1、專業專注專心工作單位：邢臺職業技術學院主講：李光舉系統設計對象1系統設計原則2電流調節器的設計34.轉速調節器的設計4用工程設計方法設計雙閉環系統的調節器本節將應用工程設計方法來設計轉速、電流雙閉環調速系統的兩個調節器。主要內容為系統設計對象系統設計原則電流調節器的設計4.轉速調節器的設計1. 系統設計對象圖1 雙閉環調速系統的動態結構圖雙閉環調速系統的實際動態結構圖繪于圖1，在圖中增加了濾波環節，包括電流濾波、轉速濾波和兩個給定信號的濾波環節。其中T0i 電流反饋濾波時間常數T0n 轉速反饋濾波時間常數 2. 系統設計原則系統設計的一般原則：“先內環后外環” 。 從內環開始，逐步向外擴展。在

2、這里，首先設計電流調節器，然后把整個電流環看作是轉速調節系統中的一個環節，再設計轉速調節器。電流調節器的設計設計分為以下幾個步驟：3.1.電流環結構圖的簡化3.2.電流調節器結構的選擇3.3.電流調節器的參數計算3.4.電流調節器的實現3.1. 電流環結構圖的簡化簡化內容：忽略反電動勢的動態影響等效成單位負反饋系統小慣性環節近似處理 在按動態性能設計電流環時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態影響，即 E0。這時，電流環如下圖所示。忽略反電動勢的動態影響圖2等效成單位負反饋系統 如果把給定濾波和反饋濾波兩個環節都等效地移到環內，同時把給定信號改成U*i(s) / ，則電流環便等效成單位負反饋系統（

3、圖3）。 圖3（3）小慣性環節近似處理 最后，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節，其時間常數為 Ti = Ts + Toi電流環結構圖最終簡化成圖43.2.電流調節器結構的選擇典型系統的選擇從穩態要求上看，希望電流無靜差，以得到理想的堵轉特性，采用 I 型系統就夠了。從動態要求上看，實際系統不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調，以保證電流在動態過程中不超過允許值，而對電網電壓波動的及時抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環應以跟隨性能為主，應選用典型I型系統。電流調節器選擇 圖4表明，電流環的控制對象是雙慣性型的，要校正成典型 I 型系統

4、，顯然應采用PI型的電流調節器，其傳遞函數可以寫成 式中 Ki 電流調節器的比例系數； i 電流調節器的超前時間常數 ssKsWiiiACR) 1()(為了讓調節器零點與控制對象的大時間常數極點對消，選擇則電流環的動態結構圖便成為圖5所示的典型形式，其中 校正后電流環的結構和特性 見下圖lTiRKKKisiIa) 動態結構圖b) 開環對數幅頻特性 3.3 電流調節器的參數計算電流調節器的參數有：Ki 和 i， 其中 i 已選定，剩下的只有比例系數 Ki， 可根據所需要的動態性能指標選取。參數選擇 在一般情況下，希望電流超調量 i 5%，可選 =0.707，KI T i =0.5，則iciI21

5、TK再利用前面的公式，得到 注意：如果實際系統要求的跟隨性能指標不同，參數的選擇當然應作相應的改變。 此外，如果對電流環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。)(22isisiTTKRTKRTKll3.4. 電流調節器的實現模擬式電流調節器電路圖6 含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調節器圖中 U*i 為電流給定電壓； Id 為電流負反饋電壓； Uc 電力電子變換器的控制電壓。電流調節器電路參數的計算公式0iiRRK iiiCRoi0oi41CRT 轉速調節器的設計設計分為以下幾個步驟：4.1.電流環的等效閉環傳遞函數4.2.轉速調節器結構的選擇4.3.轉速調節器參數的選

6、擇4.4.轉速調節器的實現4.1. 電流環的等效閉環傳遞函數電流環經簡化后可視作轉速環中的一個環節，為此，須求出它的閉環傳遞函數。由圖5可知 111) 1(1) 1(/ )()()(I2IiiIiI*idclisKsKTsTsKsTsKsUsIsW傳遞函數化簡忽略高次項，上式可降階近似為 式中 cn 轉速環開環頻率特性的截止頻率。 111)(IclisKsW電流環等效傳遞函數 接入轉速環內，電流環等效環節的輸入量應為U*i(s)，因此電流環在轉速環中應等效為 這樣，原來是雙慣性環節的電流環控制對象，經閉環控制后，可以近似地等效成只有較小時間常數的一階慣性環節。 111)()()(Icli*id

7、sKsWsUsI物理意義： 這就表明，電流的閉環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（內環）控制的一個重要功能。 4.2. 轉速調節器結構的選擇轉速環的動態結構用電流環的等效環節代替圖1 中的電流環后，整個轉速控制系統的動態結構圖便如圖7所示。系統等效和小慣性的近似處理和電流環中一樣，把轉速給定濾波和反饋濾波環節移到環內，同時將給定信號改成 U*n(s)/ ，再把時間常數為 1 / KI 和 T0n 的兩個小慣性環節合并起來，近似成一個時間常數為的慣性環節，其中onIn1TKT轉速環結構簡化 等效成單位負反饋系統和小慣性的近似處理 轉速調節器選擇 為了實現轉速無靜差，在負載擾

8、動作用點前面必須有一個積分環節，它應該包含在轉速調節器 ASR 中（見圖 8），現在在擾動作用點后面已經有了一個積分環節，因此轉速環開環傳遞函數應共有兩個積分環節，所以應該設計成典型 型系統，這樣的系統同時也能滿足動態抗擾性能好的要求。 由此可見，ASR也應該采用PI調節器，其傳遞函數為式中 Kn 轉速調節器的比例系數； n 轉速調節器的超前時間常數。 調速系統的開環傳遞函數這樣，調速系統的開環傳遞函數為ssKsWnnnASR) 1()(令轉速環開環增益為 則 ) 1() 1() 1() 1()(n2mennnnmennnnsTsTCsRKsTsTCRssKsWmennNTCRKK) 1() 1()(n2nNnsTssKsW校正后的系統結構 圖9校正后成為典型 II 型系統 4.3. 轉速調節器的參數計算 轉速調節器的參數包括Kn 和 n。按照典型型系統的參數關系 因此 參數選擇：至于中頻寬 h 應選擇多少，要看動態性能的要求決定。nn hT2n2N21ThhKnmen2) 1(RThTChK無特殊要求時，一般可選擇 5h4.4. 轉速調節器的實現模擬式轉速調節器電路圖10 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉速調節器圖中， U*n 為轉速給定電壓，- n 為轉速負反饋電壓， U*i 調