雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計課件

轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法

電力拖動自動控制系統(tǒng)第2章河南科技大學自動化系卜文紹轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法電力拖動內(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、性能特點和設(shè)計方法，也是各種交、直流電力拖動自動控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。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)用最廣轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型和動態(tài)性能分析（從起動和抗撓兩方面分析其性能，與“轉(zhuǎn)速”、“電流”兩個調(diào)節(jié)器的作用）一般調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器了解弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)容提要轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性內(nèi)容提要2.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性開環(huán)調(diào)速系統(tǒng):特性軟。比例調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)：有靜差,堵轉(zhuǎn)電流大;即使加電流截至負反饋環(huán)節(jié),運行時仍有靜差。采用PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。問題的提出

如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。例如：要求快速起制動，突加負載動態(tài)速降小等等。轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的局限性:2.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主要原因

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，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。a)帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖2-1直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形IdLntIdOIdmIdcrn主要原因在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的如何提高快速性？看:速度控制與電流控制的關(guān)系.2.速度控制與電流控制的關(guān)系

所以:為提高快速性，需在充分利用電機過載能力（Id=Idm）的情況下,使電機以最大加速度，升速或減速。,所以:如何提高快速性？看:速度控制與電流控制的關(guān)系.2.速b)理想的快速起動過程IdLnIdm圖2-1直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形3.理想的起動過程tIdOn在過渡過程中：始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值,使電力拖動系統(tǒng)以最大的加速度起動；達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后：立即讓電流降下來。使轉(zhuǎn)矩與負載相平衡，轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。

對于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運行的調(diào)速系統(tǒng)（龍門刨床、可逆軋鋼機等），盡量縮短起、制動過程時間是提高生產(chǎn)效率的重要因素?？稍谧畲笤试S電流限制的條件下，充分利用電機的過載能力。b)理想的快速起動過程IdLnIdm圖2-1直流調(diào)速系統(tǒng)4.解決思路

為了實現(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反饋就可以保持該量基本不變。那么，采用電流負反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。同時，希望能實現(xiàn)：起動過程中:只有電流負反饋,沒有轉(zhuǎn)速負反饋。達到穩(wěn)態(tài)后:轉(zhuǎn)速負反饋起主導作用;

電流負反饋僅為電流隨動子系統(tǒng)。

在原（轉(zhuǎn)速）單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中再添加“電流”負反饋，就構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。4.解決思路為了實現(xiàn)在允許條件下的最快起動2.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成

為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用,可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器,分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流,即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。二者之間實行嵌套（或稱串級）聯(lián)接。2.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實現(xiàn)+TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAM+-UdIdUPE-MTG1.系統(tǒng)的組成圖2-2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—測速發(fā)電機TA—電流互感器UPE—電力電子變換器內(nèi)環(huán)外環(huán)ni圖中：1）把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作電流調(diào)節(jié)器的輸入；

2）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)為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)。

——這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。+TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAM+2.系統(tǒng)電路原理結(jié)構(gòu)為獲得良好的靜、動性能,轉(zhuǎn)速和電流用PI調(diào)節(jié)器。說明：圖中標出的兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實際極性,是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況標出的,并考慮到運算放大器的倒相作用。2.系統(tǒng)電路原理結(jié)構(gòu)為獲得良好的靜、動性能,轉(zhuǎn)速和電流用2.系統(tǒng)電路原理結(jié)構(gòu)（續(xù)）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im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Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。

兩個調(diào)節(jié)器的輸出都帶限幅給定電壓極性與單環(huán)系統(tǒng)不同

給定電壓極性與單環(huán)系統(tǒng)不同。2.系統(tǒng)電路原理結(jié)構(gòu)（續(xù)）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U

限幅電路限幅電路

電流檢測電路電流檢測電路2.1.2

穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性

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?？珊芊奖愕馗鶕?jù)原理圖畫出。注意：用帶限幅的輸出特性表示PI調(diào)節(jié)器。2.1.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性為了分析雙閉1.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖2-4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)Ks

1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-IdRR

ACR-UiUPE

分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這種PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。1.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖2-4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)

限幅作用飽和——輸出達到限幅值當調(diào)節(jié)器飽和時,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使調(diào)節(jié)器退出飽和;換句話說,飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系,相當于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。不飽和——輸出未達到限幅值當調(diào)節(jié)器不飽和時,PI的作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時總是零。

分析靜特性的關(guān)鍵是掌握帶輸出限幅PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。存在兩種狀況：限幅作用飽和——輸出達到限幅值不飽和——輸出未達到限幅值3.系統(tǒng)靜特性

實際上,在正常運行時,電流調(diào)節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的。?3.系統(tǒng)靜特性實際上,在正常運行時,電為什么電流調(diào)節(jié)器一般不飽和？Tm比Tl時常大很多,電流跟蹤性能快得多;起動過程中,Id≤Idm;而轉(zhuǎn)速越低,E越小;Udo=E+Rid也較小且漸升,所需控制電壓Uc也是線性變化;（起動后）運行時:Id下降到id=IdL(<Idm),ASR退飽和,U*i下降,Uc,Udo也會下降;飽和如發(fā)生也是在起動過程的后期,當轉(zhuǎn)速n升到nN,而id=Idm時（此時Udo較大）;不過一般UPE最大輸出電壓都留有余量。為什么電流調(diào)節(jié)器一般不飽和？3.系統(tǒng)靜特性

因?qū)嶋H中,在正常運行時,電流調(diào)節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)。

因此,對于靜特性來說,只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。

圖:雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性。圖2-5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性

n0IdIdmIdNOnABC3.系統(tǒng)靜特性因?qū)嶋H中,在正常運行時,(1)

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和由于ASR不飽和,U*i<U*im,可知:Id<Idm。就是說,CA段靜特性從理想空載狀態(tài)的Id=0一直延續(xù)到Id=Idm（而Idm一般都是大于額定電流IdN的）。這就是靜特性的運行段，具有水平特性。

式中:,—轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù)。由第一個關(guān)系式可得：從而得到上圖靜特性的CA段，運行段。(2-1)

靜特性的水平特性(1)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和由于ASR不飽和,U*i<U*im(2)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和ASR輸出達限幅值U*im;轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀,轉(zhuǎn)速變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一電流無靜差單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。式(2-2)所描述的靜特性是上圖中的AB段,它是垂直的特性。這樣的下垂特性只適合于n<n0的情況。因為如果n>n0,則Un>U*n,ASR將退出飽和狀態(tài)。

式中:最大電流Idm

是由設(shè)計者選定的，取決于電機的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加速度。(2-2)

穩(wěn)態(tài)時:

靜特性的垂直特性(2)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和ASR輸出達限幅值U*im;3.兩個調(diào)節(jié)器的作用雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差,這時,轉(zhuǎn)速負反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當負載電流達到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,

表現(xiàn)為電流無靜差,得到過電流的自動保護。Ks

1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-IdRR

ACR-UiUPE3.兩個調(diào)節(jié)器的作用雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于Idm3.兩個調(diào)節(jié)器的作用負載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差,轉(zhuǎn)速負反饋起主要調(diào)節(jié)作用。(運行段)。當負載電流達到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,電流無靜差。（起動段）。這就是采用了兩個PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個閉環(huán)的效果。然而實際上:

運算放大器的開環(huán)放大系數(shù)并不是無窮大;為了避免零點飄移而采用“準PI調(diào)節(jié)器”。靜特性的兩段實際上都略有很小的靜差,如上圖中虛線所示。3.兩個調(diào)節(jié)器的作用負載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差,2.1.3各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算

穩(wěn)態(tài)工作中,當兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時,各變量之間有下列關(guān)系:(2-3)(2-5)(2-4)表明,用雙PI調(diào)節(jié)器時在穩(wěn)態(tài)工作點上:轉(zhuǎn)速n是由給定電壓U*n決定的;ASR的輸出量U*i是由負載電流IdL決定的;控制電壓Uc的大小,同時取決于n和IdL,或取決于U*n

和IdL。2.1.3各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算PI調(diào)節(jié)器不同于P調(diào)節(jié)器的特點這些關(guān)系也反映了PI調(diào)節(jié)器不同于P調(diào)節(jié)器的特點:P調(diào)節(jié)器的輸出量總是正比于其輸入量;而PI調(diào)節(jié)器輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(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。——鑒于這一特點，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而和無靜差系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)計算相似。(2-3)(2-5)(2-4)PI調(diào)節(jié)器不同于P調(diào)節(jié)器的特點這些關(guān)系也反映了PI調(diào)節(jié)器

反饋系數(shù)計算根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計算有關(guān)的反饋系數(shù)：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)（2-6）電流反饋系數(shù)（2-7）!反饋系數(shù)計算根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計算有關(guān)的反饋系數(shù)：2.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型和動態(tài)性能本節(jié)提要雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型起動過程分析動態(tài)抗擾性能分析轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用2.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型和動態(tài)性能本節(jié)提要2.2.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型

在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型的基礎(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)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。1.系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖2-6雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖

U*n

Uc-IdLnUd0Un+--

-UiWASR(s)WACR(s)KsTss+11/RTls+1RTmsU*iId1/Ce+E注:為了引出電流反饋，在電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電流Id顯露出來.

2.2.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型在單閉環(huán)直流調(diào)2.數(shù)學模型

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)。如果采用PI調(diào)節(jié)器，則有:圖2-6雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖

U*n

Uc-IdLnUd0Un+--

-UiWASR(s)WACR(s)KsTss+11/RTls+1RTmsU*iId1/Ce+E2.數(shù)學模型圖中WASR(s)和WACR(s)分別2.2.2起動過程分析

設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近理想起動過程。分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能時,首先探討它的起動過程。2.2.2起動過程分析設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個重要目的

在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分為對應(yīng)的三個階段。在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽圖2-7雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形

n

OOttIdm

IdL

Id

n*

IIIIIIt4

t3

t2

t1

1.起動過程

圖：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓U*n由靜止狀態(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程。整個動態(tài)過程就分成圖中標明的I、II、III三個階段：電流上升時間、轉(zhuǎn)速上升時間、轉(zhuǎn)速調(diào)整階段。圖2-7雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形nOO第I階段:電流上升的階段

突加給定電壓U*n后：Id上升。當Id<IdL時,電機還不能轉(zhuǎn)動。當Id≥IdL后:

電機開始起動。由于機電慣性,轉(zhuǎn)速不會很快增長,因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大,其輸出電壓保持限幅值U*im,強迫電流Id迅速上升。直到Id=Idm,Ui=U*im：電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了Id的增長。這一階段的結(jié)束。IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3t2

t1tt第I階段:電流上升的階段突加給定電壓U*n后：Id第II階段恒流升速階段

這階段,ASR始終飽和,轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán);系統(tǒng)成為在恒值電流U*im給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng),電流Id恒定,加速度恒定,轉(zhuǎn)速線性增長。n

IdL

Id

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3

t2

t1

tt同時,電機反電動勢E線性增長。對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng),E是一個線性漸增的擾動量,為了克服它的擾動,Ud0和Uc基本上按線性增長,保持Id恒定。當ACR采用PI調(diào)節(jié)器時,要使其輸出量線性增長,其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值,既:Id應(yīng)略低于Idm。第II階段恒流升速階段這階段,ASR始終飽和,轉(zhuǎn)速環(huán)第II階段恒流升速階段

恒流升速階段是起動過程中的主要階段——電機在最大電流下以恒加速度升速。還要指出一點:

為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在起動過程中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)計時必須注意的。第II階段恒流升速階段恒流升速階段是起第Ⅲ

階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段當轉(zhuǎn)速上升到給定值時,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U*im,所以電機仍在加速,使轉(zhuǎn)速超調(diào)。IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3

t2

t1

tt直到Id=IdL時,轉(zhuǎn)矩Te=TL,則dn/dt=0，轉(zhuǎn)速n才到達峰值（t=t3時）。轉(zhuǎn)速超調(diào)后:ASR輸入偏差電壓變負,使它開始退出飽和狀態(tài),U*i和Id很快下降。但是,只要Id仍大于負載電流IdL,轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。第Ⅲ階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段當轉(zhuǎn)速上升到給定值時,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器A第Ⅲ

階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段此后,電動機開始在負載的阻力下減速,

相應(yīng)(t3~t4)小段時間內(nèi),Id<IdL,直到穩(wěn)定。如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好,會有些振蕩過程。IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3

t2

t1

tt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U*i,或者說,電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。第Ⅲ階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段此后,電動機開始在負載的阻力下減速2.分析結(jié)果

綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：

（1）飽和非線性控制（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)（3）準時間最優(yōu)控制

2.分析結(jié)果綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)（1）

飽和非線性控制

根據(jù)ASR的飽和與不飽和,整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài),不同狀態(tài)下表現(xiàn)為不同結(jié)構(gòu)的線性系統(tǒng):當ASR飽和時：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)。當ASR不飽和時:轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán),整個系統(tǒng)是一個無靜差調(diào)速系統(tǒng),而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動系統(tǒng)。（1）

飽和非線性控制根據(jù)ASR的飽和與不飽和,（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)

由于ASR采用了飽和非線性控制，起動過程結(jié)束進入轉(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)。（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)由于ASR采用了飽和非線性控制，起動（3）準時間最優(yōu)控制

起動過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。一般選擇為電動機允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動機的過載能力，使起動過程盡可能最快。但由于在起動過程Ⅰ、Ⅲ兩個階段中電流不能突變，導致實際起動過程和理想過程相比有些差距，但這兩階段占的時間很短。因此，整個起動過程可看作為是一個準時間最優(yōu)控制。（3）準時間最優(yōu)控制起動過程中的主要階段是第II階段的最后，應(yīng)該指出：對于不可逆的電力電子變換器,雙閉環(huán)控制只能保證良好的起動性能，卻不能產(chǎn)生回饋制動。在制動時,當電流下降到零以后,自由停車。必須加快制動時,只能采用電阻能耗制動或電磁抱閘。最后，應(yīng)該指出：2.2.3動態(tài)抗擾性能分析

一般來說，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動態(tài)性能。對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負載擾動

和抗電網(wǎng)電壓擾動的性能。2.2.3動態(tài)抗擾性能分析一般來說，雙閉環(huán)調(diào)速系

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsKsTss+1ACR

U*iUi--EId1.抗負載擾動±?IdL直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗負載擾作用

由動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中可以看出:負載擾動在轉(zhuǎn)速反饋環(huán)內(nèi)、電流反饋環(huán)外。因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來產(chǎn)生抗負載擾動的作用。在設(shè)計ASR時，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標。1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1圖2-8直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾作用a)單閉環(huán)系統(tǒng)2.抗電網(wǎng)電壓擾動±?UdU*n-IdLUn+-ASR

1/CenUd01/RTls+1RTmsIdKsTss+1-E在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中：電網(wǎng)電壓擾動的作用點離被調(diào)量較遠，調(diào)節(jié)作用受到多個環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動的性能要差一些。圖2-8直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾作用2.抗電網(wǎng)電壓擾動±?2.抗電網(wǎng)電壓擾動（續(xù)）-IdL±?Udb)雙閉環(huán)系統(tǒng)±△Ud—電網(wǎng)電壓波動在整流電壓上的反映

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsIdKsTss+1ACR

U*iUi--E雙閉環(huán)系統(tǒng)中：由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。2.抗電網(wǎng)電壓擾動（續(xù)）-IdL±?Udb)雙閉環(huán)系統(tǒng)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中：電網(wǎng)電壓擾動的作用點離被調(diào)量較遠，調(diào)節(jié)作用受到多個環(huán)節(jié)的延滯?？闺妷簲_動的性能要差一些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中：電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(diào)節(jié)（不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來）?？箶_性能大有改善。

因此,在雙閉環(huán)系統(tǒng)中,由電網(wǎng)電壓波動引起的轉(zhuǎn)速動態(tài)變化會比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。單、雙環(huán)抗電網(wǎng)電壓撓動性能對比分析總結(jié)：單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中：電網(wǎng)電壓擾動的作用點離被調(diào)量較遠，調(diào)節(jié)作用2.2.4轉(zhuǎn)速和電流兩個調(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)器的作用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導調(diào)節(jié)器,它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓變化；穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差；如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。對負載變化起抗擾作用（抗負載撓動）。其輸出限幅值決定電機允許的最大電流。2.2.4轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用綜上所述，轉(zhuǎn)速2.電流調(diào)節(jié)器的作用作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器,在外環(huán)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中,其作用是“使電流緊緊跟隨其電流給定信號”(即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量)變化。對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中,保證獲得電機允許的最大電流,從而加快（起動、升降速）動態(tài)過程。當電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時,限制電樞電流的最大值,起快速的自動保護作用。一旦故障消失,系統(tǒng)立即自動恢復正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的。2.2.4轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用（續(xù)）2.電流調(diào)節(jié)器的作用作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器,在外環(huán)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中2.3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法2.3.0問題的提出必要性用經(jīng)典的動態(tài)校正方法設(shè)計調(diào)節(jié)器,須同時解決

“穩(wěn)”、“準”、“快”、“抗干擾”等各方面相互有矛盾的靜、動態(tài)性能要求。需要設(shè)計者有扎實的理論基礎(chǔ)和豐富的實踐經(jīng)驗，而初學者則不易掌握。于是有必要建立實用的設(shè)計方法。可能性現(xiàn)代電力拖動自控系統(tǒng)大多可由低階系統(tǒng)近似?？蓺w結(jié)出幾種少數(shù)典型低階系統(tǒng)。事先：深入研究低階典型系統(tǒng)的特性，弄清參數(shù)與性能指標間的關(guān)系，并寫成公式或制成圖表。設(shè)計時：將實際系統(tǒng)校正或簡化成典型系統(tǒng)的形式，就可用現(xiàn)成的公式和表格計算參數(shù)。設(shè)計過程簡便！

——這就有了建立工程設(shè)計方法的可能性。2.3調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法2.3.0問題的提出可能性2.3.1

調(diào)節(jié)器工程設(shè)計方法的原則與基本思路有必要性,有可能,各種工程設(shè)計方法相繼問世。德國西門子提出“調(diào)節(jié)器最佳整定”法:包括“模最佳”、“對稱最佳”兩種參數(shù)設(shè)計方法，慣稱“二階最佳”、“三階最佳”設(shè)計?！胶喢骱糜洠瑖H上普遍應(yīng)用。存在問題：

1）沒有明確參數(shù)調(diào)整的方向;2）沒有考慮到調(diào)節(jié)器飽和這一關(guān)鍵問題。我國學者吸取動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計用的“振蕩指標法”和“模型系統(tǒng)法”的長處，也歸納出了調(diào)節(jié)器的相關(guān)工程設(shè)計方法，實用有效的。2.3.1調(diào)節(jié)器工程設(shè)計方法的原則與基本思路有必要性,有2.3.1

調(diào)節(jié)器工程設(shè)計方法的原則與基本思路（續(xù)）

設(shè)計方法的原則:概念清楚、易懂；計算公式簡明、好記；不僅給出參數(shù)計算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡單的計算公式；適用于各種可簡化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。2.3.1調(diào)節(jié)器工程設(shè)計方法的原則與基本思路（續(xù)）設(shè)計方

工程設(shè)計方法的基本思路

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。設(shè)計調(diào)節(jié)器的參數(shù),以滿足動態(tài)性能指標的要求。這樣做，就可把“穩(wěn)、快、準和抗干擾”之間相互交叉的矛盾問題分成兩步來解決：1）第一步解決主要矛盾:動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度;2）第二步:再進一步滿足其他動態(tài)性能指標。選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)時,只采用少量典型系統(tǒng),其參數(shù)與系統(tǒng)性能指標的關(guān)系明確,可使參數(shù)設(shè)計方法規(guī)范化,減少設(shè)計工作量。作為工程設(shè)計方法，首先要使問題簡化，突出主要矛盾。簡化的基本思路是，把調(diào)節(jié)器的設(shè)計過程分作兩步：

工程設(shè)計方法的基本思路選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),使系統(tǒng)典型化并滿2.3.2

典型系統(tǒng)一般來說，許多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)都可表示為：R(s)C(s)(2-8)上式中：分母中的sr項表示該系統(tǒng)在原點處有r重極點，或者說，系統(tǒng)含有r個積分環(huán)節(jié)。根據(jù)r=0，1，2，…等不同數(shù)值，分別稱作0型、I型、Ⅱ型、…系統(tǒng)。自控理論已證明：1）0型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度低；2）而Ⅲ型和Ⅲ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)。2.3.2典型系統(tǒng)一般來說，許多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)都可1.典型I型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖與傳遞函數(shù)式中:T—系統(tǒng)的慣性時間常數(shù);

K—系統(tǒng)的開環(huán)增益。(2-9)開環(huán)對數(shù)頻率特性dB/decdB/dec1.典型I型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖與傳遞函數(shù)式中:T—系統(tǒng)的慣性典I型系統(tǒng)性能特性

或于是，相角穩(wěn)定裕度：

dB/decdB/dec

典I型系統(tǒng)，對數(shù)幅頻特性的中頻段以–20dB/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。

要做到這點，應(yīng)選擇參數(shù)：典I型系統(tǒng)性能特性或于是，相角穩(wěn)定裕度：dB/d2.典型Ⅱ型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)（2-10）開環(huán)傳遞函數(shù):開環(huán)對數(shù)頻率特性O(shè)dB/decdB/decdB/decC(s)R(s)-2.典型Ⅱ型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)（2-10）開環(huán)傳遞函數(shù):

典型的II型系統(tǒng)也是以–20dB/dec

的斜率穿越零分貝線。分母中s2項對應(yīng)的相頻特性是-180°;

后面還有一個慣性環(huán)節(jié)。在分子添上一個比例微分環(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。或且

比T大得越多,系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度越大。

性能特性要實現(xiàn)圖示頻率特性,選擇參數(shù)時應(yīng)滿足:

OdB/decdB/decdB/dec典型的II型系統(tǒng)也是以–20dB/dec的斜率穿越2.3.3控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標動態(tài)性能指標,包括：對給定輸入信號的跟隨性能指標;對撓動輸入信號的抗撓性能指標。

生產(chǎn)工藝“對控制系統(tǒng)動態(tài)性能的要求”，經(jīng)折算和量化后可表達為“動態(tài)性能指標”。2.3.3控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標動態(tài)性能指標,包括：

在給定信號或參考輸入信號的作用下，系統(tǒng)輸出量的變化情況可用跟隨性能指標來描述。常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標tr

—上升時間

—超調(diào)量ts

—調(diào)節(jié)時間1.跟隨性能指標：±5%（或±2%）

0trts圖2-11典型階躍響應(yīng)曲線和跟隨性能指標系統(tǒng)典型的階躍響應(yīng)曲線在給定信號或參考輸入信號的作用下，系統(tǒng)輸出量2.抗擾性能指標

抗擾性能指標標志著控制系統(tǒng)抵抗擾動的能力。常用的抗擾性能指標有

Cmax

—動態(tài)降落—用占原穩(wěn)態(tài)值的百分比表示。

tv

—恢復時間突加擾動的動態(tài)過程和抗擾性能指標2.抗擾性能指標抗擾性能指標標志著控制系統(tǒng)實際控制系統(tǒng)對于各種動態(tài)指標要求不同。例如:可逆軋鋼機，需要連續(xù)正反向軋制許多道次，對轉(zhuǎn)速動態(tài)跟隨性能和抗撓性能都有較高要求；一般生產(chǎn)用不可逆調(diào)速系統(tǒng)，主要要求一定的“轉(zhuǎn)速抗撓性能”，其跟隨性能如何關(guān)系不大；工業(yè)機器人和數(shù)控機床位置隨動（伺服）系統(tǒng)，對跟隨性能要求高；大型天線的隨動系統(tǒng)，需要較高的跟隨性能，對抗撓性能也有一定要求?？傊?，一般來說：

1）調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標以抗撓性能為主；

2）隨動系統(tǒng)的動態(tài)指標則以跟隨性能為主。2.抗擾性能指標（續(xù)）!實際控制系統(tǒng)對于各種動態(tài)指標要求不同。例如:總之，一般來說：2.3.4

典型I型系統(tǒng)性能指標和參數(shù)的關(guān)系它包含兩個參數(shù)：開環(huán)增益K和時間常數(shù)T

。時間常數(shù)T

往往是控制對象本身固有的；能夠由調(diào)節(jié)器改變的只有開環(huán)增益K。既，K

是唯一的待定參數(shù)。

——設(shè)計時，需要按照性能指標選擇參數(shù)K

的大小。開環(huán)傳遞函數(shù):2.3.4典型I型系統(tǒng)性能指標和參數(shù)的關(guān)系它包含兩個參數(shù)：

K

與開環(huán)對數(shù)頻率特性的關(guān)系圖2-13:不同K值時典I型系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性。

當

c<1/T時,特性以–20dB/dec斜率穿越零分貝線,系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性。由圖可知:所以:K=

c（當時）(2-12)

K與開環(huán)對數(shù)頻率特性的關(guān)系圖2-13:不同K值時典

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：γ=90°–arctg

cT，越小

這也說明快速性與穩(wěn)定性之間的矛盾。在具體選擇參數(shù)K時，須在二者之間取折衷。所以:K=

c（當時）(2-12)

表明：K值越大，截止頻率c也越大，系統(tǒng)響表2-1I型系統(tǒng)在不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差輸入信號階躍輸入斜坡輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差

0v0/K

1.典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標與參數(shù)的關(guān)系（1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標：可用不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差來表示。由表可見：在階躍輸入下的I型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時是無差的；但在斜坡輸入下則有恒值穩(wěn)態(tài)誤差，且與K值成反比;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系統(tǒng)。表2-1I型系統(tǒng)在不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差輸入信號階（2）動態(tài)跟隨性能指標閉環(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

（2-13）

式中:

n—無阻尼時的自然振蕩角頻率,或稱固有角頻率;

—阻尼比,或稱衰減系數(shù)。1.典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標與參數(shù)的關(guān)系（續(xù)）

典型I型系統(tǒng)是二階系統(tǒng)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)（2-14）

K、T與標準形式中的參數(shù)的換算關(guān)系:

(2-15)

(2-16)

(2-17)

且有

（2）動態(tài)跟隨性能指標閉環(huán)傳遞函數(shù)：典型I型系統(tǒng)是一種二當

<1時，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)是欠阻尼的振蕩特性，當

1時，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)是過阻尼的單調(diào)特性；當

=1時，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)是臨界阻尼。由于過阻尼特性動態(tài)響應(yīng)較慢，所以一般常把系統(tǒng)設(shè)計成欠阻尼狀態(tài)，即

0<

<1

二階系統(tǒng)的性質(zhì)

由于在典I系統(tǒng)中KT<1，代入式（2-16）得

>0.5。因此在典型I型系統(tǒng)中應(yīng)?。合旅媪谐銮纷枘岫A系統(tǒng)在零初始條件下的階躍響應(yīng)動態(tài)指標計算公式(2-18)

(2-16)

當<1時，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)是欠阻尼的振蕩特性，二階系統(tǒng)性能指標和系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系(2-19)(2-20)(2-21)超調(diào)量:上升時間:峰值時間:調(diào)節(jié)時間ts：（當ξ<0.9時）（2-22）頻域指標ωn和相角裕度γ：1)截止頻率：（2-23）2)相角穩(wěn)定裕度：（2-24）性能指標和系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系(2-19)(2-20)(2表2-2典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)的關(guān)系

（

與KT的關(guān)系服從于式2-16）

具體選擇參數(shù)時，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)工藝要求選擇參數(shù)以滿足性能指標。參數(shù)關(guān)系KT0.250.39

0.50.691.0阻尼比

超調(diào)量

上升時間tr峰值時間tp

相角穩(wěn)定裕度

截止頻率

c

1.00%

76.3°0.243/T

0.81.5%6.6T8.3T69.9°0.367/T0.7074.3%

4.7T6.2T

65.5°0.455/T0.69.5%3.3T4.7T59.2°0.596/T

0.5

16.3%

2.4T3.2T

51.8°

0.786/T表2-2典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)的關(guān)系

2.典型I型系統(tǒng)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系圖:擾動F

作用下的典型I型系統(tǒng)。W1(s)是擾動作用點前面部分的傳遞函數(shù);后面部分是W2(s).(2-25)

只討論抗擾性能時,令輸入作用R=0,得到等效結(jié)構(gòu)圖。（2-26）2.典型I型系統(tǒng)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系圖:擾動F作虛框內(nèi)環(huán)節(jié)的輸出變化過程,就是閉環(huán)系統(tǒng)的跟隨過程。說明抗撓性能的優(yōu)劣與跟隨性能的優(yōu)劣有關(guān);

虛框前有“1/W1(s)”的作用,撓動作用點前的傳遞函數(shù)W1(s)對抗撓性能也有很大的影響;

因此:僅靠典型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)W(s)并不能像分析跟隨性能那樣唯一地決定抗撓性能指標,撓動作用點的位置也是一個重要因素。某種定量的抗撓性能指標只適用于一種特定的撓動作用點?？箵戏治鰪碗s！

根據(jù)圖b和式(2-26)可知：（2-26）虛框內(nèi)環(huán)節(jié)的輸出變化過程,就是閉環(huán)系統(tǒng)的跟隨過程。說明抗撓我們只針對常用的調(diào)速系統(tǒng)選擇圖2-15所示的一種結(jié)構(gòu)，進行分析，其他結(jié)構(gòu)可類似處理。撓動作用點前后各選擇一種特定的結(jié)構(gòu)：Kd/(T1s+1)和K2/(T2s+1)

在控制對象前面的調(diào)節(jié)器采用常用的PI調(diào)節(jié)器取:K1=KpiKd/τi

K1K2=K，取:τ1=T2>T1=T

即令:調(diào)節(jié)器中的比例微分環(huán)節(jié)(τ1s+1)對消掉控制對象中大時常慣性環(huán)節(jié)(T1s+1).

則圖a可改畫成圖b我們只針對常用的調(diào)速系統(tǒng)選擇圖2-15所示的一種結(jié)構(gòu)，進行分撓動點前

撓動點后

在階躍撓動F(s)=F/s下,輸出變化量為:如調(diào)節(jié)器參數(shù)已按跟隨性指標選定為KT=0.5,則:

(2-29)—經(jīng)過拉氏反變換，可得到階躍撓動后輸出變化量的動態(tài)過程函數(shù)△C(t).取:為控制對象中小時間常數(shù)與大時間常數(shù)的比值。取不同m值，可計算出相應(yīng)的△C(t)動態(tài)過程曲線，并算出抗撓指標。撓動點前撓動點后在階躍撓動F(s)=F/s下,輸出變化55.5%33.2%18.5%12.9%tm

/T2.83.43.84.0tv

/T14.721.728.730.4表2-3典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系(控制結(jié)構(gòu)和擾動作用點如圖2-15所示，已選定的參數(shù)關(guān)系KT=0.5)

不同m值時的計算結(jié)果可看出:當控制對象的兩個時間常數(shù)相距較大時，動態(tài)降落減小，但恢復時間卻拖得較長。

55.5%33.2%18.5%12.9%tm/T2.832.3.5典型II型系統(tǒng)性能指標和參數(shù)的關(guān)系

可選參數(shù):1）（與典型I型系統(tǒng)相仿）時間常數(shù)T也是控制對象固有的;2）（不同的是）待定的參數(shù)有兩個:K和

。2.3.5典型II型系統(tǒng)性能指標和參數(shù)的關(guān)系可選參數(shù):中頻寬h0-20

–40

-40

/s-1

c

=1–20dB/dec–40dB/dec–40dB/dec圖2-16典型Ⅱ型系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性和中頻寬中頻寬度

由圖可見:h是斜率為–20dB/dec的中頻段的寬度，稱作“中頻寬”。由于中頻段的狀況對控制系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)起著決定性的作用，因此h值是一個很關(guān)鍵的參數(shù)。(2-32)

為便于分析,引入一個新的變量h(中頻寬)。中頻寬h0-20–40-40/s-1c=1

調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇計算

一般情況下:ω=1點對應(yīng)于低頻段“-40DB/dec”特性段。則有:

（2-33）

由圖2-16可看出：由于T一定,改變τ就相當于改變中頻寬h；在τ確定后,改變K相當于使特性上下平移,改變截止頻率ωc

在工程設(shè)計中:如果兩個參數(shù)都任選,工作量大！如果能在兩個參數(shù)間找到“對動態(tài)性能有利”的某種關(guān)系,選出一個參數(shù)就能推算出另一參數(shù),雙參數(shù)設(shè)計問題就變?yōu)閱螀?shù)設(shè)計問題,簡！調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇計算一般情況下:ω=1點對應(yīng)于低頻段尋找h與ωc兩參數(shù)間的最佳配合“振蕩指標法”中“閉環(huán)幅頻特性的峰值Mr最小準則”表明：對于一定的h值，只有一個確定的ωc(或K)可以得到最小閉環(huán)幅頻特性峰值Mrmin；這時ωc和ω1、ω2之間的關(guān)系是:

稱為:Mrmin準則的“最佳頻比”對應(yīng)的最小閉環(huán)幅頻特性峰值是

調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇計算(續(xù))尋找h與ωc兩參數(shù)間的最佳配合“振蕩指標法”中“閉環(huán)加大中頻寬h，可減小Mrmin，降低超調(diào)量σ(穩(wěn)定性增強);

但同時ωc也將減小(ω2不變),使系統(tǒng)的快速性減弱。經(jīng)驗表明：

1）Mrmin在1.2-1.5之間時，系統(tǒng)的動態(tài)性能較好；

2）Mrmin有時也允許達到1.8-2.0。

從表2-4(見教材)可看出：

對應(yīng)的，h

值可在3-10之間選擇。h更大時，降低Mrmin的效果不明顯。h值一般取5。

尋找h與ωc兩參數(shù)間的最佳配合選定h后，可根據(jù)h查表得到“ω2/ωc=?”可求出ωc（因ω2=1/T是已知的)。加大中頻寬h，可減小Mrmin，降低超調(diào)量σ(穩(wěn)定性增強);工程設(shè)計中計算典Ⅱ型系統(tǒng)參數(shù)的計算公式。使用時:只要按動態(tài)性能指標的要求確定h值，就可以代入這兩個公式計算τ和K參數(shù)。再由此計算調(diào)節(jié)器參數(shù)。

確定了h和ωc之后,可以很容易地計算出τ和K參數(shù),即：——τ和K都成為單一參數(shù)“h”的表達式。

調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算

調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇計算（續(xù)）工程設(shè)計中計算典Ⅱ型系統(tǒng)參數(shù)的計算公式。確定了h表2-5

II型系統(tǒng)在不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差輸入信號階躍輸入斜坡輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差00（1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標

Ⅱ型系統(tǒng)在不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差列于表2-5中。1.典型II型系統(tǒng)跟隨性能指標和參數(shù)的關(guān)系

在階躍和斜坡輸入下，II型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時均無差；加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差與開環(huán)增益K成反比。表2-5II型系統(tǒng)在不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差輸入信號（2）動態(tài)跟隨性能指標

當按Mr最小準則選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)時,只要把用h表示的τ和K的表達式,代入相應(yīng)的傳遞函數(shù)式,就可求出系統(tǒng)的動態(tài)性能指標。單位階躍輸出相函數(shù)（2）動態(tài)跟隨性能指標當按Mr最小準則選擇調(diào)

以T為基準,當h取不同值時,可求出單位階躍響應(yīng),并求出超調(diào)量、上升時間和調(diào)節(jié)時間。表。1）由于過渡過程的振蕩性質(zhì),調(diào)節(jié)時間隨h的變化不是單調(diào)的,在h=5時調(diào)節(jié)時間最短；2）h減小時,上升時間快;h增大時,超調(diào)量小。3）綜合各項指標,h=5時動態(tài)跟隨性能比較適中。大大小小以T為基準,當h取不同值時,可求出單位階躍比較典II和典型I系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能：典型II型系統(tǒng)的超調(diào)量一般比典型I型系統(tǒng)大;典型II型系統(tǒng)的快速性比典型I型系統(tǒng)要好。Ts≈6T比較典II和典型I系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能：典型II型系統(tǒng)的超調(diào)量抗擾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.典型Ⅱ型系統(tǒng)“抗擾性能”指標和參數(shù)的關(guān)系

注意擾動作用點:正好為轉(zhuǎn)速環(huán)中負載擾動作用點的位置?？刂茖ο髶蟿幼饔命c前后的傳函：

調(diào)節(jié)器PI型。和?。篕1=KpiKd/τ1，K1K2=K，τ1=hT，圖a可改畫為圖b。于是：屬于典型Ⅱ型系統(tǒng)?？箶_系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.典型Ⅱ型系統(tǒng)“抗擾性能”指標和參數(shù)的關(guān)系在階躍擾動下：（2-43）

抗撓性能指標按Mrmin準則確定參數(shù)關(guān)系，即取

可計算出對應(yīng)不同h值的動態(tài)抗撓曲線，求出各項動態(tài)抗撓性能指標，見表2-7。在階躍擾動下：（2-43）抗撓性能指標按Mrmin準

可見：h=5是較好的選擇，這與跟隨性能指標中調(diào)節(jié)時間最短的條件是一致的。表2-7中數(shù)據(jù)表明：但當h<5時,h再減小時,

因振蕩次數(shù)增加恢復時間tv反而拖長.當h再增加時,系統(tǒng)穩(wěn)定性增加(K減小),系統(tǒng)抗撓性能變差.一般情況下,當h值越小:

Cmax/Cb也越小;同時,tm和tv也都短。因而抗擾性能越好。大大小大可見：h=5是較好的選擇，這與跟隨性能指標中調(diào)節(jié)時間最短

綜合典型Ⅱ型系統(tǒng)“跟隨”和“抗撓”各項性能指標綜合起來看：

h=5應(yīng)該是一個很好的選擇。此時，系統(tǒng)快速跟隨性和抗撓性能可達到綜合最佳。結(jié)論：綜合典型Ⅱ型系統(tǒng)“跟隨”和“抗撓”各項性能指比較典型I型系統(tǒng)和典型Ⅱ型系統(tǒng)抗撓性能：典型I型系統(tǒng)抗擾性能稍差；典型Ⅱ型系統(tǒng)抗擾性能較好。比較典型I型系統(tǒng)和典型Ⅱ型系統(tǒng)抗撓性能：典型I型系統(tǒng)抗擾

通過比較分析,典型I型系統(tǒng)和典型Ⅱ型系統(tǒng)除了在穩(wěn)態(tài)誤差上的區(qū)別以外,在動態(tài)性能中：

兩種系統(tǒng)比較典型I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；典型Ⅱ型系統(tǒng)的超調(diào)量相對較大，抗擾性能卻比較好。

——這是設(shè)計時選擇典型系統(tǒng)的重要依據(jù)。通過比較分析,典型I型系統(tǒng)和典型Ⅱ型系統(tǒng)除了在穩(wěn)態(tài)2.3.6調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似處理

——非典型系統(tǒng)的典型化1.調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇基本思路:將控制對象校正成為典型系統(tǒng)。系統(tǒng)校正控制對象

調(diào)節(jié)器

輸入輸出典型系統(tǒng)

輸入輸出

(前已給出)典型系統(tǒng)的性能指標和參數(shù)間關(guān)系；便于通過工程設(shè)計方法，選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)。2.3.6調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似處理

確定要校正為哪一類典型系統(tǒng)選擇依據(jù)（兩種系統(tǒng)各自的性能特點）如果系統(tǒng)主要要求跟隨性能強,可按典型Ⅰ系統(tǒng)設(shè)計;如果主要要求良好的抗撓性能,則首選典型Ⅱ系統(tǒng)。如果既要求抗干能力強,又要階躍響應(yīng)超調(diào)小,兩種典型都不滿足。根據(jù)輸入信號和穩(wěn)態(tài)誤差要求選擇。根據(jù)動態(tài)性能指標選擇：

實際上,突加階躍給定后相當一段時間內(nèi),調(diào)節(jié)器的輸出可能是飽和的（輸出有限制）,就脫離了線性條件。實際系統(tǒng)的超調(diào)量并沒有按線性系統(tǒng)計算出來的那樣大。

注意一點：確定要校正為哪一類典型系統(tǒng)選擇依據(jù)（兩種系統(tǒng)各自的性能特

選擇規(guī)律確定了典型系統(tǒng)后，選擇調(diào)節(jié)器。選擇方法：1）把控制對象與調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)相乘，匹配成典型系統(tǒng)。原傳函是雙慣性型的(T1>T2),要校正為典型Ⅰ型系統(tǒng)。原傳函是積分-雙慣性型的,T1與T2大小相仿。校正為典型Ⅱ型系統(tǒng)。舉例：2）如匹配不成，可先對控制對象傳遞函數(shù)做近似處理，再與調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)配成典型系統(tǒng)。選擇規(guī)律確定了典型系統(tǒng)后，選擇調(diào)節(jié)器。原傳函是雙慣性型的(表2-8和表2-9：幾種要校正成典型I,典型II型系統(tǒng)的“控制對象”和相應(yīng)的“調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)”;表中還給出了參數(shù)配合關(guān)系。表2-8和表2-9：有時僅靠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，或者采用更復雜的控制規(guī)律。

傳遞函數(shù)的近似化處理有時僅靠P、I、PI、PD及PID幾種調(diào)節(jié)器都不能滿足要求2.傳遞函數(shù)近似處理1)高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理實際系統(tǒng)中往往有若干小時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié),所對應(yīng)的頻率都處于頻率特性的高頻段,形成一組小慣性群。處理方法：在一定的條件下,小慣性群近似看成是一個小慣性環(huán)節(jié),其時間常數(shù)等于小慣性群中各時間常數(shù)之和。

(2-47)

近似條件(2-46)

小慣性環(huán)節(jié)可以合并（T1>>T2,T1>>T3）2.傳遞函數(shù)近似處理1)高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理處理方2）高階系統(tǒng)的降階近似處理

把多階小慣性環(huán)節(jié)降為一階小慣性環(huán)節(jié)的近似處理，實為高階系統(tǒng)降階處理的一種特例。更一般的情況：如何能忽略特征方程的高次項。其中:a，b，c都是正系數(shù)，且bc

a，即系統(tǒng)是穩(wěn)定的。(2-50)

以三階系統(tǒng)為例,設(shè):降階處理若能忽略高次項，可得近似的一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為近似條件

(2-51)

(2-52)

2）高階系統(tǒng)的降階近似處理把多階小慣性環(huán)節(jié)降為一階小慣性

當系統(tǒng)中存在一個時間常數(shù)特別大的慣性環(huán)節(jié)時，可以近似地將它看成是積分環(huán)節(jié)，即：3）低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理近似條件:

(2-53)

例如：對頻率特性的影響

把慣性環(huán)節(jié)近似成積分環(huán)節(jié)后，相對實際系統(tǒng)相角滯后變大，相角裕度更小了。也就是說:按近似系統(tǒng)設(shè)計好調(diào)節(jié)器后，實際系統(tǒng)的穩(wěn)定性應(yīng)該更強。因此該方法是可行的！而近似關(guān)系但,實際系統(tǒng)穩(wěn)定性更強！當系統(tǒng)中存在一個時間常數(shù)特別大的慣性環(huán)節(jié)時，可以近似地將它(低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理)對頻率特性的影響舉例:開環(huán)傳遞函數(shù)其中：T1>τ>T2，且1/T1遠低于截止頻率ωc，處于低頻段。

c圖2-21低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理對頻率特性的影響

低頻時把特性a近似地看成特性b

(低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理)對頻率特性的影響舉例:開環(huán)傳

從圖2-21開環(huán)對數(shù)頻率特性可：相當于把特性a近似地看成特性b，其差別只在低頻段，這樣近似處理對系統(tǒng)的動態(tài)性能影響不大。注意：從穩(wěn)態(tài)性能上看：這樣的近似處理相當于把系統(tǒng)的類型認為地提高了一級，如原來是Ⅰ型系統(tǒng)，近似處理后變?yōu)棰蛐拖到y(tǒng)（當然是不真實的）。所以，這種近似處理只能用于分析動態(tài)性能；當考慮穩(wěn)態(tài)精度時，仍采用原來的傳遞函數(shù)即可。從圖2-21開環(huán)對數(shù)頻率特性可：相當于把特性2.4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器

本節(jié)將應(yīng)用前述的工程設(shè)計方法來設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器。主要介紹內(nèi)容：系統(tǒng)設(shè)計對象系統(tǒng)設(shè)計原則系統(tǒng)設(shè)計步驟2.4按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器——轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。1.系統(tǒng)設(shè)計對象-IdL(s)Ud0(s)Un+--+-UiACR1/RTls+1RTmsU*I(s)Uc(s)KsTss+1Id1Ce+E

Tois+11

T0is+1ASR1

T0ns+1

Tons+1U*n(s)n(s)圖2-22雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖

E(s)電流環(huán)

與前述的圖2-6不同之處在于增加了濾波環(huán)節(jié)。包括：電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個給定信號的濾波環(huán)節(jié)。其中：Toi—

電流反饋濾波時間常數(shù)；Ton—

轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)。思考:為何加濾波環(huán)節(jié)？——轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。1.系統(tǒng)設(shè)計對象-IdL(s加濾波環(huán)節(jié)的原因:檢測信號濾波：電流檢測信號中常含有交流分量。為不影響輸入，需要濾波。反饋不能抵抗檢測誤差。轉(zhuǎn)速檢測信號中也會含有諧波分量。影響：濾波環(huán)節(jié)（一階慣性環(huán)節(jié)）,會造成反饋信號延遲。給定信號濾波，意義：讓給定信號和反饋信號經(jīng)過相同的延遲，使兩者在時間上得到恰當?shù)呐浜?；可帶來設(shè)計上的方便（便于結(jié)構(gòu)圖簡化）。加濾波環(huán)節(jié)的原因:2.系統(tǒng)設(shè)計原則系統(tǒng)設(shè)計的一般原則

“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”

從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴展。在這里：首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器；然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié),再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。2.系統(tǒng)設(shè)計原則系統(tǒng)設(shè)計的一般原則

設(shè)計分為以下幾個步驟：1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化（使能校正為典型系統(tǒng)）2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算4.電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)2.4.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計設(shè)計分為以下幾個步驟：2.4.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化簡化內(nèi)容:忽略反電動勢的動態(tài)影響等效成單位負反饋系統(tǒng)小慣性環(huán)節(jié)近似處理1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化簡化內(nèi)容:忽略反電動勢的動態(tài)影響Ud0(s)+-Ui(s)ACR1/RTls+1U*i(s)Uc

(s)KsTss+1Id

(s)

Tois+11

Tois+1圖2-23a電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡

E(s)

電動勢與n成正比(代表了轉(zhuǎn)速對電流環(huán)的影響);慢變撓動。即電流瞬變過程中,可認為E基本不變。在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)時,可暫不考慮E變化的動態(tài)影響,即

E≈0。這時,電流環(huán)如下圖。忽略反電動勢的動態(tài)影響Ud0(s)+-Ui工程設(shè)計法中，典型系統(tǒng)是單位負反饋系統(tǒng)。如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成U*i(s)/

，則電流環(huán)便等效成單位負反饋系統(tǒng)（圖2-23b）。

等效成單位負反饋系統(tǒng)工程設(shè)計法中，典型系統(tǒng)是單位負反饋系統(tǒng)。等效成單位負反饋系由于Ts和T0i一般都比Tl小得多,可以當作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)。其時間常數(shù)為:簡化的近似條件:(2-56)

小慣性環(huán)節(jié)近似處理(2-55)

T∑i=Ts+Toi由于Ts和T0i一般都比Tl小得多,可以當作小慣性群

設(shè)計分為以下幾個步驟：1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化（使能校正為典型系統(tǒng)）2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算4.電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)2.4.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計（續(xù)）設(shè)計分為以下幾個步驟：2.4.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計（續(xù)）2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇典型系統(tǒng)的選擇從穩(wěn)態(tài)要求上看:希望電流無靜差,以得到理想的堵轉(zhuǎn)或起動特性。采用I型系統(tǒng)即可。從動態(tài)要求上看:實際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調(diào),以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值；而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要的因素。

所以,電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主,應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。

2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇典型系統(tǒng)的選擇所以,電流環(huán)應(yīng)2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇（續(xù)）電流調(diào)節(jié)器選擇電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的,要校正成典型I型系統(tǒng),應(yīng)采用PI型電流調(diào)節(jié)器,其傳函:（2-57）

式中:Ki

—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);

i—電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù).

為了讓調(diào)節(jié)器零點與控制對象的大時間常數(shù)極點對消,選擇:（2-58）則電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)成為典Ⅰ型形式:其中:2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇（續(xù)）電流調(diào)節(jié)器選擇（2-57）KIs(Tis+1)Id

(s)+-U*i(s)

校正后電流環(huán)的結(jié)構(gòu)和特性

圖2-24校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖開環(huán)對數(shù)幅頻特性:

OL/dB

ci-20dB/dec

/s-1-40dB/decT∑i其中:KIs(Tis+1)Id(s)+-U*i(s)校正所用到的近似或假定條件電力電子變換器純滯后處理的條件：忽略反電動勢對電流環(huán)的動態(tài)影響：電流環(huán)小慣性群的近似處理：

上述結(jié)果是在一系列假定條件下得到的，將用過的假定條件歸納如下：所用到的近似或假定條件電力電子變換器純滯后處理的條件：

設(shè)計分為以下幾個步驟：1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化（使能校正為典型系統(tǒng)）2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算4.電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)2.4.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計設(shè)計分為以下幾個步驟：2.4.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算式(2-57)中的參數(shù):Ki

和

i。待定參數(shù):比例系數(shù)Ki,可根據(jù)所需動態(tài)性能指標選取。（2-57）式中:Ki—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);

i—電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)其中

i已選定（2-58）3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算式(2-57)中的參數(shù):Ki和一般情況下,希望電流超調(diào)量

i≤5%,由表2-2,可選:

=0.707，

KI

T

i=0.5,

則:(2-60)

(2-61)

注意：如果實際系統(tǒng)要求的跟隨性能指標不同,式(2-60)和式(2-61)當然應(yīng)作相應(yīng)的改變。此外,如果對電流環(huán)的抗擾性能也有具體的要求,還得再校驗一下抗擾性能指標是否滿足。參數(shù)選擇其中

i已選定(2-58)其中:(2-59)一般情況下,希望電流超調(diào)量i≤5%,(2-60)(4.電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)模擬式電流調(diào)節(jié)器電路圖中:U*i

—電流給定電壓；

–Id

—電流負反饋電壓；

Uc

—電力電子變換器的控制電壓。圖2-25含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器

電流調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計算公式:(2-62)

(2-63)

(2-64)

4.電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)模擬式電流調(diào)節(jié)器電路圖中:圖2-25設(shè)計分為以下幾個步驟：1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇4.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)2.4.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計設(shè)計分為以下幾個步驟：2.4.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)。為此，須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。(2-65)

傳遞函數(shù)化簡忽略高次項,上式可降階近似為:(2-66)

近似條件可由式（2-52）求出:(2-67)

式中:

cn—轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)(2-65)傳遞

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U*i(s)，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為:(2-68)

這樣,原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象,經(jīng)閉環(huán)控制后,可以近似地等效成只有較小時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)(續(xù))物理意義:

表明,電流的閉環(huán)控制改造了控制對象,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。(2-66)

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U*設(shè)計分為以下幾個步驟：1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算4.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)2.4.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計設(shè)計分為以下幾個步驟：2.4.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇

轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)用“電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)”代替(雙環(huán)系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中的)電流環(huán)后,整個轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖所示。n

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