yu運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)知識(shí)講解

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。yu運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)上海電機(jī)學(xué)院成教學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)題目：V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)成0956學(xué)生姓名余金賢學(xué)號(hào)12號(hào)指導(dǎo)教師劉小玲起止日期：2011年4月16日起至2011年5月14日止1.設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求：（1）主要內(nèi)容試設(shè)計(jì)一雙閉環(huán)V-M直流調(diào)速系統(tǒng)。采用三相橋式全控整流電路，二次相電壓有效值U2=110V。已知他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)為PN=55kW,UN=440V,IN=140A,nN=1000r/min。電動(dòng)機(jī)電樞回路總電阻（即電樞電阻，此時(shí)忽略整流裝

2、置內(nèi)阻，平波電抗器電阻）R=Ra=0.25，電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)TL=0.02s，系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.0363s,系統(tǒng)飛輪力矩GD2=90N.m2時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流給定電壓最大值分別為=10V,=10V。（2）要求按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)，使調(diào)速系統(tǒng)的電流超調(diào)量，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量，其過(guò)渡過(guò)程時(shí)間s,穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。2.對(duì)設(shè)計(jì)論文撰寫(xiě)內(nèi)容、格式、字?jǐn)?shù)的要求：（1）課程設(shè)計(jì)論文撰寫(xiě)的內(nèi)容為：中文摘要和關(guān)鍵詞、目錄、正文、參考文獻(xiàn)等。應(yīng)做到文理通順，內(nèi)容正確完整。（2）課程設(shè)計(jì)論文格式可參照畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）格式規(guī)范。（3）課程設(shè)計(jì)論文是體現(xiàn)和總結(jié)課程設(shè)計(jì)成果的載體，一般不應(yīng)少于3000字（一

3、般不超過(guò)5000字）。中文摘要本文設(shè)計(jì)主要介紹了由晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)（V-M）組成的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖及動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并按工程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)法對(duì)雙閉環(huán)系統(tǒng)的ACR和ASR進(jìn)行設(shè)計(jì)，在工程設(shè)計(jì)中闡述了需要注意的問(wèn)題，并對(duì)晶閘管的電壓、電流做了額定計(jì)算，及平波電抗器的計(jì)算，最后得出了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主、控電路并作了總結(jié)和設(shè)計(jì)心得。雙閉環(huán)（轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)）直流調(diào)速系統(tǒng)是一種當(dāng)前應(yīng)用廣泛、經(jīng)濟(jì)、適用的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。它具有調(diào)速范圍廣、精度高、動(dòng)態(tài)性能好、易于控制和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。也是構(gòu)成各種可逆調(diào)速系統(tǒng)或高性能調(diào)速裝置的核心。因此雙閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最有最重要的實(shí)際意義。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有

4、良好的抗擾性能，它對(duì)于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動(dòng)作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的調(diào)解下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。本設(shè)計(jì)是基于V-M調(diào)速系統(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中使用工程法對(duì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的ACR及ASR進(jìn)行整定。主電路采用由晶閘管構(gòu)成的三相橋式可控整流電路，可逆方案采用兩組晶閘管反并聯(lián)的方式，晶閘管的觸采使用由集成芯片TC787構(gòu)成的觸發(fā)電路。系統(tǒng)同時(shí)還具有過(guò)壓、過(guò)流、緩沖保護(hù)等措施。系統(tǒng)不論是穩(wěn)態(tài)性能還是動(dòng)態(tài)性能都滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。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，二者之間實(shí)行串級(jí)連接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入

5、，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為V-M的控制電壓。從閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)，按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán)，按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)，調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了校正。關(guān)鍵詞雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器，抗干擾，晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)（V-M）目錄TOCo1-3hzuHYPERLINKl_Toc261651760課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)PAGEREF_Toc261651760hIHYPERLINKl_Toc261651761中文摘要PAGEREF_Toc261651761hIIIHYPERLINKl_Toc261651762目錄PAGEREF_Toc26

6、1651762hIVHYPERLINKl_Toc2616517631、任務(wù)和要求PAGEREF_Toc261651763h1HYPERLINKl_Toc2616517641.1設(shè)計(jì)任務(wù)PAGEREF_Toc261651764h1HYPERLINKl_Toc2616517651.2設(shè)計(jì)要求PAGEREF_Toc261651765h1HYPERLINKl_Toc2616517661.3穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：PAGEREF_Toc261651766h1HYPERLINKl_Toc2616517671.4動(dòng)態(tài)指標(biāo)PAGEREF_Toc261651767h1HYPERLINKl_Toc2616517682、設(shè)計(jì)思路

7、PAGEREF_Toc261651768h2HYPERLINKl_Toc2616517692.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)PAGEREF_Toc261651769h2HYPERLINKl_Toc2616517702.2環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、部件選擇及參數(shù)計(jì)算PAGEREF_Toc261651770h2HYPERLINKl_Toc2616517712.3系統(tǒng)原理圖PAGEREF_Toc261651771h2HYPERLINKl_Toc2616517722.4建立系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型PAGEREF_Toc261651772h3HYPERLINKl_Toc2616517733、設(shè)計(jì)方框圖PAGEREF_Toc2616517

8、73h5HYPERLINKl_Toc2616517744各系統(tǒng)及其性能指標(biāo)PAGEREF_Toc261651774h6HYPERLINKl_Toc2616517754.1典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系PAGEREF_Toc261651775h6HYPERLINKl_Toc2616517764.1.1典型型系統(tǒng)PAGEREF_Toc261651776h6HYPERLINKl_Toc2616517774.1.2型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟隨性能PAGEREF_Toc261651777h6HYPERLINKl_Toc2616517784.1.3型系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：PAGEREF_Toc261651778h7

9、HYPERLINKl_Toc2616517794.1.4型系統(tǒng)的頻率特性PAGEREF_Toc261651779h7HYPERLINKl_Toc2616517804.2典型型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系PAGEREF_Toc261651780h8HYPERLINKl_Toc2616517814.2.1典型型系統(tǒng)PAGEREF_Toc261651781h8HYPERLINKl_Toc2616517824.2.2性能指標(biāo)與參數(shù)關(guān)系PAGEREF_Toc261651782h9HYPERLINKl_Toc2616517835工程設(shè)計(jì)中的近似處理PAGEREF_Toc261651783h11HYPERL

10、INKl_Toc2616517845.1高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理PAGEREF_Toc261651784h11HYPERLINKl_Toc2616517855.2低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理PAGEREF_Toc261651785h12HYPERLINKl_Toc2616517866各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算PAGEREF_Toc261651786h13HYPERLINKl_Toc2616517876.1電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)PAGEREF_Toc261651787h13HYPERLINKl_Toc261651788已知條件PAGEREF_Toc261651788h13HYPERLINKl

11、_Toc2616517896.2電機(jī)基本參數(shù)計(jì)算PAGEREF_Toc261651789h14HYPERLINKl_Toc2616517907.電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計(jì)PAGEREF_Toc261651790h14HYPERLINKl_Toc2616517918轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASRPAGEREF_Toc261651791h15HYPERLINKl_Toc2616517928.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR結(jié)構(gòu)PAGEREF_Toc261651792h16HYPERLINKl_Toc2616517938.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR參數(shù)選擇PAGEREF_Toc261651793h17HYPERLINKl_Toc26165

12、1794小結(jié)PAGEREF_Toc261651794h19HYPERLINKl_Toc261651795致謝PAGEREF_Toc261651795h20HYPERLINKl_Toc261651796參考文獻(xiàn)PAGEREF_Toc261651796h211、任務(wù)和要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)試設(shè)計(jì)一雙閉環(huán)V-M直流調(diào)速系統(tǒng)。采用三相橋式全控整流電路，二次相電壓有效值U2=110V。已知他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)為PN=55kW,UN=440V,IN=140A,nN=1000r/min。電動(dòng)機(jī)電樞回路總電阻（即電樞電阻，此時(shí)忽略整流裝置內(nèi)阻，平波電抗器電阻）R=Ra=0.25，電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)TL=0.02s

13、，系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.0363s,系統(tǒng)飛輪力矩GD2=90N.m2時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流給定電壓最大值分別為=10V,=10V。1.2設(shè)計(jì)要求按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足包括穩(wěn)態(tài)誤差、超調(diào)量、動(dòng)態(tài)過(guò)渡時(shí)間在內(nèi)的所有要求的性能指標(biāo)。1.3穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。1.4動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量。空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間s2、設(shè)計(jì)思路2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)速度和電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（雙環(huán)），是由單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)的，調(diào)速系統(tǒng)使用比例積分調(diào)節(jié)器，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差調(diào)速。又采用電流截止負(fù)載環(huán)節(jié)，限制了起（制）動(dòng)時(shí)的最大電流。這對(duì)一般的要求不太高的調(diào)速系統(tǒng)，基本上已能滿(mǎn)足要求。但

14、是由于電流截止負(fù)反饋限制了最大電流，加上電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)隨著轉(zhuǎn)速的上升而增加，使電流到達(dá)最大值后迅速降下來(lái)，這樣，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距也減小了，使起動(dòng)加速過(guò)程變慢，起動(dòng)（調(diào)整時(shí)間ts）的時(shí)間就比較長(zhǎng)。在這些系統(tǒng)中為了盡快縮短過(guò)渡時(shí)間，所以希望能夠充分利用晶閘管元件和電動(dòng)機(jī)所允許的過(guò)載能力，使起動(dòng)的電流保護(hù)在最大允許值上，電動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩，從而轉(zhuǎn)速可直線(xiàn)迅速上升，使過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間大大縮短。另一方面，在一個(gè)調(diào)節(jié)器輸出端綜合幾個(gè)信號(hào)，各個(gè)參數(shù)互相調(diào)節(jié)比較困難。為了克服這一缺點(diǎn)就應(yīng)用轉(zhuǎn)速，電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。2.2環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、部件選擇及參數(shù)計(jì)算根據(jù)總體結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)各基本環(huán)節(jié)，由于電動(dòng)機(jī)參數(shù)已經(jīng)題意確定，所以需設(shè)

15、計(jì)的環(huán)節(jié)主要有：電流、轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，比較環(huán)節(jié)，晶閘管及其觸發(fā)電路，電流、轉(zhuǎn)速兩個(gè)調(diào)節(jié)器等。由于設(shè)計(jì)時(shí)間有限，觸發(fā)電路的結(jié)構(gòu)可不考慮。最后根據(jù)已確定的各環(huán)節(jié)選擇部件及計(jì)算參數(shù)。2.3系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖可以簡(jiǎn)化。但為了給建立系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型打下基礎(chǔ)，控制信號(hào)、反饋原理信號(hào)比較、調(diào)節(jié)原理和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理等都應(yīng)在系統(tǒng)原理圖中表示清楚。一般直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的工程設(shè)計(jì)，包括確定預(yù)期典型系統(tǒng)，選擇調(diào)節(jié)器形式，計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)。如下圖（圖2-1）：預(yù)期典型系統(tǒng)選擇調(diào)節(jié)器計(jì)算參數(shù)圖2-1動(dòng)態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)流程最終結(jié)果應(yīng)滿(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械工藝要求提出的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是應(yīng)用得比較廣泛

16、的，而且也是比較典型的一種，也還是構(gòu)成各種可逆調(diào)速系統(tǒng)的核心。2.4建立系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型由轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋組成，屬于多環(huán)控制系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如下圖（圖2-2）：其結(jié)構(gòu)由內(nèi)到外，一環(huán)包圍一環(huán)，每一閉環(huán)都設(shè)有本環(huán)的調(diào)節(jié)器，構(gòu)成一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，而電流調(diào)節(jié)器的輸出則去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱(chēng)為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，稱(chēng)外環(huán)。為了使轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。電流、轉(zhuǎn)速兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般采用輸出帶限幅的PI調(diào)節(jié)器。2-2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖中(s)對(duì)應(yīng)于給定轉(zhuǎn)速的控制電壓信號(hào)；Un(s)對(duì)應(yīng)于實(shí)際轉(zhuǎn)速的反饋

17、電壓信號(hào)；Un(s)對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速偏差的電壓信號(hào)；Ui(s）對(duì)應(yīng)于控制電流的電壓信號(hào)；Uct(s)對(duì)應(yīng)于脈寬調(diào)制器的輸入控制電壓信號(hào)；Ud0(s)PWM驅(qū)動(dòng)電路輸出的空載電壓；E(s)電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)；Id(s)電動(dòng)機(jī)的電樞電流；Idl(s)對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的負(fù)載電流；n(s)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速；Ton轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)濾波時(shí)間常數(shù)；Toi電流反饋環(huán)節(jié)濾波時(shí)間常數(shù)；KPWM,TPWM脈寬調(diào)制器和PWM變換器放大倍數(shù)與其近似慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)；R電動(dòng)機(jī)電樞回路總電阻；Tl電動(dòng)機(jī)電磁回路時(shí)間常數(shù)；Tm包括電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)；Ce電動(dòng)機(jī)在額定磁通下的電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速比；ASR系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器；ACR系統(tǒng)的電

18、流調(diào)節(jié)器；速度反饋系數(shù)；電流反饋系數(shù)。設(shè)計(jì)此動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖時(shí)，應(yīng)先設(shè)計(jì)各模塊的傳遞函數(shù)并求出各模塊的參數(shù)和時(shí)間常數(shù)，再根據(jù)“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”的原則分別設(shè)計(jì)ACR和ASR.ACR和ASR的設(shè)計(jì)是動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。其設(shè)計(jì)方法一般為先確定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，然后確定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可根據(jù)所設(shè)計(jì)閉環(huán)的控制（輸出）量的要求及校正成哪一種典型系統(tǒng)的需要，在P,PI,PD,PID等類(lèi)調(diào)節(jié)器中選一種。而調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計(jì)則主要根據(jù)該閉環(huán)的輸人、輸出、各環(huán)節(jié)的參數(shù)及校正的目標(biāo)系統(tǒng)的需要，通過(guò)計(jì)算而取得。另外也要考慮兩個(gè)調(diào)節(jié)器限幅等非線(xiàn)性作用。數(shù)學(xué)模型建立過(guò)程中，主要有兩項(xiàng)工作：一是要確定傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)；二是要

19、計(jì)算各環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)和放大系數(shù)（比例系數(shù)）。3、設(shè)計(jì)方框圖系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)部件選擇與參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)穩(wěn)定性？能符合要求完成設(shè)計(jì)報(bào)告YN分析設(shè)計(jì)任務(wù)和要求4各系統(tǒng)及其性能指標(biāo)4.1典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系4.1.1典型型系統(tǒng)典型型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)才傳遞函數(shù)為：由上式的結(jié)構(gòu)可以看出典型型系統(tǒng)由一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)相乘得來(lái)，其方框圖如下：R（s）E（s）C（s）圖4-1典型型系統(tǒng)由上圖可以看出來(lái)典型型系統(tǒng)是一個(gè)由積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的閉環(huán)反饋系統(tǒng)。4.1.2型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟隨性能由控制理論誤差分析可知，型系統(tǒng)對(duì)階躍給定信號(hào)的穩(wěn)態(tài)誤差為零；對(duì)單位

20、斜坡輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)誤差不為零，即有跟蹤誤差。由上式可知，當(dāng)開(kāi)環(huán)增益K增大時(shí)，跟蹤誤差將減少。4.1.3型系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：在式中自然振蕩頻率，=；阻尼比，=。此系統(tǒng)在零初始條件下的階躍響應(yīng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算公式為：超調(diào)量：調(diào)節(jié)時(shí)間：截止頻率：相角裕量：在對(duì)型系統(tǒng)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，通常選用K=1/(2T)或=0.707為典型函數(shù)，稱(chēng)為“型系統(tǒng)工程最佳參數(shù)”。當(dāng)取這兩個(gè)參數(shù)時(shí)，其性能指標(biāo)為：實(shí)踐表明，上述典型參數(shù)對(duì)應(yīng)的性能指標(biāo)適合于響應(yīng)快而又不允許過(guò)大超調(diào)量的系統(tǒng)，一般情況下都能滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)要求。4.1.4型系統(tǒng)的頻率特性典型型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性如下圖所示。當(dāng)時(shí)，對(duì)數(shù)幅頻特性以20dB/dec

21、的斜率通過(guò)零分貝線(xiàn)，其截止頻率=K，其相角裕量為L(zhǎng)/dBO-20圖4-2典型型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性從上述分析可知，與系統(tǒng)快速性相關(guān)的截止頻率取決于開(kāi)環(huán)增益K，增益K值可提高系統(tǒng)的快速性，但另一方面又會(huì)使相角裕量減少，超調(diào)量增大，所以不能隨意增大。如果既要提高快速性，又要保持相角裕量不變，就應(yīng)在增加的同時(shí)減少時(shí)間參數(shù)T，保持他們之間的比值不變。但時(shí)間常數(shù)T往往是系統(tǒng)的固有參數(shù)，較難改變，故在確定K值時(shí)，要兼顧快速性和超調(diào)量?jī)身?xiàng)指標(biāo)。4.2典型型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系4.2.1典型型系統(tǒng)典型型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下：()其閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如下圖所示：R(s)C(s)圖4-2

22、典型型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖從頻率特性上可見(jiàn)，由于T一定，改變就等于改變了中頻寬h；在確定以后，再改變K相當(dāng)于使開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性上下平移，從而改變了截止頻率。因此在設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器時(shí)，選擇兩個(gè)參數(shù)h和，就相當(dāng)于選擇參數(shù)和K。4.2.2性能指標(biāo)與參數(shù)關(guān)系典型型系統(tǒng)的性能指標(biāo)通常用三種方法描述：以相角裕量為基準(zhǔn)的“最大（Oh-40-20-40）法”；圖4-3典型型系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻特性以閉環(huán)諧振峰值為基準(zhǔn)的“最小諧振峰值法”；在第一種方法中令h=4或在第二種方法中令h=5時(shí)得到的“三階工程最佳設(shè)計(jì)法”。“最小法”是根據(jù)最小振蕩指標(biāo)，由閉環(huán)頻率特性推導(dǎo)的。反饋控制系統(tǒng)的閉環(huán)幅頻特性如下圖：圖4-4閉環(huán)系統(tǒng)的幅頻特性其中振

23、蕩峰值用表示?？梢宰C明對(duì)于典型型系統(tǒng)，當(dāng)截止頻率符合下列關(guān)系式時(shí)，對(duì)應(yīng)的最小，稱(chēng)為“最佳頻比”，此時(shí)系統(tǒng)現(xiàn)對(duì)穩(wěn)定性最好。或即這時(shí)最小的值與h有簡(jiǎn)單的關(guān)系：開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)則按“最小法”設(shè)計(jì)的典型型系統(tǒng)時(shí)的參數(shù)關(guān)系為若取h=5，則5工程設(shè)計(jì)中的近似處理5.1高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理在下圖所示的系統(tǒng)中，和是兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為若按典型一型系統(tǒng)進(jìn)行校正，取調(diào)節(jié)器參數(shù)=，則系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函為結(jié)構(gòu)圖如下：調(diào)節(jié)器交流裝置調(diào)節(jié)對(duì)像反饋環(huán)節(jié)圖5-1電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖式中K=顯然，比典型一型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)多了一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)。為此需要將兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)用一個(gè)等效慣性環(huán)節(jié)代替，并保持等效前后相角裕量

24、不變，便可得到等效的典型一型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)5.2低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理在把系統(tǒng)校正成典型型系統(tǒng)時(shí)，有時(shí)需要將系統(tǒng)中的大慣性環(huán)節(jié)近似用積分環(huán)節(jié)代替。若把下圖校正成為典型型系統(tǒng)，在把兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)等效成一個(gè)小時(shí)間常數(shù)T的慣性環(huán)節(jié)的同時(shí)，還需把大慣性環(huán)節(jié)等效成積分環(huán)節(jié)。SHAPE*MERGEFORMATL(w)WopBWopAL(w)L(w)L(w)L(w)L(w)圖5-2大慣性環(huán)節(jié)近似為積分環(huán)節(jié)近似等效前，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為式中K=若把大慣性環(huán)節(jié)用積分環(huán)節(jié)來(lái)近似，即則就成為典型型系統(tǒng)的形式6各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算6.1電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)已知條件由任務(wù)書(shū)上的參數(shù)可以知道：直流電

25、動(dòng)機(jī)參數(shù)：=55kW，=440V，=140A，=1000r/min采用三相橋式整流電路電阻及平波電抗器內(nèi)阻為0系統(tǒng)飛輪力矩=90NASR限幅輸出=10V；ACR限幅輸出=10V堵轉(zhuǎn)電流=2=2*140=280A臨界截止電流=1.5=1.5*140=210A6.2電機(jī)基本參數(shù)計(jì)算電樞電阻Ra=0.25額定磁通下的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=(Ra)/=(440-140*0.25)/1000=0.405回路總電阻R=Ra+R內(nèi)=0+0.25=0.25機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=R/(375CeCm)0.0363=90*0.25/(375*0.405*Cm)則Cm=0.245額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)Cm=Ce/1.03=0.

26、405/1.03=0.393電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)=L/R0.02=L/0.25則L=0.005M三相橋式晶閘管整流電路的平均失控時(shí)間Ts=1/(2mf)=0.0017s電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)=2ms=0.002s啟動(dòng)電流=2=2*140=280A轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=10/1000=0.01電流反饋系數(shù)=/=10/280=0.036=(0.405*1000+280*0.25)/10=47.57.電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計(jì)最常用的電流調(diào)節(jié)器是PI。由于電流反饋濾波環(huán)節(jié)（慣性環(huán)節(jié)）折算到前向通道上表現(xiàn)為微分環(huán)節(jié)，電流超調(diào)將會(huì)增大，為此，在給定通道上也加一濾波環(huán)節(jié)（給定濾波器），以抵消電流反饋環(huán)節(jié)的影響。具有給定

27、和反饋濾波器的電流調(diào)節(jié)器如下圖所示。圖7-1電流轉(zhuǎn)換器對(duì)PI調(diào)節(jié)器，其輸出表達(dá)式為：8轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR與ACR相同，含有給定濾波和反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖所示。圖8-1含有給定濾波和反饋的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖8.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR結(jié)構(gòu)用電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)代替圖8-1中的電流閉環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖變成圖a所示。其中。如果把給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)變?yōu)?，再取時(shí)間常數(shù)，則轉(zhuǎn)速環(huán)可簡(jiǎn)化成圖b形式。圖a）圖b）圖c）圖8-2轉(zhuǎn)速環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖a）近似處理前b）近似處理后c）按典型型系統(tǒng)校正后基于穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差和系統(tǒng)應(yīng)具有良好的抗擾性能的要求，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)該校正成典型型系統(tǒng)比較明確。8.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR參數(shù)選擇按法及典型型系統(tǒng)關(guān)系式得則調(diào)節(jié)器參數(shù)為取“工程最佳”參數(shù)時(shí)，再根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)所給數(shù)據(jù)，得為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，他應(yīng)該還包括在轉(zhuǎn)速調(diào)