閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)復(fù)習(xí)

1、運(yùn)動控制系統(tǒng)第2章閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)9/25/20221第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速單閉環(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) 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器的設(shè)計方法 內(nèi) 容 提 要9/25/20222第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.1 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 開環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速容易,可以實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速。機(jī)械特性是線性的，nN對系統(tǒng)來說是固定的，即為固有參數(shù)?？箶_性差開環(huán)系統(tǒng)滿足不了對靜差率有較嚴(yán)格要求的系統(tǒng)。為提高系統(tǒng)性能，只有采用負(fù)反饋控制，構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。9/25/20223第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.1.1轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直

2、流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律將系統(tǒng)的被調(diào)節(jié)量作為反饋量引入系統(tǒng)中，使之與給定量進(jìn)行比較，用比較后的差值對系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以有效地抑制直至消除擾動造成的影響，而維持被調(diào)節(jié)量很少變化或不變，這就是反饋控制的基本思想。9/25/20224第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)基于負(fù)反饋（輸入量與輸出量相減）基礎(chǔ)上的“檢測誤差，用以糾正誤差”這一原理組成的系統(tǒng)，對于輸出量反饋的傳遞途徑有一個閉合的環(huán)路，因此被稱作閉環(huán)控制系統(tǒng)。 9/25/20225第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)工作原理 圖2-1 帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖9/25/20226第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)在反饋控制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中

3、，與電動機(jī)同軸安裝一臺測速發(fā)電機(jī) TG ，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓Un ，Un與給定電壓 U*n 相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓 Un 。9/25/20227第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)Un經(jīng)過放大器 A，產(chǎn)生電力電子變換器UPE的控制電壓Uc ，用以控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n。閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)的主要差別就在于轉(zhuǎn)速經(jīng)過測量元件反饋到輸入端參與控制。 9/25/20228第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系 電壓比較環(huán)節(jié)比例調(diào)節(jié)器測速反饋環(huán)節(jié) 電力電子變換器 直流電動機(jī) 9/25/20229第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)以上各關(guān)系式中新出現(xiàn)的系數(shù)為： 比例調(diào)

4、節(jié)器的比例系數(shù)； 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)（Vmin/r） 電力電子變換器理想空載輸出電壓（V）（變換器內(nèi)阻已并入電樞回路總電阻R中）。9/25/202210第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性方程式式中: -閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)（2-1） 9/25/202211第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)只考慮給定作用時的閉環(huán)系統(tǒng)圖2-2 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖9/25/202212第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)只考慮擾動作用時的閉環(huán)系統(tǒng) 圖2-2 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖9/25/202213第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖2-2 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖9

5、/25/202214第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)靜特性分析 閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性方程式為它的開環(huán)機(jī)械特性為 （2-2） （2-3） 9/25/202215第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)式中， 和 分別表示閉環(huán)和開環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速； 和 分別表示閉環(huán)和開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。 9/25/202216第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速降的比較（1）在相同的負(fù)載擾動下，閉環(huán)系統(tǒng)的負(fù)載降落僅為開環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速降落的 。它們的關(guān)系是 （2-4） 9/25/202217第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)圖2-3 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性與開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性9/25/202218第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速靜差率的比

6、較（2）在相同的理想空載轉(zhuǎn)速條件下，閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速靜差率也僅為開環(huán)系統(tǒng)的 。 因為條件是 ，所以（2-5） 9/25/202219第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍的比較（3）在相同的靜差率約束下，閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍為開環(huán)系統(tǒng)的（1+K）倍。 當(dāng)系統(tǒng)的最高轉(zhuǎn)速是電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速 ，所要求的靜差率為s時， 由式（2-4）得到 （2-6） 9/25/202220第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)從上述三點(diǎn)可見：閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性比開環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性要硬得多。在保證一定靜差率的要求下，閉環(huán)系統(tǒng)能夠擴(kuò)大調(diào)速范圍。 9/25/202221第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程圖2-4 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和

7、開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性的關(guān)系9/25/202222第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng) Id n 例如：在圖2-4中工作點(diǎn)從A A 閉環(huán)系統(tǒng) Id n Un Un- n Ud0 Uc 例如：在圖2-4中工作點(diǎn)從A B9/25/202223第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)最終從A點(diǎn)所在的開環(huán)機(jī)械特性過渡到B點(diǎn)所在的開環(huán)機(jī)械特性，電樞電壓由 增加至 。閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性就是由多條開環(huán)機(jī)械特性上相應(yīng)的工作點(diǎn)組成的一條特性曲線。閉環(huán)系統(tǒng)能減小穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)： 在于它的自動調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負(fù)載的變化，而相應(yīng)的改變電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降。9/25/202224第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)反饋控制

8、規(guī)律 只有比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被調(diào)量仍是有靜差的。 只有 K = ，才能使 ncl = 0，而這是不可能的。過大的K值也會導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。9/25/202225第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)的作用是： 抵抗擾動 服從給定 一方面能夠有效地抑制一切被包含在負(fù)反饋環(huán)內(nèi)前向通道上的擾動作用；另一方面則能緊緊跟隨著給定作用，對給定信號的任何變化都是唯命是從。 反饋控制規(guī)律 9/25/202226第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)圖2-5 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用和擾動作用9/25/202227第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)反饋控制規(guī)律 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)

9、無法鑒別是給定信號的正常調(diào)節(jié)還是外界的電壓波動。反饋通道上有一個測速反饋系數(shù)，它同樣存在著因擾動而發(fā)生的波動，由于它不是在被反饋環(huán)包圍的前向通道上，因此也不能被抑制。如： un un ucud0n9/25/202228第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)例題在例題1-2中，龍門刨床要求 D = 20， s R，因此（2-9） （2-10） 9/25/202240第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計堵轉(zhuǎn)電流 應(yīng)小于電動機(jī)允許的最大電流，一般可取 截止電流 可略大于電動機(jī)的額定電流 9/25/202241第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用 適用于小容量系統(tǒng)缺點(diǎn) 不是最大電流起動9/25/202242第

10、2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)思考題 2-1-2-14 習(xí)題 2.1 - 2.5早起三光， 晚起三慌！ Beijing20089/25/202243第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.1.3 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型任何一個帶有儲能環(huán)節(jié)的物理系統(tǒng)動態(tài)過程都應(yīng)該用微分方程來描述，系統(tǒng)的響應(yīng)（即微分方程的解）包括兩部分：動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)解。轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在動態(tài)過程中，輸出響應(yīng)不能立即達(dá)到給定的輸入值，這就是系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)；只有當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，才能用穩(wěn)態(tài)解來描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。9/25/202244第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1.單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型分別對各個部分建模：

11、第一個環(huán)節(jié)是比例放大器，其響應(yīng)可以認(rèn)為是瞬時的，所以它的傳遞函數(shù)就是它的放大系數(shù)，即（2-11） 9/25/202245第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)電力電子變換器第二個環(huán)節(jié)是電力電子變換器，晶閘管觸發(fā)與整流裝置的近似傳遞函數(shù)，與PWM控制與變換裝置的近似傳遞函數(shù)表達(dá)式是相同的，都是（2-12） 9/25/202246第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)直流電動機(jī) 式中 R主電路的總電阻（） L主電路的總電感（mH）第三個環(huán)節(jié)是直流電動機(jī)，假定主電路電流連續(xù)，則主電路電壓的微分方程為（2-13）9/25/202247第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)直流電動機(jī)在額定勵磁下， ，忽略摩擦力及彈性變形，電力

12、拖動系統(tǒng)運(yùn)動的微分方程為 （2-14） 式中 電磁轉(zhuǎn)矩（Nm）; 包括電動機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載 轉(zhuǎn)矩（Nm）； 電力拖動系統(tǒng)折算到電動機(jī)軸上 的飛輪慣量（Nm2）；9/25/202248第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)直流電動機(jī)再定義 TL 電樞回路電磁時間常數(shù)(s)， Tm電力拖動系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù)（s）,在額定勵磁下，式中Cm電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)（Nm/A）9/25/202249第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)直流電動機(jī)圖2-10 他勵直流電動機(jī)在額定勵磁下的等效電路9/25/202250第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)直流電動機(jī)根據(jù)R、Te、Tl 和 Tm 的定義對式（2-13） 和（2-14）作整

13、理后得在零初始條件下，取等式兩側(cè)的拉氏變換， 得電壓與電流間的傳遞函數(shù) 9/25/202251第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)（2-15）直流電動機(jī)電流與電壓間的傳遞函數(shù)為9/25/202252第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速與電流之間的傳遞函數(shù)為 式中 負(fù)載電流（A）。Tm-電力拖動系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù)（s）9/25/202253第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)直流電動機(jī)兩邊取拉氏變換（2-16）9/25/202254第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)圖2-11 額定勵磁下的直流電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖直流電動機(jī)由此可以得直流電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下9/25/202255第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速

14、系統(tǒng)直流電動機(jī)直流電動機(jī)有兩個輸入量一個是控制輸入量 Ud0另一個是擾動輸入量 Idl電勢E是根據(jù)直流電動機(jī)工作時電壓平衡方程式而形成的內(nèi)部反饋量9/25/202256第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)直流電動機(jī)如果不需要在結(jié)構(gòu)圖中顯現(xiàn)出電流，可將擾動量的綜合點(diǎn)移前，再進(jìn)行等效變換，得下圖9/25/202257第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行等效變換，得到圖2-12的形式。額定勵磁下的直流電動機(jī)是一個二階線性環(huán)節(jié)，Tm 和 Tl 兩個時間常數(shù)分別表示機(jī)電慣性和電磁慣性。 圖2-12直流電動機(jī)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的變換直流電動機(jī)9/25/202258第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)測速反饋 第四個環(huán)節(jié)是測速

15、反饋環(huán)節(jié)，認(rèn)為它的響應(yīng)時間是瞬時的，傳遞函數(shù)就是它的放大系數(shù)。（2-17） 9/25/202259第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 圖2-13 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 9/25/202260第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù) 式中 （2-18） 9/25/202261第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) （2-19） 設(shè)Idl=0,從給定輸入作用上看，閉環(huán)傳遞為：9/25/202262第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 三階系統(tǒng)的的特征方程為（2-20）它的一般表達(dá)式為 根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯-古爾維茨判據(jù)，先列寫勞斯陣列表9/25

16、/202263第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 勞斯-古爾維茨判據(jù)：系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是 式（2-20）的各項系數(shù)顯然都是大于零的，因 此穩(wěn)定條件就只有 方程的各項系數(shù)全部為正勞斯表第一列都具有正號9/25/202264第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 （2-21）穩(wěn)定的充分必要條件即或9/25/202265第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 式（2-21）右邊稱作系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)KcrKKcr 時，系統(tǒng)將不穩(wěn)定，以致無法工作。由于Tl、Ts和Tm都是系統(tǒng)的固有參數(shù)，而閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)K中的Ks、Ce和

17、也是系統(tǒng)的既有參數(shù)，唯有Kp是可以調(diào)節(jié)的指標(biāo)。要使得 K0，積分調(diào)節(jié)器的輸出Uc便一直增長；只有達(dá)到Un=0時， Uc才停止上升；只有到Un變負(fù)， Uc才會下降。當(dāng)Un=0時， Uc并不是零，而是某一個固定值Ucf 圖2-14 積分調(diào)節(jié)器的輸入和輸出動態(tài)過程9/25/202274第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)無靜差調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載突增時的動態(tài)過程 由于Idl的增加，轉(zhuǎn)速n下降，導(dǎo)致Un變正，在積分調(diào)節(jié)器的作用下，Uc上升，電樞電壓Ud上升，以克服Idl增加的壓降，最終進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)。 9/25/202275第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)積分控制規(guī)律和比例控制規(guī)律的區(qū)別在于：比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸

18、入偏差量的現(xiàn)狀積分調(diào)節(jié)器的輸出包含了輸入偏差量的全部歷史。雖然當(dāng)前的Un=0，只要?dú)v史上有過Un，其積分輸出就有一定數(shù)值，就能輸出穩(wěn)態(tài)運(yùn)行所需要的控制電壓Uc。9/25/202276第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)對于1型系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)擾動作用無靜差的關(guān)鍵是： 必須在擾動作用點(diǎn)前含有積分環(huán)節(jié)，當(dāng)然此擾動是指階躍擾動。 9/25/202277第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)比例積分控制規(guī)律在階躍輸入作用之下，比例調(diào)節(jié)器的輸出可以立即響應(yīng)，而積分調(diào)節(jié)器的輸出只能逐漸地變化，如圖2-14所示。調(diào)速系統(tǒng)一般應(yīng)具有快與準(zhǔn)的性能，即系統(tǒng)既是靜態(tài)無差又具有快速響應(yīng)的性能。實(shí)現(xiàn)的方法是把比例和積分兩種控制結(jié)合起來，

19、組成比例積分調(diào)節(jié)器（PI）。 9/25/202278第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器 PI調(diào)節(jié)器的表達(dá)式，（2-27） 式中 Uex PI調(diào)節(jié)器的輸出； Uin PI調(diào)節(jié)器的輸入。其傳遞函數(shù)為 （2-28） 式中 Kp PI調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)； PI調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)。9/25/202279第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)傳遞函數(shù) 令1=Kp，則傳遞函數(shù)也可寫成如下形式（2-29） 1是微分項中的超前時間常數(shù)。PI控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)。比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。 9/25/202280第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系

20、統(tǒng)輸出特性 在t=0時就有Uex(t)=KpUin，實(shí)現(xiàn)了快速控制；隨后Uex(t)按積分規(guī)律增長， 。在t=t1時，Uin=0， 圖2-16 PI調(diào)節(jié)器的輸出特性9/25/202281第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)輸入和輸出動態(tài)過程 在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，采用PI調(diào)節(jié)器輸出部分Uc由兩部分組成。比例部分和Un成正比。積分部分表示了從t=0到此時刻對Un(t)的積分值。Uc是這兩部分之和。圖2-17 閉環(huán)系統(tǒng)中PI調(diào)節(jié)器的輸入和輸出動態(tài)過程9/25/202282第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計在設(shè)計閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時，對數(shù)頻率特性圖（伯德圖）是較常用的方法。 在伯德圖中，用來衡量系統(tǒng)穩(wěn)定

21、裕度的指標(biāo)是：相角裕度和以分貝表示的增益裕度GM。一般要求=3060，GM6dB。在一般情況下，穩(wěn)定裕度也能間接反映系統(tǒng)動態(tài)過程的平穩(wěn)性，穩(wěn)定裕度大，意味著動態(tài)過程震蕩弱、超調(diào)小。9/25/202283第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)圖2-18 自動控制系統(tǒng)的典型伯德圖伯德圖9/25/202284第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)伯德圖與系統(tǒng)性能的關(guān)系中頻段以-20dB/dec的斜率穿越0dB線，而且這一斜率能覆蓋足夠的頻帶寬度，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。截止頻率（或稱剪切頻率wc ）越高，則系統(tǒng)的快速性越好。低頻段的斜率陡、增益高，說明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度高。高頻段衰減越快，即高頻特性負(fù)分貝值越低，說明系統(tǒng)抗高

22、頻噪聲干擾的能力越強(qiáng)。9/25/202285第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)圖2-18 自動控制系統(tǒng)的典型伯德圖伯德圖9/25/202286第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)例題2-1 直流電動機(jī)：額定電壓 ，額定電流 ，額定轉(zhuǎn)速 ，電動機(jī)電勢系數(shù) ，晶閘管裝置放大系數(shù) ， ，電樞回路總電阻時間常數(shù) ， ，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)9/25/202287第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)（1）在采用比例調(diào)節(jié)器時，為了達(dá)到 ， 的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)， 試計算比例調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)。（2）用伯德圖判別系統(tǒng)是否穩(wěn)定。（3）利用伯德圖設(shè)計PI調(diào)節(jié)器。能在保證 穩(wěn)態(tài)性能要求下穩(wěn)定運(yùn)行。例題2-1 9/25/202288第2章 閉環(huán)控制

23、的直流調(diào)速系統(tǒng)解:（1）額定負(fù)載時的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為 開環(huán)系統(tǒng)額定速降為 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為例題2-1 9/25/202289第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)（2）閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)(式2-18)是例題2-1 9/25/202290第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)其中三個轉(zhuǎn)折頻率分別為:例題2-1 做出伯德圖,可見: 相角裕度和增益裕度GM都是負(fù)值，閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。 9/25/202291第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)圖2-19 采用比例調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)的伯德圖相角裕度和增益裕度GM都是負(fù)值，閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。 相角裕度g=180+f f是開環(huán)傳遞函數(shù)在增益交接頻率上的相角。為使最小相位系統(tǒng)

24、穩(wěn)定，相角余量必須為正值(在-180相線以上)。增益余量GM ：在相位等于180的頻率上，20lg|GM|=-20lg|G(jw)| 對于穩(wěn)定系統(tǒng)，GM(dB)必在0dB線以下。9/25/202292第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)（3）采用PI調(diào)節(jié)器的閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為按頻段特征的要求（1）和（3），希望-20dB/dec的頻帶寬度要寬，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。采用1=T1的方法，把-20dB/dec的頻帶往低頻段延伸，同時改善了低頻段的斜率。例題2-1 9/25/202293第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 按頻段特性的要求（1）和（3）：選擇Kp,使得c處的頻率斜率是-20dB/dec，同時

25、使該斜率的寬度足夠?qū)挘?在本題中，要使 。 現(xiàn)取 ，使得 。 開環(huán)傳遞函數(shù)成為例題2-1 9/25/202294第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)圖2-20 閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器校正相角裕度和增益裕度GM都已變成較大的正值，有足夠的穩(wěn)定裕度9/25/202295第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng) PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 這個設(shè)計結(jié)果不是唯一的，截止頻率已降到 ，相角裕度和增益裕度GM都已變成較大的正值，有足夠的穩(wěn)定裕度，但快速性被壓低了許多。 在工程設(shè)計中應(yīng)根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)和動態(tài)性能指標(biāo)來選擇合適的PI參數(shù)。在本章的2.4節(jié)，將作深入的討論。 例題2-1 9/25/202296第2章 閉環(huán)控制

26、的直流調(diào)速系統(tǒng)習(xí)題2-6，2-7，2-89/25/202297第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)問題的提出 第2.1節(jié)中表明，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)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如：要求快速起制動，突加負(fù)載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。9/25/202298第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1. 主要原因 是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程。 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)是專門用來控制電流的，但它只能在超過臨界電流值 Idcr 以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)

27、反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。9/25/202299第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)b) 理想的快速起動過程IdLntIdOIdma) 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形2. 理想的起動過程IdLntIdOIdmIdcr9/25/2022100第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)3.性能比較帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程如圖 所示，起動電流達(dá)到最大值 Idm 后，受電流負(fù)反饋的作用降低下來，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加速過程延長。 IdLntIdOIdmIdcra) 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)9/25/2022101第2

28、章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)性能比較（續(xù)）理想起動過程波形如圖，這時，起動電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動過程。IdLntIdOIdmb) 理想的快速起動過程9/25/2022102第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)4. 解決思路為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。9/25/2022103第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)現(xiàn)在的問題是，我們希望能實(shí)現(xiàn)控制：起動過程，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)

29、反饋；穩(wěn)態(tài)時，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒有電流負(fù)反饋。 怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用呢？9/25/2022104第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.2.1 雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制規(guī)律對于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)盡量縮短起、制動過程的時間，完成時間最優(yōu)控制。即在過渡過程中始終保持轉(zhuǎn)矩為允許的最大值，使直流電動機(jī)以最大的加速度加、減速。到達(dá)給定轉(zhuǎn)速時，立即讓電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。9/25/2022105第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)圖2-21 時間最優(yōu)的理想過渡過程9/25/2022106第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

30、根據(jù)反饋控制原理，以某物理量作負(fù)反饋控制，就能實(shí)現(xiàn)對該物理量的無差控制。用一個調(diào)節(jié)器難以兼顧對轉(zhuǎn)速的控制和對電流的控制。如果在系統(tǒng)中另設(shè)一個電流調(diào)節(jié)器，構(gòu)成電流閉環(huán)。電流調(diào)節(jié)器串聯(lián)在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器之后，形成以電流反饋?zhàn)鳛閮?nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)速反饋?zhàn)鳛橥猸h(huán)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 9/25/2022107第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)在起、制動過程中，電流閉環(huán)起作用，保持電流恒定，縮小系統(tǒng)的過渡過程時間。一旦到達(dá)給定轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)自動進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制方式，轉(zhuǎn)速閉環(huán)起主導(dǎo)作用，而電流內(nèi)環(huán)則起跟隨作用，使實(shí)際電流快速跟隨給定值（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出），以保持轉(zhuǎn)速恒定。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 9/25/2022108第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速

31、系統(tǒng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 圖2-22 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR-電流調(diào)節(jié)器 TA-電流互感器 9/25/2022109第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖9/25/2022110第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)帶限幅作用的輸出ASR調(diào)節(jié)器的輸出不再作為電力電子變換器的控制電壓Uc，而是用來和電流反饋量作比較，故被稱之為電流給定Ui*。ASR調(diào)節(jié)器和ACR調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的。ASR調(diào)節(jié)器的輸出限幅電壓決定了電流給定的最大值Uim*。ACR調(diào)節(jié)器的輸出電壓Ucm限制了電子電力變換器的最大輸出電壓Udm。9/25/

32、2022111第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)限幅電路二極管鉗位的外限幅電路9/25/2022112第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)限幅電路穩(wěn)壓管鉗位的外限幅電路9/25/2022113第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)電流檢測電路 TA電流互感器電流檢測電路9/25/2022114第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.2.2 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算 圖2-23 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù)9/25/2022115第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù) 雙閉環(huán)系統(tǒng)所采用的是帶限幅的PI調(diào)節(jié)器。在穩(wěn)態(tài)時，PI調(diào)節(jié)器的作用使得輸入偏差電壓U總為零。 9/25/2022116第2

33、章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)的靜特性 AB段是兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時的靜特性，IdIdm, n=n0。BC段是ASR調(diào)節(jié)器飽和時的靜特性，Id=Idm, nIdL，電動機(jī)仍處于加速過程，從而使轉(zhuǎn)速超過了給定值，這個現(xiàn)象稱之為起動過程的轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速的超調(diào)造成了Un0，ASR退出飽和狀態(tài)，Ui*和Id很快下降。但是轉(zhuǎn)速仍在上升，直到t=t3時，Id= Idl ，即Te=TL, dn/dt=0,轉(zhuǎn)速到達(dá)峰值。在t3t4時間內(nèi)， Id Tcf0 ，M/T法測速具有較高的測量精度。 9/25/2022188第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.3.3數(shù)字PI調(diào)節(jié)器在微型計算機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)采樣頻

34、率足夠高時，可以先根據(jù)模擬系統(tǒng)的分析方法進(jìn)行設(shè)計和綜合，求出速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器參數(shù)，得到它們的傳遞函數(shù)。根據(jù)傳遞函數(shù)寫出調(diào)節(jié)器的時域表達(dá)式，再將此表達(dá)式離散化，最終得到相應(yīng)的差分方程。9/25/2022189第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)模擬PI調(diào)節(jié)器的數(shù)字化 PI調(diào)節(jié)器 在模擬電子控制技術(shù)中，可用運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)PI調(diào)節(jié)器，其線路如圖所示。比例積分（PI）調(diào)節(jié)器9/25/2022190第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)模擬PI調(diào)節(jié)器的數(shù)字化 PI輸入輸出關(guān)系： 按照運(yùn)算放大器的輸入輸出關(guān)系，可得式中 PI調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù)； PI調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)。 由此可見，PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓由

35、比例和積分兩部分相加而成。9/25/2022191第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) 當(dāng)初始條件為零時，取上式兩側(cè)的拉氏變換，移項后，得PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) 若令 ，則傳遞函數(shù)也可以寫成如下形式模擬PI調(diào)節(jié)器的數(shù)字化 9/25/2022192第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)模擬PI調(diào)節(jié)器的數(shù)字化 PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是 (2-51)輸出的時域方程為 (2-53)輸出的差分方程為 (2-54) 式中 為采樣周期。 sample9/25/2022193第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的兩種算式 位置式PI調(diào)節(jié)器 (2-54) 增量式PI調(diào)節(jié)器 (2-56) 在計算機(jī)的程序

36、中，用 代替 (2-58) 9/25/2022194第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)限幅控制 程序內(nèi)設(shè)置輸出限幅值um，當(dāng)u(n) um時，便以限幅值um輸出。對輸出的增量u(n)進(jìn)行限制，在程序內(nèi)設(shè)置輸出增量的限幅值 um ，當(dāng) u(n) um時，便以限幅值 um輸出。位置式算法必須同時設(shè)積分限幅和輸出限幅，否則在退出飽和時，積分項可能仍很大，將產(chǎn)生較大的退飽和超調(diào)。9/25/2022195第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)改進(jìn)的數(shù)字PI算法 把P和I分開。當(dāng)偏差大時，只讓比例部分起作用，以快速減少偏差；當(dāng)偏差降低到一定程度后，再將積分作用投入，既可最終消除穩(wěn)態(tài)偏差，又能避免較大的退飽和超調(diào)。這就

37、是積分分離算法的基本思想。積分分離算法表達(dá)式為 （2-59） 其中 為一常值。9/25/2022196第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)一個例子9/25/2022197第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)9/25/2022198第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.4調(diào)節(jié)器的設(shè)計方法必要性: 設(shè)計調(diào)節(jié)器須同時解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動態(tài)性能要求?？赡苄? 電力拖動自動控制系統(tǒng)可由低階系統(tǒng)近似，事先研究低階典型系統(tǒng)的特性，將實(shí)際系統(tǒng)校正成典型系統(tǒng)，設(shè)計過程就簡便多了。9/25/2022199第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo) 系統(tǒng)的跟隨性能指標(biāo)是以零初始條件下，系統(tǒng)輸出量對輸入信

38、號的動態(tài)特性來衡量的。通常是以單位階躍給定信號下的過渡過程作為典型的跟隨過程。常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有上升時間、超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間。 2.4.1控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo) 9/25/2022200第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)典型的階躍響應(yīng)曲線圖2-34 典型的階躍響應(yīng)過程和跟隨性能指標(biāo)跟隨性能指標(biāo):上升時間tr超調(diào)量調(diào)節(jié)時間ts 9/25/2022201第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo) 當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)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(fù)的過渡過程就是一個抗擾過程。常用的抗擾性能指標(biāo)為動態(tài)降落和恢復(fù)時間。 9/25/2022202第2

39、章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)突加擾動的動態(tài)過程圖2-35 突加擾動的動態(tài)過程和抗擾性能指標(biāo)9/25/2022203第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo) 動態(tài)降落Cmax 突加一個約定的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載擾動量，所引起的輸出量最大降落值Cmax稱作動態(tài)降落。 恢復(fù)時間tv 由階躍擾動作用開始，到輸出量恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值某百分率（一般取穩(wěn)態(tài)值的5%或 2%）范圍內(nèi)所需要的時間。 9/25/2022204第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.4.2 典型系統(tǒng)性能指標(biāo)與參數(shù)間的關(guān)系為了使系統(tǒng)對階躍給定無穩(wěn)態(tài)誤差，不能使用0型系統(tǒng)，至少是型系統(tǒng)；當(dāng)給定是斜坡輸入時，則要求是型系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)無穩(wěn)態(tài)誤差。型和型以上的系統(tǒng)很難

40、穩(wěn)定。常把型和型系統(tǒng)作為系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)。許多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)都可用下式表示： 9/25/2022205第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)典型型系統(tǒng) 傳遞函數(shù)與結(jié)構(gòu)典型型系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)表示為 （2-61） 式中 T系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)； K系統(tǒng)的開環(huán)增益。結(jié)構(gòu)圖2-36典型型系統(tǒng) (a)閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框9/25/2022206第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)典型型系統(tǒng) 圖2-36典型型系統(tǒng) (b)開環(huán)對數(shù)頻率特性開環(huán)對數(shù)頻率特性9/25/2022207第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)典型I型系統(tǒng)性能特點(diǎn)當(dāng) 時，對數(shù)幅頻特性以 斜率穿越零分貝線，這是期望系統(tǒng)有良好的穩(wěn)定性能的首要條件。在 處，典型型系

41、統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性的幅值為 得到 (2-62) 快速性好相角裕度為（2-63） 穩(wěn)定性變差。9/25/2022208第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)快速性與穩(wěn)定性之間的矛盾K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。說明快速性與穩(wěn)定性之間存在矛盾。典型型系統(tǒng)中，有兩個參數(shù)K、T ，其中，T 為固有參數(shù)，確定了K ，系統(tǒng)性能也就確定了。在選擇參數(shù) K時，須在二者之間取折衷。 9/25/2022209第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)典型型系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù) 典型型系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 （2-64）式中， 無阻尼時的自然振蕩角頻率； 阻尼比。9/25/2022210第2章 閉環(huán)控制的直

42、流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性質(zhì) 1，欠阻尼的振蕩特性； 1，過阻尼的單調(diào)特性； = 1，臨界阻尼。 過阻尼動態(tài)響應(yīng)較慢，一般把系統(tǒng)設(shè)計成欠阻尼，即 0 Ti，所以要選擇 （2-101）調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對象中大的時間常數(shù)極點(diǎn)對消， (2-102)9/25/2022261第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算希望電流超調(diào)量i 5%，選 =0.707， KI Ti =0.5， 則(2-103) (2-104) 9/25/2022262第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán) 圖2-46 校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán)開環(huán)對數(shù)幅頻特性動態(tài)結(jié)構(gòu)圖9/25/2022263第2章 閉環(huán)控制的

43、直流調(diào)速系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)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2-47 含給定濾波與反饋濾波 的PI型電流調(diào)節(jié)器 9/25/2022264第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計算公式(2-105) (2-106) (2-107) 9/25/2022265第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)例題（作業(yè)）一個雙閉環(huán)，電流環(huán)簡化結(jié)構(gòu)如圖所示： Tl=0.03秒 Ts=0.0017秒T0i=0.002秒，KS=40,R=0.5要求按典型型系統(tǒng)設(shè)計電流環(huán)，令求：9/25/2022266第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)電流

44、環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù) (2-108) 9/25/2022267第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)電流環(huán)的降階近似處理 采用高階系統(tǒng)的降階近似處理的方法忽略高次項，可降階近似為(2-109)降價近似條件1：(2-110)式中， 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。1 見P84的推導(dǎo)9/25/2022268第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)(2-111) 電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)電流的閉環(huán)控制改造了控制對象，把雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象近似地等效成只有較小時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內(nèi)環(huán)）控制的一個重要功能。9/25/2022269第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

45、器的設(shè)計 圖2-48 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡化(a)用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán) 9/25/2022270第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時將給定信號改成 U*n(s)/，再把時間常數(shù)為 1 / KI 和 Ton 的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，（2-112） 系統(tǒng)等效和小慣性的近似處理9/25/2022271第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)的簡化圖2-48 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡化(b)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理9/25/2022272第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇轉(zhuǎn)速環(huán)的控制對象是由一個積分

46、環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)組成，IdL(s)是負(fù)載擾動。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無靜差的必要條件是：在負(fù)載擾動點(diǎn)之前必須含有一個積分環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)速開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)有兩個積分環(huán)節(jié)，按典型型系統(tǒng)設(shè)計。 9/25/2022273第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選擇ASR采用PI調(diào)節(jié)器（2-113） Kn 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； n 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 9/25/2022274第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為（2-115） 則 （2-114） 轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)9/25/2022275第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)校正后的典型型系統(tǒng) 圖2-48 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡化(c)校正后成為典型型系統(tǒng)

47、9/25/2022276第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算 按照典型型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，（2-116） （2-117） （2-118） 因此 中頻寬h要看動態(tài)性能，一般可選擇h=5。9/25/2022277第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)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； Ui* 電流調(diào)節(jié) 器的給定電 壓 。圖2-49 含給定濾波與反饋濾波 的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 9/25/2022278第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)(2-119) (2-120) (2-121) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計算9/25/2022279第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系

48、統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計算 當(dāng)轉(zhuǎn)速超過給定值之后，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)，此時的轉(zhuǎn)速環(huán)由開環(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 。ASR開始退飽和時，由于電動機(jī)電流Id仍大于負(fù)載電流Idl ，電動機(jī)繼續(xù)加速，直到Id Idl時，轉(zhuǎn)速才降低。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)域之后的超調(diào)，稱作“退飽和超調(diào)”。9/25/2022280第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)突減負(fù)載的速升過程 假定調(diào)速系統(tǒng)原來是在Idm的條件下運(yùn)行于轉(zhuǎn)速n*，在點(diǎn)O 突然將負(fù)載由Idm降到Idl ，轉(zhuǎn)速會在突減負(fù)載的情況下，產(chǎn)生一個速升與恢復(fù)的過程，突減負(fù)載的速升過程與退飽和超調(diào)過程是完全相同的。 9/25/2022281第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)起動過程 圖2-50 ASR飽和時轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計的 調(diào)速系統(tǒng)起動過程9/25/2022282第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速退飽和超調(diào)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖只考慮穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速以上的超調(diào)部分n=n-n* 。初始條件則轉(zhuǎn)化為 圖2-51 調(diào)速系統(tǒng)的等效動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 (b）以轉(zhuǎn)速超調(diào)值n為輸出量9/25/2022283第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速退飽和超調(diào)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖把n的負(fù)反饋?zhàn)饔梅?/p>