雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)ASR和ACR 結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)

1、黑龍江大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化課程名稱：電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)ASR和ACR 結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)姓名：xxx學(xué)號(hào)：2012xxxx指導(dǎo)教師：xxxx 成績(jī)：xxxx雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)ASR和ACR結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì) 一設(shè)計(jì)目的：掌握用工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，加深對(duì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)理解。二設(shè)計(jì)內(nèi)容：在一個(gè)由三相零式晶閘管整流裝置供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，已知電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)如下：60kW，220V，308A，1000r/min，Ce= 0.196V·min/r, 主回路總電阻R=0.18, Ks = 35，TL

2、=0.012s,Tm=0.12s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.0025s, 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.015s, 額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓為10V, ASR最大輸出限幅值為8V, ACR最大輸出限幅值為6.5V，R0=40k。設(shè)計(jì)要求：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差；調(diào)速范圍D=10, 電流超調(diào)量si 5%，電機(jī)空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量sn 10%，起動(dòng)電流限制在339A以內(nèi)。 三時(shí)間安排：6.226.23 查閱相關(guān)資料；6.246.25 按要求設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容，完成設(shè)計(jì)文本6.26 考核答辯四參考書(shū)目：1.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)主編 機(jī)械工業(yè)出版社2.電力電子技術(shù)（第4版） 王兆安 黃俊

3、主編 機(jī)械工業(yè)出版社3.自動(dòng)控制理論 劉丁主編 機(jī)械工業(yè)出版社4.電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)（第3版） 顧繩谷主編 機(jī)械工業(yè)出版社目錄第一章 緒論1第二章 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)52.1 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化52.2 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇72.3 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算82.4 校驗(yàn)近似條件92.5 電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)9第三章 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)103.1 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)103.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇113.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算133.4 檢驗(yàn)近似條件133.5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)14第四章 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計(jì)算15結(jié)論19參考文獻(xiàn)19第一章 緒論轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、

4、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。對(duì)于采用轉(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，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。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(zhuān)門(mén)用來(lái)控制電流的，但它只能在超過(guò)臨界電流以后，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。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)程中，起動(dòng)電流達(dá)到最大值后，受電流負(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)。一、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)

5、直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實(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。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)）聯(lián)接如下圖1-1所示。圖1-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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

6、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)。二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖為了獲得良好的靜、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1-2。圖中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。圖1-2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖圖中表出，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。三、

7、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖為了分析雙閉環(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1-3。它可以很方便地根據(jù)上圖的原理圖畫(huà)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。圖1-3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖a轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；b電流反饋系數(shù)PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征一般存在兩種狀況，即飽和時(shí)輸出達(dá)到限幅值和不飽和時(shí)輸出未達(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(kāi)環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)， PI 作用使輸入

8、偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是零。四、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖在單閉環(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1-4所示。圖中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)。為了引出電流反饋，在電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流Id顯露出來(lái)。之后將要進(jìn)行的典型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的計(jì)算都是在此圖基礎(chǔ)上進(jìn)行的。圖1-4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖五、兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用經(jīng)過(guò)分析，轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器都具有非常重要的作用，歸納如下。1. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：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

9、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。2. 電流調(diào)節(jié)器的作用：1） 作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。2） 對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。3） 在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)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。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的。六、調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法1工程設(shè)計(jì)方法的基本思路1）選擇調(diào)節(jié)

10、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。2. 典型系統(tǒng)1）典型I型系統(tǒng)傳遞函數(shù)：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）典型型系統(tǒng)傳遞函數(shù)：3選擇典型系統(tǒng)的依據(jù)一般來(lái)說(shuō)，在動(dòng)態(tài)性能中典型I型系統(tǒng)可以在跟隨性能上做到超調(diào)量小，但抗擾性能稍差：而典型型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)較大，抗擾性能較好。七、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1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)象圖1-5 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖繪于圖1-5，它與前述的圖1-4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)。其中 電流反饋濾波

11、時(shí)間常數(shù) 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，逐步向外擴(kuò)展。在這里，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，最后進(jìn)行轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)。第二章 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)2.1 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，即E0。這樣，在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的影響，也就是說(shuō)，可以暫且把反電動(dòng)勢(shì)的作用去掉，得到電流環(huán)的近似結(jié)構(gòu)框圖，如下圖2-1所示。忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)作用的近似條件是： （2-1）圖2-1 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn)如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同

12、時(shí)把給定信號(hào)改成U*i(s) /b，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)（圖2-2）。圖2-2 單位負(fù)反饋系統(tǒng) 最后，由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為T(mén)i= Ts+ Toi (2-2)簡(jiǎn)化的近似條件為 (2-3)電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡(jiǎn)化成圖2-3。圖2-3 電流環(huán)最終簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖2.2 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，調(diào)速范圍D=10，電流超調(diào)量si5%，有以下兩種方案可供選擇：方案一：典型型系統(tǒng)，可使電流無(wú)靜差，抗擾性能好。方案二：典型I型系統(tǒng)，也能使電流無(wú)靜差，跟隨性能好，超調(diào)小。從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無(wú)靜差，以得到理

13、想的堵轉(zhuǎn)特性，采用 I 型系統(tǒng)就夠了。從動(dòng)態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值，而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成典型 I 型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫(xiě)成（2-4）式中 Ki 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； tI 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。由表2-1知，三相零式電路的平均失控時(shí)間TS=0.0033s。表2-1 各種整流電路的失控時(shí)間（f =50Hz）又已知電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.0025s，按小時(shí)間常數(shù)近似處

14、理，TSi=TS+Toi =0.0033+0.0025s=0.0058s已知TL=0.012s，易知m= TSi /TL=0.0058/0.012=0.48，參照表2-2的典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，知其動(dòng)態(tài)性能不是十分理想，但這不是主要因素，且各項(xiàng)指標(biāo)都可以接受。表2-2 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（KT=0.5）2.3 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算為了使校正后的典型系統(tǒng)為典型I型系統(tǒng)，應(yīng)有以下等式成立：（2-5）則必須滿足：（2-5）（2-7）所以，電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)： =0.012s；電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求si 5%時(shí)，按表2-2，應(yīng)取，因此電流反饋系數(shù)：于是，ACR的比例系數(shù)：2

15、.4 校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：1. 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件>滿足近似條件。2. 忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件<滿足近似條件。3. 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件>滿足近似條件。2.5 電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器的電路原理圖如下圖2-4所示。圖2-4 含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器圖中U*i為電流給定電壓，-bId 為電流負(fù)反饋電壓，Uc電力電子變換器的控制電壓。根據(jù)運(yùn)算放大器的工作原理可以推導(dǎo)出以下公式：（2-8）（2-9）（2-10）由圖2-4，按所用運(yùn)算放大器R0=40k，各電阻和電容值為：0.2228.88，取9

16、,取1.33,取0.25按照上面參數(shù)，由表2-3可知，KT=0.5時(shí)超調(diào)量為4.3%<5%，滿足設(shè)計(jì)要求。表2-3 典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系參數(shù)關(guān)系KT0.250.390.50.691.0阻尼比z超調(diào)量s上升時(shí)間 tr峰值時(shí)間 tp相角穩(wěn)定裕度 g 截止頻率wc1.00 %¥¥ 76.3°0.243/T0.81.5%6.6T8.3T 69.9°0.367/T0.7074.3 %4.7T6.2T 65.5°0.455/T0.69.5 %3.3T4.7T 59.2 °0.596/T0.516.3 %2.4T3.

17、2T 51.8 °0.786/T第三章 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)3.1 電流環(huán)的等效閉環(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)，為此，須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。由典型I型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖可知（3-1）忽略高次項(xiàng)，上式可降階近似為（3-2）近似條件為（3-3）式中w cn為轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率。接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為（3-4）這樣，原來(lái)是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時(shí)間常數(shù)1/KI的一階慣性環(huán)節(jié)。3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替圖1-5 中的電流環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便

18、如圖3-1所示。圖3-1 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和電流環(huán)中一樣，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(shí)將給定信號(hào)改成 /a，再把時(shí)間常數(shù)為1/KI 和Ton的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)，其中（3-5）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)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中，現(xiàn)在在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型 型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。由此可見(jiàn)，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為（3-6）式中 Kn 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； tn 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。這

19、樣，調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為（3-7）令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為（3-8）則 （3-9）校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖3-2。圖3-2 校正后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖確定各個(gè)時(shí)間常數(shù)：1） 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI：由電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)知，KI0.5，則0.0058s=0.0116s2) 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton：由已知可得Ton=0.015s。3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)：0.0116s+0.015s=0.0266s。3.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括Kn和tn。按照典型型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，取h=5，有ASR的超前時(shí)間常數(shù)： =50.0266s=0.133s轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益：于是可得ASR的比例系數(shù)：3.4 檢驗(yàn)近似條件由

20、式 （3-10）知轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為>滿足近似條件。2） 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：>滿足近似條件。3.5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)含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3-3所示，圖中為轉(zhuǎn)速給定電壓，-an為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。根據(jù)運(yùn)算放大器的特點(diǎn)得出各參數(shù)公式如下。 （3-11） （3-12） （3-13）圖3-3 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器取R0=40k，由公式（3-11）、（3-12）和（3-13）得：，取285k;,取0.47;,取1.5第四章 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計(jì)算當(dāng)h=5時(shí)，由表4-1

21、查得，sn=37.6%，不滿足sn 10%的條件。實(shí)際上，由于表3-1是按線性系統(tǒng)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。如果調(diào)節(jié)器沒(méi)有飽和限幅的約束，調(diào)速系統(tǒng)可以在很大的范圍內(nèi)線性工作，則雙閉環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速過(guò)渡過(guò)程就會(huì)產(chǎn)生超調(diào)量較大。實(shí)際上，突加給定電壓后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快進(jìn)入飽和狀態(tài)，輸出恒定的限幅電壓，使電動(dòng)機(jī)在恒流的條件下起動(dòng)，而轉(zhuǎn)速則按線性規(guī)律增長(zhǎng)。表4-1 典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)h345678910str / Tts / Tk52.6%2.412.15343.6%2.6511.65237.6%2.859.552

22、33.2%3.010.45129.8%3.111.30127.2%3.212.25125.0%3.313.25123.3%3.3514.201計(jì)算退飽和超調(diào)量時(shí)，起動(dòng)過(guò)程可按分段線性化的方法處理。當(dāng)ASR飽和時(shí)，相當(dāng)于轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)，電流環(huán)輸入恒定電壓，如果忽略電流環(huán)短暫的跟隨過(guò)程，其輸出量也基本上是恒值Idm，因而電動(dòng)機(jī)基本上按照恒加速起動(dòng)。這一階段完成時(shí)有ASR退飽和后，轉(zhuǎn)速環(huán)恢復(fù)到線性范圍內(nèi)運(yùn)行，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1所示。描述系統(tǒng)的微分方程和前面分析線性系統(tǒng)跟隨性能時(shí)相同，只是初始條件不同了。分析線性系統(tǒng)跟隨性能時(shí)，初始條件為n(0)=0,Id(0)=0。討論退飽和超調(diào)時(shí)，其初始條件是n

23、(0)=,由于初始條件發(fā)生了變化，盡管兩種情況的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和微分方程完全一樣，過(guò)渡過(guò)程還是不同的。圖4-1 ASR退飽和后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖當(dāng)ASR選用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，上圖電流作用點(diǎn)前面的環(huán)節(jié)可以歸納為，由于對(duì)我們的目的有用的是在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速以上超調(diào)的部分，即只考慮實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的差值，相應(yīng)的可以把圖4-1的坐標(biāo)原點(diǎn)轉(zhuǎn)移，初始條件換為n(0)=0, 。由于圖4-2的給定為零，可以不畫(huà)，而把的負(fù)反饋?zhàn)饔梅从车街魍ǖ赖牡谝粋€(gè)環(huán)節(jié)輸出量上來(lái)，這里不再贅述。 圖4-2 以轉(zhuǎn)速超調(diào)值為輸出量的結(jié)構(gòu)圖將圖4-2和討論典型型系統(tǒng)抗擾性能所用的結(jié)構(gòu)圖相比，不難發(fā)現(xiàn)它們完全一樣，因此可以利用典型型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)來(lái)計(jì)算退飽和超調(diào)量。在典型型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)中 （4-1）對(duì)比圖4-2知，而 （4-2）所以的基準(zhǔn)值是 （4-3）令表示電機(jī)允許的過(guò)載倍數(shù)，即 （4-4）z表示負(fù)載系數(shù)，則 （4-5）為調(diào)速系統(tǒng)的額定穩(wěn)態(tài)速降，=，代入式（4-3）可得 （4-6）作為轉(zhuǎn)速的超調(diào)量，其基準(zhǔn)值應(yīng)該是，因此退飽和超調(diào)量可以由表4-2列出的數(shù)據(jù)經(jīng)基準(zhǔn)值換算后求得，即=2（） （4-7）根據(jù)已知條件，由式（4-4）解得=1.1