔn)) 其次考慮其他指標(biāo) 具體步驟具體步驟: (下頁）下頁）l 化簡實(shí)際被控對象的數(shù)學(xué)模型以突出主要環(huán)節(jié)；l 根據(jù)對系統(tǒng)的特性要求選擇調(diào)節(jié)器從而將系統(tǒng)歸類為已知典型系統(tǒng)的形式，l 利用典型系統(tǒng)

4、參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器參數(shù)。l 對設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)證。步驟步驟 （近似對象） 調(diào)節(jié)器 各個(gè)近似條件 采用采用系統(tǒng)系統(tǒng)的特性的特性參數(shù)校驗(yàn)各近似參數(shù)校驗(yàn)各近似條件。若不符，條件。若不符，則重新設(shè)計(jì)。則重新設(shè)計(jì)。 進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì) 典型系統(tǒng) （近似對象） 調(diào)節(jié)器 借用典型系統(tǒng)借用典型系統(tǒng)參數(shù)與性能指參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系設(shè)計(jì)標(biāo)的關(guān)系設(shè)計(jì) 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器參數(shù) 典型系統(tǒng) （近似對象） 典型化典型化 調(diào)節(jié)器（?） 近似對象 實(shí)際對象 調(diào)節(jié)器（?） 近似近似（降階）（降階） （a）第一步：對象近似 （b）第二步：將系統(tǒng)歸類為典型系統(tǒng) (c) 第三步：調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì) （b）第四步：校驗(yàn)近似條件并實(shí)

5、驗(yàn) 圖 4.5.1 利用典型系統(tǒng)校正實(shí)際系統(tǒng) 參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系4.5.2 典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系1 典型I型系統(tǒng)2 典型型系統(tǒng)mqrSTSTSTSSSSKSGqrm,) 1).(1)(1() 1).(1)(1()(2121系統(tǒng)開環(huán)傳函的一般表達(dá)式：系統(tǒng)開環(huán)傳函的一般表達(dá)式： r 個(gè)開環(huán)極點(diǎn)個(gè)開環(huán)極點(diǎn)r=0,1,2: 0 0型型,1,1型型,2,2型系統(tǒng)型系統(tǒng) 分母中的分母中的sr項(xiàng)表示該系統(tǒng)在項(xiàng)表示該系統(tǒng)在s= 0處有處有r重極點(diǎn)，或者說，系統(tǒng)含有重極點(diǎn)，或者說，系統(tǒng)含有r個(gè)積個(gè)積分環(huán)節(jié)，稱作分環(huán)節(jié)，稱作r型系統(tǒng)。型系統(tǒng)。l為了使系統(tǒng)對階躍給定無穩(wěn)態(tài)誤差，不能

6、使用為了使系統(tǒng)對階躍給定無穩(wěn)態(tài)誤差，不能使用0型系統(tǒng)（型系統(tǒng)（ r =0），），至少是至少是型系統(tǒng)（型系統(tǒng)（ r =1）；當(dāng)給定是斜坡輸入時(shí)，則要求是）；當(dāng)給定是斜坡輸入時(shí)，則要求是型系型系統(tǒng)（統(tǒng)（ r =2）才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無差。）才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無差。l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（型（ r =3）和）和型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定，而型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定，而0型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度低。因此型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度低。因此常把常把型和型和型系統(tǒng)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)型系統(tǒng)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。典型典型I型系統(tǒng)型系統(tǒng)1 典型典型I I型系統(tǒng)型系統(tǒng)(1)

7、定義和特點(diǎn)定義和特點(diǎn): 以以W(s)為開環(huán)傳函的單位反饋系統(tǒng)。為開環(huán)傳函的單位反饋系統(tǒng)。11( )20lg20(lglg1)|20lgcccLKK( )(4.52)(1)KW SS TS典型典型I型系統(tǒng)型系統(tǒng)特性特性: 一般一般T為調(diào)節(jié)對象的固有參數(shù)為調(diào)節(jié)對象的固有參數(shù),只有只有K值是可調(diào)的。值是可調(diào)的。 c 1/T K 越大越大, c 越大越大,快速性好快速性好; c 越大越大, ( c) 越小越小,穩(wěn)定穩(wěn)定 性性 差差 （所以（所以,快速性與穩(wěn)定性是矛盾的）?？焖傩耘c穩(wěn)定性是矛盾的）。 11(1)(1)KSS TS 112STK )(SN )(SC例子：典型典型I型系統(tǒng)型系統(tǒng)(2) 典型典

8、型I型系統(tǒng)參數(shù)與性能指標(biāo)之間的關(guān)系型系統(tǒng)參數(shù)與性能指標(biāo)之間的關(guān)系 跟隨性能跟隨性能2222/( )(4.55)(1/ )/(4.56)2clnnnK TWSST SK TSS/,0.5 1/,(4.57)nKTK T欠阻尼狀態(tài):0.5122arcsin:,1:exp(/ 1)*100%rnt上升時(shí)間超調(diào)量自然振蕩角頻率自然振蕩角頻率和阻尼比和阻尼比典型典型I型系統(tǒng)型系統(tǒng)表表4.5-1 典型典型I型系統(tǒng)參數(shù)與跟隨性能的關(guān)系型系統(tǒng)參數(shù)與跟隨性能的關(guān)系結(jié)論：結(jié)論：KT=0.5，電子最佳調(diào)節(jié)原理中的電子最佳調(diào)節(jié)原理中的“二階最佳系統(tǒng)二階最佳系統(tǒng)”參數(shù)KT0.390.50.69阻尼系數(shù)0.80.7070

9、.6上升時(shí)間tr6.66T4.71T3.32T超調(diào)量%1.52%4.33%9.48%截止頻率c.367/T.455/T.596/T相角余量69.9o65.6o59.2oCmax5%(or2%)C Cmax-CCC(t)典型典型I型系統(tǒng)的抗擾性型系統(tǒng)的抗擾性2) 抗擾性能抗擾性能例子例子:系統(tǒng)分為擾動點(diǎn)前后兩部分系統(tǒng)分為擾動點(diǎn)前后兩部分 (用于4.5.4節(jié)電流環(huán)的抗擾分析)開環(huán)傳函開環(huán)傳函) 1()(TSSKSW)(1() 1()()(212KSTSSTTSSKSNSC0.5,()/2212(1)( )(4.520)(1)(221)KTN SN SNK T TSC STSTSTS擾動閉環(huán)擾動閉環(huán)

10、階躍擾動的輸出階躍擾動的輸出 11(1)(1)KSS TS 112STK )(SN )(SC在選定在選定KT=0.5時(shí)，時(shí)，典型典型I型系統(tǒng)型系統(tǒng)表表4.5-2 (僅對圖僅對圖4.5.4的系統(tǒng)的系統(tǒng), KT=0.5,Cb=0.5K2N)結(jié)論結(jié)論:兩個(gè)時(shí)間常數(shù)相距較大時(shí)兩個(gè)時(shí)間常數(shù)相距較大時(shí),最最大動態(tài)變化量減小大動態(tài)變化量減小,恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間變長變長.m=T/T11/51/101/201/30Cmax/Cb (%)55.533.218.512.9tm/T2.83.43.84.0tv/T14.721.728.730.4取基準(zhǔn)值取基準(zhǔn)值Cb, Cb=0.5K2N, 以使以使Cmax/Cb, tv

11、/T 易于表示。易于表示。( tm: cmax發(fā)生的時(shí)刻發(fā)生的時(shí)刻) 11(1)(1)KSS TS 112STK )(SN )(SC典型典型 型系統(tǒng)型系統(tǒng)2 典型典型型系統(tǒng)型系統(tǒng)(1) 定義和特點(diǎn)定義和特點(diǎn)： 以以W(s)為開環(huán)傳函的單位反饋系統(tǒng)。為開環(huán)傳函的單位反饋系統(tǒng)。 -20dB -40dB 1=1/T1 -40dB c 2=1/T2 h 122(1)( )(1)K TSW SST S 11(1)K TSS 2KS )(SN ( )C S 211T S ( )U S 特點(diǎn)特點(diǎn): 為了使系統(tǒng)穩(wěn)定為了使系統(tǒng)穩(wěn)定,參數(shù)必須滿足參數(shù)必須滿足 1/T1 c ttt2 2的線性系統(tǒng)。的線性系統(tǒng)。（比較圖（比較圖4.5.164.5.16和圖和圖4.5.84.5.8）結(jié)論結(jié)論: :由于飽和由于飽和,本節(jié)小結(jié)：1 動態(tài)參數(shù)工程設(shè)計(jì)方法的步驟動態(tài)參數(shù)工程設(shè)計(jì)方法的步驟: 實(shí)際系統(tǒng) 按性能要求化簡為典型