第二章+雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

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 章章內(nèi)容提要內(nèi)容提要 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是應(yīng)用最廣性能很好的直流調(diào)速系統(tǒng)。本章著重闡明其控制規(guī)律、性能特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法，是各種交、直流電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。我們將重點(diǎn)學(xué)習(xí)：內(nèi)容提要內(nèi)容提要n雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成n雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)及其靜特性n雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析與設(shè)計(jì)2.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成n問(wèn)題的提出 第1章中表明，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(wú)靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)

2、性能要求較高，例如：要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。1. 主要原因 是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)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(lái)控制電流的，但它只能在超過(guò)臨界電流值 Idc 以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。b) 理想的快速起動(dòng)過(guò)程ILntIdOIdma) 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(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形2. 理想的起動(dòng)過(guò)程ILntIdOIdmIdc 性能比較n帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程如圖所示，起動(dòng)電流達(dá)到最大值 Idm 后，受

3、電流負(fù)反饋的作用降低下來(lái)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加速過(guò)程延長(zhǎng)。 ILntIdOIdmIdca) 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)性能比較（續(xù)）n理想起動(dòng)過(guò)程波形如圖，這時(shí)，起動(dòng)電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)過(guò)程。ILntIdOIdmb) 理想的快速起動(dòng)過(guò)程3. 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。 按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)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(guò)程。 現(xiàn)在的問(wèn)題是，我們希望能實(shí)現(xiàn)控制：n起動(dòng)過(guò)程，只有電流負(fù)反饋，沒有

4、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋；n穩(wěn)態(tài)時(shí)，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？2.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成n轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 n調(diào)節(jié)器輸出限幅值的整定調(diào)節(jié)器輸出限幅值的整定 n調(diào)節(jié)器鎖零調(diào)節(jié)器鎖零 n系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸入、輸出電壓極性系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸入、輸出電壓極性的確定的確定2.1.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(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，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）

5、聯(lián)接如下圖所示。TGnASRACRUn+-UfnUfiUi+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG+轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1. 系統(tǒng)的組成ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器 TG測(cè)速發(fā)電機(jī)TA電流互感器 UPE電力電子變換器內(nèi)環(huán)外 環(huán) 圖中，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。 這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。2. 系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu) 為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用 P I 調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖示于下圖。圖中標(biāo)

6、出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性，它們它們是按照電力電子變換器的控制電壓是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為為正電壓的情況標(biāo)出的正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。系統(tǒng)原理圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 +-+-MTG+-+-RP2nUnR0R0UcUfiTALIdRiCiUd+-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UfnUiLMMTGUPE+- 圖中表出，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的。n轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓Uim決定了電流給定電壓的最大值, 完全取決于電動(dòng)機(jī)所允許的過(guò)載能力和系統(tǒng)對(duì)最大加速度的需要。n電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm表示對(duì)最小角cx

7、的限制，限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。2.1.2 調(diào)節(jié)器輸出限幅值的整定調(diào)節(jié)器輸出限幅值的整定 調(diào)節(jié)器輸出限幅值的計(jì)算與整定是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試工作中很重要的一環(huán)。在具體分析一個(gè)系統(tǒng)時(shí)必須注意調(diào)節(jié)器輸出限幅值所代表的具體物理意義及其計(jì)算和整定方法。2.1.3 調(diào)節(jié)器鎖零調(diào)節(jié)器鎖零 為使調(diào)速系統(tǒng)消除靜差，并改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，在系統(tǒng)中引入PI調(diào)節(jié)器作為較正環(huán)節(jié)。由于PI調(diào)節(jié)器的積分作用，在調(diào)速系統(tǒng)停車期間，調(diào)節(jié)器會(huì)因輸入干擾信號(hào)的作用呈現(xiàn)出較大的輸出信號(hào)，而使電動(dòng)機(jī)爬行，這在控制上是不允許的，因此對(duì)調(diào)速系統(tǒng)中具有積分作用的調(diào)節(jié)器，在沒有給出電動(dòng)機(jī)起動(dòng)指令之前，必須將它的輸出“鎖”到零電位

8、上，簡(jiǎn)稱為調(diào)節(jié)器鎖零。 系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器鎖零是由零速鎖零電路來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器鎖零是由零速鎖零電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。并且系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)器鎖零電路有如下具體的。并且系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)器鎖零電路有如下具體要求：要求： n系統(tǒng)處于停車狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器必須鎖零；n系統(tǒng)接到起動(dòng)指令或正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)器鎖零立即解除（即開放）并正常工作。根據(jù)上述要求，鎖零電路只需兩個(gè)信號(hào)來(lái)根據(jù)上述要求，鎖零電路只需兩個(gè)信號(hào)來(lái)控制調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)器“鎖零鎖零”與與“開放開放”兩個(gè)狀態(tài)。兩個(gè)狀態(tài)。n停車時(shí)： Un = Ufn =0，調(diào)節(jié)器鎖零，無(wú)輸出信號(hào)。n起動(dòng)時(shí)： Un 0， Ufn =0，調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處于正常工作狀態(tài)。n穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)： Un =

9、Ufn 0，調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處于正常工作狀態(tài)。n制動(dòng)停車時(shí)： Un =0， Ufn 0，調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處于正常工作狀態(tài)。n必須注意，對(duì)于可逆調(diào)速系統(tǒng)， Un=0， Ufn0 時(shí)，調(diào)節(jié)器不能鎖零，以保證調(diào)節(jié)器對(duì)其進(jìn)行制動(dòng)停車控制。為使鎖零電路對(duì)不可逆和可逆系統(tǒng)都具有通用性， Un=0， Ufn0 時(shí)，要求調(diào)節(jié)器不能鎖零。調(diào)節(jié)器鎖零可以采用場(chǎng)效管來(lái)實(shí)現(xiàn)，如下圖所示。n當(dāng)Un=Ufn=0時(shí)，鎖零電路使場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，從而使調(diào)節(jié)器鎖零。調(diào)節(jié)器鎖零1C1R0R鎖零控制信號(hào)RUsrUsc2.1.4 系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸入、輸出電壓極性的確定系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸入、輸出電壓極性的確定 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，

10、要構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流負(fù)反饋閉環(huán)，就必須使ASR、ACR的輸入信號(hào)Un與Ufn， Ui與Ufi的極性相反，怎樣確定這些信號(hào)的極性呢？ 在實(shí)際組成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，要正確地確定上述信號(hào)的極性，必須首先考慮晶必須首先考慮晶閘管觸發(fā)電路的移相特性要求，并決定閘管觸發(fā)電路的移相特性要求，并決定ACR輸出電壓輸出電壓Uc的極性的極性，然后根據(jù)ACR和ASR輸入端的具體接法（是同相輸入還是反相輸入）確定Ui和Un的極性，最后按照負(fù)反饋要求確定Ufi和Ufn的極性。 例如，當(dāng)系統(tǒng)采用下圖所示的鋸齒波移相特性時(shí)，若要使晶閘管變流裝置工作在整流整流狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)，則要求觸發(fā)脈沖移相范圍在9030之間連續(xù)變

11、化，這時(shí)要求ACR的輸出電壓Uc的極性為正正，且應(yīng)具有一定幅值。 只有ACR輸出電壓幅值達(dá)到+Ucm，才能保證足夠的移相范圍，使電動(dòng)機(jī)獲得滿壓。同時(shí)，由于系統(tǒng)中使用的調(diào)節(jié)器習(xí)慣上采用反相輸入方式，因此調(diào)節(jié)器的輸入與輸出信號(hào)的極性應(yīng)相反。 鋸齒波移相特性 由此可接下述關(guān)系直接推出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入、輸出信號(hào)的極性：Uc(+)Ui(-)Un(+)Ufi(+)Ufn(-)ACR反號(hào)要求ASR反號(hào)要求負(fù)反饋極性要求負(fù)反饋極性要求其極性標(biāo)在雙閉環(huán)系統(tǒng)電路原理圖所示的系統(tǒng)中。 若系統(tǒng)為雙環(huán)以上的多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，則完全可以按同樣的方法直接推出各個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入輸出信號(hào)的極性。但實(shí)際分析系統(tǒng)時(shí)，必須注

12、意調(diào)節(jié)器的具體線路及其輸入端的具體接法，以免搞錯(cuò)反饋極性使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。 2.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其靜特性 為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須先繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如下圖。它可以很方便地根據(jù)上圖的原理圖畫出來(lái)，只要注意用帶限幅的輸出特性表示PI 調(diào)節(jié)器就可以了。分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的 PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。2.2.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(采用運(yùn)算放大器采用運(yùn)算放大器)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù); 電流反饋系數(shù) Ks 1/CeUnUcIdEnUdUfn+-ASR+Ui- R ACRUfiUPE+-限幅作用 存在

13、兩種狀況：n飽和輸出達(dá)到限幅值 當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，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(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說(shuō)，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。n不飽和輸出未達(dá)到限幅值 當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，正如1.6節(jié)中所闡明的那樣，PI 作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是零。 2.2.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(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，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 n0IdIdmINOnABC（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和dfii0fnnIUUnn

14、UU式中， 轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù)。由第一個(gè)關(guān)系式可得 0nnUn從而得到上圖靜特性的CA段。 n 靜特性的水平特性 與此同時(shí)，由于ASR不飽和，Ui Uim，從上述第二個(gè)關(guān)系式可知: Id n0 ，則Ufn Un ，ASR將退出飽和狀態(tài)。 兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用n雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。n當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到 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)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。 這就是采用了兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。然而實(shí)際上運(yùn)算放大器

15、的開環(huán)放大系數(shù)并不是無(wú)窮大，特別是為了避免零點(diǎn)飄移而采用 “準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器”時(shí)，靜特性的兩段實(shí)際上都略有很小的靜差，如上圖中虛線所示。 2.2.3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)及其穩(wěn)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算態(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 0fnnnnUULdfiiIIUUsLnesdesdc/KRIUCKRInCKUU 上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上， 轉(zhuǎn)速 n 是由給定電壓Un決定的； ASR的輸出量Ui是由負(fù)載電流 IL 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)取決于Un 和 IL。 這些關(guān)系

16、反映了PI調(diào)節(jié)器不同于P調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)。比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量，而PI調(diào)節(jié)器則不然，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無(wú)關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要PI調(diào)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。n 反饋系數(shù)計(jì)算 鑒于這一特點(diǎn)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而是和無(wú)靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù)： 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù) maxnmnUdmimIU 兩個(gè)給定電壓的最大值Unm和Uim由設(shè)計(jì)者選定，設(shè)計(jì)原則如下：nUnm受運(yùn)算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的限制；nUim 為ASR的輸出限幅值。2.3 雙

17、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析與設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)分析與設(shè)計(jì)內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：n雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型n具有限幅輸出的PI調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)n雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性n兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用n雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)2.3.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，考慮雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)，即可繪出雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如下圖所示。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 Un Uc-ILnUdUfn+- +-UfiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsUiId1/Ce+E 圖中WASR(s)和WACR(s

18、)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，則有 ssKsWnnnASR1)(ssKsWiiiACR1)(2.3.2 具有限幅輸出的具有限幅輸出的PI調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)由于雙閉環(huán)系統(tǒng)是按照串級(jí)調(diào)節(jié)的原則組成的，同時(shí)ASR、ACR均是具有輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器。因此，討論具有限幅輸出的PI調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的基本規(guī)律，對(duì)今后分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能很有必要。設(shè)采用一個(gè)PI調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。 采用PI調(diào)節(jié)器的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)UdtKUKUUUiPPaaPa1圖中Wa(s)是被控對(duì)象的傳遞函數(shù)，Usr和Usc分別是系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)，且對(duì)調(diào)速系統(tǒng)而言，Usr為

19、恒值，PI調(diào)節(jié)器的輸入偏差U=Usc-Usr，輸出Ua由比例部分Uap和積分部分Ual組成，即下面分三種情況分析下面分三種情況分析PI調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 (1) 偏差信號(hào) 是階躍信號(hào)時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng) 當(dāng) 為階躍信號(hào)時(shí)，PI調(diào)節(jié)器的輸出波形如圖a所示。這時(shí) ， 經(jīng)過(guò) tm 后，調(diào)節(jié)器飽和， Ua達(dá)限幅值Uam 。由 得： UU/11tUKUKUPPa/11mPPamtUKUKU) 1(1UKUtpamim(2) 偏差信號(hào)最初為突加，然后隨著Usc輸出的增長(zhǎng)而緩慢降低時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 當(dāng)被控對(duì)象的慣性時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的輸出Usc緩慢上升，相應(yīng)地U緩慢下降。雖然

20、Ua的比例部分Uap隨著U的下降而下降，但Ua的積分部分Ua1會(huì)因U衰減慢，積累時(shí)間長(zhǎng)而不斷增大，致使Ua在U衰減到零以前達(dá)限幅值，如圖b所示。(3) 偏差信號(hào)U最初為突加，然后隨著輸出Usc的迅速增長(zhǎng)而急劇下降時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng) 當(dāng)被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)較小時(shí)， U會(huì)因Usc的迅速增長(zhǎng)而急劇下降，調(diào)節(jié)器輸出Ua的比例部分衰減很快。雖然Ua的積分部分Ua1仍使增長(zhǎng)，但因?yàn)閁衰減過(guò)快，Ua還未達(dá)限幅值Uam， U就已下降至零。此時(shí)調(diào)節(jié)器不飽和，Ua被PI調(diào)節(jié)器的積分記憶作用保持在低于限幅值的某一值Ua1上，如圖c所示。（a）為階躍信號(hào)時(shí) (b) 為緩慢衰減信號(hào) （c）衰減很快時(shí)具有限幅輸出的PI調(diào)節(jié)器的動(dòng)

21、態(tài)響應(yīng)特性 結(jié)論：結(jié)論： 在恒值控制的調(diào)速系統(tǒng)中PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器的輸出電壓是否達(dá)限幅，對(duì)系統(tǒng)的輸出影響很大。調(diào)節(jié)器一旦飽和，只有當(dāng)U極性變反這里即U =Usr-Usc由正變負(fù)時(shí)，才有可能使調(diào)節(jié)器退出飽和而進(jìn)入線性工作狀態(tài)。因此，如果系如果系統(tǒng)最后能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，則只要調(diào)節(jié)器飽和，系統(tǒng)的輸統(tǒng)最后能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，則只要調(diào)節(jié)器飽和，系統(tǒng)的輸出出Usc就必然超調(diào)。就必然超調(diào)。 如果系統(tǒng)最后能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，若被控對(duì)象如果系統(tǒng)最后能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，若被控對(duì)象Wa(s)中含有中含有積分環(huán)節(jié)，則不論調(diào)節(jié)器是否飽和，系統(tǒng)輸出積分環(huán)節(jié)，則不論調(diào)節(jié)器是否飽和，系統(tǒng)輸出Usc也一定也一定會(huì)超調(diào)。會(huì)超調(diào)。由于Wa(s)中

22、含有積分環(huán)節(jié)，若Ua不等于零，則Usc將一直積累下去，只有當(dāng)Ua=0時(shí)，Usc才可能達(dá)穩(wěn)態(tài)值，而這又需要U 改變極性，才能把調(diào)節(jié)器輸出Ua拉回到零，因此，即使調(diào)節(jié)器不飽和，系統(tǒng)輸出Usc也會(huì)超調(diào)。2.3.3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性n一般來(lái)說(shuō)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能主要指系統(tǒng)對(duì)給定輸入（階躍給定）的跟隨性能和系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)輸入（階躍擾動(dòng)）的抗擾性能而言。n兩者綜合在一起就能完整地表征一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能或稱動(dòng)態(tài)品質(zhì)。1. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定時(shí)的起動(dòng)過(guò)程雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定時(shí)的起動(dòng)過(guò)程 前已指出，設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要目的就是要獲得接近理想起動(dòng)過(guò)程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系

23、統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，有必要首先探討它的起動(dòng)過(guò)程。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓Un由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程示于下圖。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 IL Id n1IIIIIIt4 t3 t2 t1 由于在起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程就分成圖中標(biāo)明的I、II、III三個(gè)階段。 第I階段電流上升的階段（0 t1） n突加給定電壓 Un 后，Id 上升，當(dāng) Id 小于負(fù)載電流 IL 時(shí)，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。n當(dāng) Id IL 后，電機(jī)開始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓的數(shù)

24、值仍較大，其輸出電壓保持限幅值 Uim，強(qiáng)迫電流 Id 迅速上升。IL Id n n1Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第I階段（續(xù)）第 I 階段（續(xù)）n直到，Id = Idm ， Ui = Uim 電流調(diào)節(jié)器很快就壓制 了Id 的增長(zhǎng)，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。 在這一階段中，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。第 II 階段恒流升速階段（t1 t2） n在這個(gè)階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流Uim 給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 Id 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)。n IL Id n1Idm OOIIIIIIt

25、4 t3 t2 t1 tt第 II 階段（續(xù)）第 II 階段（續(xù)）n與此同時(shí)，電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E 也按線性增長(zhǎng)，對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，E 是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量，為了克服它的擾動(dòng)， Ud和 Uc 也必須基本上按線性增長(zhǎng)，才能保持 Id 恒定。n當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說(shuō)， Id 應(yīng)略低于 Idm。第 II 階段（續(xù)） 恒流升速階段是起動(dòng)過(guò)程中的主要階段。 為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在起動(dòng)過(guò)程中 ACR是不應(yīng)飽和的，電力電子裝置 UPE 的最大輸出電壓也須留有余地，這些都是設(shè)計(jì)時(shí)必須注意的。第 階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（ t2 以后） n

26、當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減少到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值Uim ，所以電機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。n轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負(fù)，使它開始退出飽和狀態(tài)， Ui 和 Id 很快下降。但是，只要 Id 仍大于負(fù)載電流 IL ，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。IL Id n n1Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第 階段（續(xù)）第 階段（續(xù)）n直到Id = IL時(shí)，轉(zhuǎn)矩Te= TL ，則dn/dt = 0，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值（t = t3時(shí)）。IL Id n n1Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第 階段（續(xù)）n此后，電動(dòng)機(jī)開始在負(fù)載的阻力下

27、減速，與此相應(yīng)，在一小段時(shí)間內(nèi)（ t3 t4 ）， Id IL ，直到穩(wěn)定，如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會(huì)有一些振蕩過(guò)程。IL Id n n1Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第 階段（續(xù)） 在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使 Id 盡快地跟隨其給定值 Ui ，或者說(shuō)，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。 2. 分析結(jié)果 綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)： （1） 飽和非線性控制；飽和非線性控制； （2） 轉(zhuǎn)速超調(diào)；轉(zhuǎn)速超調(diào)； （3） 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。 （1） 飽和非線性控制 根據(jù)ASR

28、的飽和與不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：n當(dāng)ASR飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；n當(dāng)ASR不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。（2）轉(zhuǎn)速超調(diào) 由于ASR采用了飽和非線性控制，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速超調(diào)， ASR 的輸入偏差電壓 Un 為負(fù)值，才能使ASR退出飽和。 這樣，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 起動(dòng)過(guò)程中的主要階段是第II階段的恒流升速，它的特征是電流保持恒定。一般選擇為電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，使起動(dòng)過(guò)程盡可能最快。

29、這階段屬于有限制條件的最短時(shí)間控制。因此，整個(gè)起動(dòng)過(guò)程可看作為是一個(gè)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。2. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的制動(dòng)停車過(guò)程雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的制動(dòng)停車過(guò)程 由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，因此不可逆雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不可能實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。在制動(dòng)時(shí)，當(dāng)電流下降到零以后，就只好自由停車。若須加快制動(dòng)，則只能采用電阻能耗制動(dòng)或電磁抱閘的方式。3. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能 一般來(lái)說(shuō)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的性能。 1/CeUnnUdUfn+-ASR1/R Tl s+1R TmsKsTss+1ACR UiUfi

30、-EId1） 抗負(fù)載擾動(dòng)IL直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗負(fù)載擾作用抗負(fù)載擾動(dòng)（續(xù)） 由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。在設(shè)計(jì)ASR時(shí)，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。 直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾作用a)單閉環(huán)系統(tǒng)2） 抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)UdUn-ILUfn+-ASR 1/CenUd1/R Tl s+1R TmsIdKsTss+1-E抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)（續(xù)）-ILUdb)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/CeUnnUdUfn+-ASR1/R Tl s+1R TmsIdKsTss+1ACR UiUfi-E3）對(duì)比分析n在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電

31、網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要差一些。n雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來(lái)，抗擾性能大有改善。4）分析結(jié)果 因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。2.3.4 兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用 綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用可以分別歸納如下： 1. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用n實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)無(wú)靜差，使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓Un變化；n對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用；n能對(duì)電流環(huán)進(jìn)行飽和非線性控制，且其輸出限幅值

32、決定允許的最大電流。n對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用；n起動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流，實(shí)現(xiàn)最佳起 動(dòng)過(guò)程；n在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程中，能使電流跟隨其給定電壓Ui變化；n靜態(tài)時(shí)依靠ACR的恒流調(diào)節(jié)作用可獲得理想的下垂特性；n當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，可限制最大電樞電流，起到快速的安全保護(hù)作用，一旦故障消失，系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)正常。2. 電流調(diào)節(jié)器的作用2.3.5 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出n必要性： 用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器須同時(shí)解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動(dòng)態(tài)性能要求，需要設(shè)計(jì)者有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而初學(xué)者則不易掌握，于是有必要建

33、立實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。問(wèn)題的提出（續(xù)）n 可能性： 大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)近似。若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表，那么將實(shí)際系統(tǒng)校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對(duì)照，設(shè)計(jì)過(guò)程就簡(jiǎn)便多了。這樣，就有了建立工程設(shè)計(jì)方法的可能性。 2.3.5.1 工程設(shè)計(jì)的方法與步驟2.3.5.2 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)2.3.5.3 典和典系統(tǒng)2.3.5.4 自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正2.3.5.5 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容提要內(nèi)容提要2.3.5.1 工程設(shè)計(jì)的方法與步驟 直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的工程設(shè)計(jì)，包括對(duì)某些簡(jiǎn)單的典型低階系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，找出適合于給定性能指標(biāo)的控制規(guī)

34、律；確定系統(tǒng)預(yù)期的開環(huán)傳遞函數(shù)和開環(huán)頻率特性的形式；選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)。這樣將使系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)便、明確且具有一定的準(zhǔn)確性。 工程上通常選用以下兩種預(yù)期典型系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)分別為n二階典型系統(tǒng)（典系統(tǒng)）：n三階典型系統(tǒng)（典系統(tǒng)）： 只要掌握這兩種典型系統(tǒng)參數(shù)與性能指標(biāo)之間的關(guān)系，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，就可以簡(jiǎn)便地進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的工程設(shè)計(jì)。)1()(TssKsWK)1()1()(2ssKTsTKsW基本思路基本思路1.選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),使系統(tǒng)典型化并滿足穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)精度。2.設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。設(shè)計(jì)方法的原則 ：（1）概念清楚、易懂；（2）計(jì)算公式簡(jiǎn)明、

35、好記；（3）不僅給出參數(shù)計(jì)算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；（4）能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡(jiǎn)單的計(jì)算公式；（5）適用于各種可以簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。工程設(shè)計(jì)的一般步驟如下：工程設(shè)計(jì)的一般步驟如下：1.根據(jù)被控對(duì)象和所要求的性能指標(biāo)確定預(yù)期的典型系統(tǒng)（典或典系統(tǒng)）；2.根據(jù)典型系統(tǒng)，首先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，然后確定調(diào)節(jié)器的工程最佳參數(shù)；3.計(jì)算系統(tǒng)電路參數(shù)。 上述工程設(shè)計(jì)方法，避免了頻率法中的多次試探作圖，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)步驟，計(jì)算公式簡(jiǎn)明好記，便于掌握，受到工程界的普遍關(guān)注。2.3.5.2 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)，包括穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，不僅用來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)

36、的技術(shù)性能，而且是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要依據(jù)。 關(guān)于調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)已在第一章中加以說(shuō)明，是確定系統(tǒng)方案的重要依據(jù)。而其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)是進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)，分為給定輸入的跟隨性能指標(biāo)和擾動(dòng)輸入的抗擾性能指標(biāo)兩大類。（1）跟隨性能指標(biāo)）跟隨性能指標(biāo)n在給定信號(hào)（或稱參考輸入信號(hào)）R（t）的作用下，系統(tǒng)輸出量C（t）的變化情況可用跟隨性能指標(biāo)來(lái)描述。當(dāng)給定信號(hào)不同時(shí)，輸出響應(yīng)也不一樣。n通常跟隨性能指標(biāo)是在零初始條件下，以系統(tǒng)對(duì)階躍輸入信號(hào)的響應(yīng)（即階躍響應(yīng)）特性為依據(jù)提出來(lái)的。一般希望在階躍響應(yīng)中輸出量C(t)與其穩(wěn)態(tài)值C的偏差越小越好。達(dá)到C的時(shí)間越快越好。 n典型的階躍響應(yīng)曲線示于下圖中

37、。典型階躍響應(yīng)曲線和跟隨性解指標(biāo)由圖可得具體的跟隨性能指標(biāo)如下： 上升時(shí)間tr 系統(tǒng)輸出量C(t)從零開始第一次上升到穩(wěn)態(tài)值C所需的時(shí)間稱為上升時(shí)間，它表示動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性。 超調(diào)量 輸出量超過(guò)穩(wěn)態(tài)值的最大偏差與穩(wěn)態(tài)值之比，用百分?jǐn)?shù)表示，叫超調(diào)量。即 超調(diào)量反映系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定性。超調(diào)量越小，系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性越好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)越平穩(wěn)。%100%maxCCC 調(diào)整時(shí)間ts或叫調(diào)節(jié)時(shí)間ts 原則上調(diào)整時(shí)間應(yīng)該是輸出量從零起到完全穩(wěn)定下來(lái)為止所需的時(shí)間。對(duì)于線性控制系統(tǒng)而言，理論上要到t才真正穩(wěn)定，但是實(shí)際系統(tǒng)由于存在非線性等因素情況并非如此。因此，調(diào)整時(shí)間ts是指系統(tǒng)對(duì)階躍響應(yīng)的輸出量C(t)與其穩(wěn)態(tài)值C

38、之差達(dá)到且不再超出5%或2%的允許誤差范圍內(nèi)所需的最短時(shí)間。 調(diào)整時(shí)間又稱過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，用來(lái)表示系統(tǒng)整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程快慢。若ts和 都小則系統(tǒng)的跟隨性能好，但是快速性與相對(duì)穩(wěn)定性始終是一對(duì)矛盾?；乇緳谑醉?yè) 控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中，若受到擾動(dòng)，經(jīng)歷一段動(dòng)態(tài)過(guò)程后，總能達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)。除了穩(wěn)態(tài)誤差外，在動(dòng)態(tài)過(guò)程中輸出量變化多少？系統(tǒng)在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)能恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行？這些都標(biāo)志著控制系統(tǒng)抵抗擾動(dòng)的能力。 在控制系統(tǒng)的輸入不變的條件下，系統(tǒng)受到使輸出量降低的階躍擾動(dòng)N后的典型抗擾過(guò)程曲線如下圖所示：（2）抗擾性能指標(biāo)突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和抗擾性解指標(biāo)圖中的抗擾性能指標(biāo)意義如下 ： 動(dòng)態(tài)降落Cmax% 系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，

39、由階躍擾動(dòng)所引起的輸出量最大降落值Cmax叫動(dòng)態(tài)降落，用輸出量原穩(wěn)態(tài)值C的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。調(diào)速系統(tǒng)突加額定負(fù)載擾動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速降落稱為動(dòng)態(tài)速降nmax% 恢復(fù)時(shí)間tf 從階躍擾動(dòng)作用開始，到輸出量基本恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，且與新的穩(wěn)態(tài)值C之差進(jìn)入某基準(zhǔn)量Cb的5%或2%范圍內(nèi)所需的時(shí)間，定義為恢復(fù)時(shí)間tf，其中Cb稱為抗擾指標(biāo)中輸出量的基準(zhǔn)值，視具體情況選定。 一般反饋控制系統(tǒng)的抗擾性能與跟隨性能之間存在一定矛盾，若超調(diào)量小，則調(diào)整時(shí)間大，恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，反之亦然。 引入微分負(fù)反饋可進(jìn)一步改善系統(tǒng)的跟隨性能和抗擾性能。引入負(fù)載觀測(cè)器可提高系統(tǒng)的抗擾性能。 實(shí)際的控制系統(tǒng)對(duì)各種動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求各不相同。 通常，

40、調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主，而隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以跟隨性能為主。2.3.5.3 典型系統(tǒng) 一般來(lái)說(shuō)，許多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)都可表示為 n1iirm1jj) 1() 1()(sTssKsW)(sWR(s)C(s) 上式中，分母中的 sr 項(xiàng)表示該系統(tǒng)在原點(diǎn)處有 r 重極點(diǎn)，或者說(shuō)，系統(tǒng)含有 r 個(gè)積分環(huán)節(jié)。根據(jù) r=0，1，2，等不同數(shù)值，分別稱作0型、I型、型、系統(tǒng)。 自動(dòng)控制理論已經(jīng)證明，0型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度低，而型和型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。 因此，為了保證穩(wěn)定性和較好的穩(wěn)態(tài)精度，多選用I型和II型系統(tǒng)。1. 典型I型系統(tǒng)n結(jié)構(gòu)圖與傳遞函數(shù) ) 1()(TssKsW)(sR) 1(Tss

41、K)(sC式中 T 系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)； K 系統(tǒng)的開環(huán)增益。開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性O(shè)n性能特性 典型的I型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其對(duì)數(shù)幅頻特性的中頻段以 20 dB/dec 的斜率穿越 0dB 線，只要參數(shù)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，且有足夠的穩(wěn)定裕量，即選擇參數(shù)滿足 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() 1()(2TsssKsW)(sR)(sC) 1() 1(2TsssKn開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性O(shè)n 性能特性 典型的II型系統(tǒng)也是以 20dB/dec 的斜率穿越零分貝線。由于分母中 s2 項(xiàng)對(duì)應(yīng)的相

42、頻特性是 180，后面還有一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，在分子添上一個(gè)比例微分環(huán)節(jié)（s +1），是為了把相頻特性抬到 180線以上，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定，即應(yīng)選擇參數(shù)滿足 T11cT或 且 比 T 大得越多，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度越大。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 典型I型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如上式所示，它包含兩個(gè)參數(shù)：開環(huán)增益 K 和時(shí)間常數(shù) T 。其中，時(shí)間常數(shù) T 在實(shí)際系統(tǒng)中往往是控制對(duì)象本身固有的，能夠由調(diào)節(jié)器改變的只有開環(huán)增益 K ，也就是說(shuō)，K 是唯一的待定參數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照性能指標(biāo)選擇參數(shù) K 的大小。 K 與開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性的關(guān)系 下圖繪出了在不同 K 值時(shí)典型 I 型

43、系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性，箭頭表示K值增大時(shí)特性變化的方向。 K 與截止頻率 c 的關(guān)系 當(dāng)c 1 / T時(shí)，特性以20dB/dec斜率穿越零分貝線，系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性。由圖中的特性可知cclg20) 1lg(lg20lg20K所以 K = c （當(dāng) c 時(shí)） T1 上式表明，K 值越大，截止頻率c 也越大，系統(tǒng)響應(yīng)越快，但相角穩(wěn)定裕度 = 90 arctgcT 越小，這也說(shuō)明快速性與穩(wěn)定性之間的矛盾。在具體選擇參數(shù) K時(shí)，須在二者之間取折衷。 下面將用數(shù)字定量地表示 K 值與各項(xiàng)性能指標(biāo)之間的關(guān)系。 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 0

44、v0 / K0)(RtRtvtR0)(2)(20tatR1. 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)：系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)可用不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)表示。 由表可見：n在階躍輸入下的 I 型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)是無(wú)差的；n但在斜坡輸入下則有恒值穩(wěn)態(tài)誤差，且與 K 值成反比；n在加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差為 。 因此，I型系統(tǒng)不能用于具有加速度輸入的隨動(dòng)系統(tǒng)。（2）動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)n閉環(huán)傳遞函數(shù)：典型 I 型系統(tǒng)是一種二階系統(tǒng)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)的一般形式為 2nn22ncl2)()()(sssRsCsW式中 n 無(wú)阻尼時(shí)的自然振蕩角頻率，或稱 固有角頻率； 阻尼比

45、，或稱衰減系數(shù)。nK、T與標(biāo)準(zhǔn)形式中的參數(shù)的換算關(guān)系 TKnKT121T21n且有 n二階系統(tǒng)的性質(zhì)l當(dāng) 1 時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是欠阻尼的振蕩特性，l當(dāng) 1 時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是過(guò)阻尼的單調(diào)特性；l當(dāng) = 1 時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是臨界阻尼。 由于過(guò)阻尼特性動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，所以一般常把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成欠阻尼狀態(tài)，即 0 1 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 下面列出欠阻尼二階系統(tǒng)在零初始條件下的階躍響應(yīng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)計(jì)算公式 15 . 0n性能指標(biāo)和系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系 %100e%)1/(2)arccos(122rTtnst4%)2(超調(diào)量 上升時(shí)間 調(diào)整時(shí)間 表表2-2 典型典型I

46、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)系服從換算關(guān)系的公式的關(guān)系服從換算關(guān)系的公式 ） 具體選擇參數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)工藝要求選擇參數(shù)以滿足性能指標(biāo)。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調(diào)整時(shí)間 ts 相角穩(wěn)定裕度 截止頻率c 1.0 0 %11.7 T76.30.243/T 0.8 1.5% 6.6T6.0T69.90.367/T 0.707 4.3 % 4.7T8.4T 65.50.455/T 0.6 9.5 % 3.3T7.1T59.2 0.596/T 0.5 16.3 % 2.4T8.1

47、T 51.8 0.786/T2. 典型I型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 下圖a是在擾動(dòng) F 作用下的典型 I 型系統(tǒng)，其中，W1(s)是擾動(dòng)作用點(diǎn)前面部分的傳遞函數(shù)，后面部分是W2(s) ，于是 只討論抗擾性能時(shí)，令輸入作用 R = 0，得到下圖b所示的等效結(jié)構(gòu)圖。 ) 1()()()(21TssKsWsWsW 擾動(dòng)作用下的典型I型系統(tǒng))a)b0)(sR)(2sW)(1sW)(sF)()(sCsC)(sN)(11sW)(2sW)(sC典型I型系統(tǒng) 由于抗擾性能與 W1(s) 有關(guān)，因此抗擾性能指標(biāo)也不定，隨著擾動(dòng)點(diǎn)的變化而變化。在此，我們針對(duì)常用的調(diào)速系統(tǒng)，分析上圖的一種情況，其他情況可仿此處

48、理。經(jīng)過(guò)一系列計(jì)算可得到表 2-3 所示的數(shù)據(jù)。221TTTTm51101201301%100maxbCC55.5%33.2%18.5%12.9%對(duì)應(yīng)時(shí)間tm / T2.83.43.84.0恢復(fù)時(shí)間tf / 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)如上圖所示，已選定的參數(shù)關(guān)系KT=0.5) n 分析結(jié)果： 由表2-3中的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)控制對(duì)象的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)相距較大時(shí)，動(dòng)態(tài)降落減小，但恢復(fù)時(shí)間卻拖得較長(zhǎng)。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 可選參數(shù)： 在典型I

49、I型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)式中，與典型 I 型系統(tǒng)相仿，時(shí)間常數(shù)T也是控制對(duì)象固有的。所不同的是，待定的參數(shù)有兩個(gè)： K 和 ，這就增加了選擇參數(shù)工作的復(fù)雜性。 為了分析方便起見，引入一個(gè)新的變量 ，令 12Th) 1() 1()(2TsssKsW 典系統(tǒng)（三階典型系統(tǒng)）典型型系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性dBL/0 11T12hKlg20-20 40 -40 / s-1c=120dB/dec40dB/dec40dB/dec典型型系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和中頻寬中頻寬度 在工程設(shè)計(jì)中，若對(duì)兩個(gè)參數(shù)都進(jìn)行任意選擇，則需要較多的圖表和數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在這方面作過(guò)大量的研究工作，提出過(guò)確定這些參數(shù)的不同準(zhǔn)則和

50、方法。目前常用的準(zhǔn)則：準(zhǔn)則。另一種是最小諧振峰值準(zhǔn)則，一種是最大相角裕量)()(minmaxMrrc參數(shù)之間的一種最佳配合參數(shù)之間的一種最佳配合n 采用采用“振蕩指標(biāo)法振蕩指標(biāo)法”中的閉環(huán)幅頻特中的閉環(huán)幅頻特性峰值最小準(zhǔn)則性峰值最小準(zhǔn)則( (最小諧振峰法最小諧振峰法MrMrminmin準(zhǔn)準(zhǔn)則則) )，可以找到和兩個(gè)參數(shù)之間的一種，可以找到和兩個(gè)參數(shù)之間的一種最佳配合，最佳配合， 122hhc211hc則則 hT2222112121)1(21ThhhhThKcn中頻寬h 由圖可見，h 是斜率為20dB/dec的中頻段的寬度（對(duì)數(shù)坐標(biāo)），稱作“中頻寬”。由于中頻段的狀況對(duì)控制系統(tǒng)的中頻段的狀況對(duì)控

51、制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)起著決定性的作用動(dòng)態(tài)品質(zhì)起著決定性的作用，因此 h 值是一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)。 只要按照動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求確定了h值，就可以代入這兩個(gè)公式計(jì)算K 和 ，并由此計(jì)算調(diào)節(jié)器的參數(shù)。 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) 型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差列于表2-5中 1. 典型II型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 由表可知： 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)誤差與開環(huán)增益K成反比。表2-6 典型II型

52、系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能跟隨性能指標(biāo)（按最小諧振峰值Mrmin準(zhǔn)則確定關(guān)系時(shí)） h 3 4 56 7 8 9 10 tr / Tts / T 震蕩次數(shù) 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) 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)圖+ ) 1() 1(1TsshTsKsK2)(sF)(sC0)(1sW- )(2sWn抗擾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.

53、 典型型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系n擾動(dòng)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)在階躍擾動(dòng)下， 11212) 1(12)(222332222hTssThhsThhTsTFKhhsC 由上式可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)于不同 h值的動(dòng)態(tài)抗擾過(guò)程曲線C(t)，從而求出各項(xiàng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)，列于表2-7中。在計(jì)算中，為了使各項(xiàng)指標(biāo)都落在合理的范圍內(nèi)，取輸出量基準(zhǔn)值為 Cb = 2FK2T表2-7 典型II型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能抗擾性能指標(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)如下圖，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 tf / T 72.2% 2.4513.60 77.5% 2.70

54、 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 由上表中的數(shù)據(jù)可見，一般來(lái)說(shuō)， h 值越小， Cmax/Cb 也越小， tm 和 tf 都短，因而抗擾性能越好，這個(gè)趨勢(shì)與跟隨性能指標(biāo)中超調(diào)量與 h 值的關(guān)系恰好相反，反映了快速性與穩(wěn)定性的矛盾。 但是，當(dāng) h 5 時(shí)，由于振蕩次數(shù)的增加， h 再小，恢復(fù)時(shí)間 tf 反而拖長(zhǎng)了。 n分析結(jié)果 由此可見，h = 5是較好的選擇，這與跟隨性能中調(diào)節(jié)時(shí)間最短的條件是一致的（見表2-6）。 因此，

55、把典型型系統(tǒng)跟隨和抗擾的各項(xiàng)性能指標(biāo)綜合起來(lái)看，h = 5應(yīng)該是一個(gè)很好的選擇。 n兩種系統(tǒng)比較 比較分析的結(jié)果可以看出，典型I型系統(tǒng)和典型型系統(tǒng)除了在穩(wěn)態(tài)誤差上的區(qū)別以外，在動(dòng)態(tài)性能中，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，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)。2.3.5.4 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

56、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n選擇規(guī)律： 幾種校正成典型I型系統(tǒng)和典型II型系統(tǒng)的控制對(duì)象和相應(yīng)的調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)列于表 2-8和表2-9中，表中還給出了參數(shù)配合關(guān)系。有時(shí)僅靠 P、I、PI、PD及PID幾種調(diào)節(jié)器都不能滿足要求，就不得不作一些近似處理，或者采用更復(fù)雜的控制規(guī)律。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) 1)(1)(1(3212sTsTsTK321,TTT ssK11pi) 1

57、(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： 21hTsTTs11111）（或）（或122211 ThThThT)(211TTh)(321TThsTsT11111ssK11pi1ssK1

58、1pi12. 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 實(shí)際系統(tǒng)中往往有若干個(gè)小時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，這些小時(shí)間常數(shù)所對(duì)應(yīng)的頻率都處于頻率特性的高頻段，形成一組小慣性群。例如，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ) 1)(1)(1() 1()(321sTsTsTssKsW小慣性環(huán)節(jié)可以合并 當(dāng)系統(tǒng)有一組小慣性群時(shí)，在一定的條件下，可以將它們近似地看成是一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)等于小慣性群中各時(shí)間常數(shù)之和。 1)(1) 1)(1(13232sTTsTsT例如：近似條件32c31TT（2）高階系統(tǒng)的降階近似處理 上述小慣性群的近似處理實(shí)際上是高階系統(tǒng)降階處理的一種特例，它把多階小慣性環(huán)節(jié)降為一階小慣性環(huán)

59、節(jié)。下面討論更一般的情況，即如何能忽略特征方程的高次項(xiàng)。以三階系統(tǒng)為例，設(shè) 其中 a，b，c都是正系數(shù)，且bc a，即系統(tǒng)是穩(wěn)定的。1)(23csbsasKsWn降階處理： 若能忽略高次項(xiàng)，可得近似的一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為n近似條件 1)(csKsW),1min(31cacb（3）低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理 表2-9中已經(jīng)指出，當(dāng)系統(tǒng)中存在一個(gè)時(shí)間常數(shù)特別大的慣性環(huán)節(jié)時(shí)，可以近似地將它看成是積分環(huán)節(jié)，即 11TsTs1n近似條件 T3c) 1() 1()(221bsTsTsKsW) 1)(1() 1()(21asTsTssKsW例如：cn對(duì)頻率特性的影響低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理對(duì)頻率特性的影響

60、低頻時(shí)把特性a近似地看成特性b 2.3.5.5 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本節(jié)將應(yīng)用前述的工程設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)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-ILUdUfn+-+-UfiACR1/RTl s+1RTmsUiUcKs Tss+1Id1Ce+E T0is+11 T0is+1ASR1 T0ns+1 T0ns+1Unn電流內(nèi)環(huán) 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)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 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與前述的圖不同之處在于增加了濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定信號(hào)的濾波環(huán)節(jié)。