1、第第 2 章章2.1 雙閉環調速自動控制系統的組成雙閉環調速自動控制系統的組成2.2 雙閉環直流調速自動控制系統的靜特性和穩雙閉環直流調速自動控制系統的靜特性和穩態參數計算態參數計算2.3雙閉環直流調速自動控制系統的動態特性雙閉環直流調速自動控制系統的動態特性2.4 直流調速自動控制系統的工程設計方法直流調速自動控制系統的工程設計方法2.5 雙閉環直流調速自動控制系統的工程設計方雙閉環直流調速自動控制系統的工程設計方法法2.1 雙閉環調速自動控制系統的組成雙閉環調速自動控制系統的組成 問題的提出問題的提出 采用轉速負反饋和采用轉速負反饋和PIPI調節器的單閉環直流調調節器的單閉環直流調速系統可

2、以在保證系統穩定的前提下實現轉速無速系統可以在保證系統穩定的前提下實現轉速無靜差。但是，如果對系統的動態性能要求較高，靜差。但是，如果對系統的動態性能要求較高，例如：例如：要求快速起制動，單閉環系統就難以滿足要求快速起制動，單閉環系統就難以滿足需要。需要。 在單閉環系統中不能隨心所欲地控制電流和在單閉環系統中不能隨心所欲地控制電流和轉矩的動態過程。轉矩的動態過程。 在單閉環直流調速系統中，電流截止負反饋在單閉環直流調速系統中，電流截止負反饋環節是專門用來控制電流的，但它只能在超過環節是專門用來控制電流的，但它只能在超過臨界電流值臨界電流值Idcr以后，靠強烈的負反饋作用限以后，靠強烈的負反饋作

3、用限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態波形。態波形。 帶電流截止負反饋的單帶電流截止負反饋的單閉環直流調速系統起動閉環直流調速系統起動過程如圖所示，起動電過程如圖所示，起動電流達到最大值流達到最大值Idm 后，受后，受電流負反饋的作用降低電流負反饋的作用降低下來，電機的電磁轉矩下來，電機的電磁轉矩也隨之減小，加速過程也隨之減小，加速過程延長。延長。 ILnt tI Id dO OIdm mIdcr2. 起動過程起動過程 理想起動過程波形理想起動過程波形如圖，這時，起動如圖，這時，起動電流呈方形波，轉電流呈方形波，轉速按線性增長。這速按線性增長。這

4、是在最大電流（轉是在最大電流（轉矩）受限制時調速矩）受限制時調速系統所能獲得的最系統所能獲得的最快的起動過程?？斓钠饎舆^程。IdLnt tI Id dO OIdmu為了實現在允許條件下的最快起動，關鍵是為了實現在允許條件下的最快起動，關鍵是要獲得一段使電流保持為最大值要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過的恒流過程。程。u按照反饋控制規律，采用某個物理量的負反按照反饋控制規律，采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電電流負反饋流負反饋應該能夠得到近似的恒流過程。應該能夠得到近似的恒流過程。 系統希望能實現：系統希望能實現：起動過程，電流

5、反饋起主要作用，維持恒起動過程，電流反饋起主要作用，維持恒定電流。定電流。穩態時，轉速反饋起主要作用，維持恒定穩態時，轉速反饋起主要作用，維持恒定速度。速度。 轉速，電流雙閉環控制轉速，電流雙閉環控制 為了實現轉速和電流兩種負反饋分別起作為了實現轉速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統中設置兩個調節器，分別調用，可在系統中設置兩個調節器，分別調節轉速和電流，即分別引入轉速負反饋和節轉速和電流，即分別引入轉速負反饋和電流負反饋。二者之間實行嵌套（或稱串電流負反饋。二者之間實行嵌套（或稱串級）聯接如下圖所示。級）聯接如下圖所示。TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdId

6、UPE-+轉速、電流雙閉環直流調速系統結構轉速、電流雙閉環直流調速系統結構 1. 系統的組成系統的組成ASR轉速調節器轉速調節器 ACR電流調節器電流調節器 TG測速發電機測速發電機TA電流互感器電流互感器 UPE電力電子變換器電力電子變換器內環內環 外外 環環 為了獲得良好的靜、動態性能，轉速和電流兩個調為了獲得良好的靜、動態性能，轉速和電流兩個調節器一般都采用節器一般都采用PIPI調節器，以下以控制電壓調節器，以下以控制電壓U Uc c為正電為正電壓壓的情況考慮，分析時還需考慮到運算放大器的倒相的情況考慮，分析時還需考慮到運算放大器的倒相作用。作用。雙閉環直流調速系統電路原理圖雙閉環直流調

7、速系統電路原理圖 +-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd+-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLM1. 系統穩態結構圖系統穩態結構圖雙閉環直流調速系統的穩態結構圖雙閉環直流調速系統的穩態結構圖 轉速反饋系數轉速反饋系數; 電流反饋系數電流反饋系數 Ks 1/CeU*nUcIdEnUd0Un+-ASR+U*i- R ACR-UiUPE2.2 雙閉環直流調速自動控制系統的雙閉環直流調速自動控制系統的靜特性和穩態參數計算靜特性和穩態參數計算PIPI調節器兩種狀況：調節器兩種狀況： 飽和飽和輸出達到限幅值輸出達到限幅值 當調節器飽和時，輸出為恒值

8、，輸入量的變當調節器飽和時，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化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調節器退出飽和；即飽和的調節器暫時隔斷調節器退出飽和；即飽和的調節器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯系，了輸入和輸出間的聯系，相當于使該調節環相當于使該調節環開環開環。 不飽和不飽和輸出未達到限幅值輸出未達到限幅值 當調節器不飽和時，當調節器不飽和時，PI PI 作用使輸入偏差電作用使輸入偏差電壓在穩態時總是零。壓在穩態時總是零。 一般，在正常運行時，一般，在正常運行時，電流調節器是不會達到電流調節器是不會達到飽和狀態的。因此，對飽和狀態的。因此，對于靜特性來說，只有轉于靜特

9、性來說，只有轉速調節器飽和與不飽和速調節器飽和與不飽和兩種情況。兩種情況。雙閉環直流調速系統的雙閉環直流調速系統的靜特性如圖所示，靜特性如圖所示，雙閉環直流調速系統的靜特性雙閉環直流調速系統的靜特性 n0IdIdmIdnomOnABC雙閉環調速系統在穩態工作中，當兩個調節器都不飽雙閉環調速系統在穩態工作中，當兩個調節器都不飽和時，各變量之間有下列關系和時，各變量之間有下列關系 nUUn*ndLdi*iIIUUsdL*nesdesd0c/KRIUCKRInCKUU雙閉環調速系統的穩態參數計算與單閉環有靜差雙閉環調速系統的穩態參數計算與單閉環有靜差系統完全不同，而是和無靜差系統的穩態計算相系統完全

10、不同，而是和無靜差系統的穩態計算相似，即根據各調節器的給定與反饋值計算有關的似，即根據各調節器的給定與反饋值計算有關的反饋系數：反饋系數： 轉速反饋系數轉速反饋系數 電流反饋系數電流反饋系數 max*nmnUdm*imIUn兩個給定電壓的最大值兩個給定電壓的最大值U*nm和和U*im由設計者選由設計者選定，設計原則如下：定，設計原則如下： U*nm受運算放大器允許輸入電壓和穩壓電源的受運算放大器允許輸入電壓和穩壓電源的限制；限制； U*im為為ASR的輸出限幅值。的輸出限幅值。討論討論: :1 1 在雙閉環調速系統中在雙閉環調速系統中, ,若要調節電機的轉速若要調節電機的轉速可以調什么參數可以

11、調什么參數? ?若要調節堵轉電流需要調節若要調節堵轉電流需要調節什么參數什么參數? ?2 2 轉速轉速, ,電流雙閉環系統穩態運行時電流雙閉環系統穩態運行時, ,兩個調兩個調節器的輸入偏差和輸出電壓各是多少節器的輸入偏差和輸出電壓各是多少? ?3 3 雙閉環調速系統中雙閉環調速系統中, ,均用均用PIPI調節器調節器, ,當當ASR輸出輸出Ui*達到達到8V時時, ,電流達到最大電流電流達到最大電流80A, ,問問: :當負載電流由當負載電流由40A增加到增加到70A時時, ,Ui*如何變化如何變化? ? 雙閉環直流調速系統的動態數學模型雙閉環直流調速系統的動態數學模型 起動過程分析起動過程分

12、析 動態抗擾性能分析動態抗擾性能分析2.3 雙閉環直流調速自動控制系統的動態特性雙閉環直流調速自動控制系統的動態特性雙閉環直流調速系統的動態結構圖雙閉環直流調速系統的動態結構圖 U*n Uc-IdLnUd0Un+- +-UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E 圖中圖中W WASRASR(s)(s)和和W WACRACR(s)(s)分別表示轉速調節器和電分別表示轉速調節器和電流調節器的傳遞函數。如果采用流調節器的傳遞函數。如果采用PIPI調節器，則調節器，則有：有：ssKsWnnnASR1)(ssKsWiiiACR1)(雙雙閉閉環環系系統

13、統起起動動時時的的轉轉速速和和電電流流波波形形 n OOttIdm IdL Id n* IIIIIIt4 t3 t2 t1 由于在起動過由于在起動過程中轉速調節程中轉速調節器器ASR經歷了經歷了不飽和、飽和、不飽和、飽和、退飽和三種情退飽和三種情況，整個動態況，整個動態過程就分成圖過程就分成圖中標明的中標明的I、II、III三個階段。三個階段。 q 突加給定電壓突加給定電壓 U U* *n n 后，后，I Id d 上升，上升，當當 I Id d 小于負載小于負載電流電流 I IdLdL 時，電時，電機還不能轉動。機還不能轉動。IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2

14、t1 ttq當當 I Id d I IdLdL 后，后，電機開始起動，由電機開始起動，由于機電慣性作用，于機電慣性作用，轉速不會很快增長，轉速不會很快增長，因而轉速調節器因而轉速調節器ASRASR的輸入偏差電的輸入偏差電壓的數值仍較大，壓的數值仍較大，其輸出電壓保持限其輸出電壓保持限幅值幅值 U U* *imim，強迫電，強迫電流流 I Id d 迅速上升。迅速上升。q直到，直到，I Id d = = I Idmdm ， U Ui i = = U U* *imim 電流調電流調節器很快就壓制節器很快就壓制 I Id d 了的增長，標了的增長，標志著這一階段的志著這一階段的結束。結束。在這一階段

15、中，在這一階段中，ASRASR很快進入并保很快進入并保持飽和狀態，而持飽和狀態，而ACRACR一般一般不飽和。不飽和。q 在這個階段中，在這個階段中，ASR始終是飽和始終是飽和的，系統成為在的，系統成為在恒值電流恒值電流U*im 給給定下的電流調節定下的電流調節系統，因而系統系統，因而系統的加速度恒定，的加速度恒定，轉速呈線性增長。轉速呈線性增長。但但Id略低于略低于Idm。n IdL Id n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 ttq 當轉速上升到當轉速上升到給定值時，轉給定值時，轉速調節器速調節器ASR的輸入偏差減的輸入偏差減少到零，但其少到零，但其輸出卻由于積輸出卻由于積

16、分作用還維持分作用還維持在限幅值在限幅值U*im ，所以電機仍在所以電機仍在加速，使轉速加速，使轉速超調。超調。q轉速超調后，轉速超調后，ASR輸入偏差輸入偏差電壓變負，使電壓變負，使它開始退出飽它開始退出飽和狀態，和狀態， U*i 和和 Id 很快下降。很快下降。但是，只要但是，只要 Id 仍大于負載電仍大于負載電流流 IdL ，轉速就，轉速就繼續上升。繼續上升。IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 ttq直到直到Id = IdL時，轉時，轉矩矩Te= TL ，則則dn/dt = 0，轉速轉速n才到才到達峰值（達峰值（t = t3時）。時）。q此后，電動機此

17、后，電動機開始在負載的開始在負載的阻力下減速，阻力下減速，與此相應，在與此相應，在一小段時間內一小段時間內（ t3 t4 ），）， Id 45 典型典型I型系統的開環傳遞函數型系統的開環傳遞函數:)1()(TssKsW時間常數時間常數 T 在實際系統中往往是控制對象本身在實際系統中往往是控制對象本身固有的，能夠由調節器改變的只有開環增益固有的，能夠由調節器改變的只有開環增益 K ，也就是說，也就是說，K 是唯一的待定參數是唯一的待定參數。設計時，需。設計時，需要按照性能指標選擇參數要按照性能指標選擇參數 K 的大小。的大小。 K = c) 1()(TssKsW輸入信號輸入信號階躍輸入階躍輸入斜

18、坡輸入斜坡輸入加速度輸入加速度輸入穩態誤差穩態誤差 0v0 / K 0)(RtRtvtR0)(2)(20tatR （1 1）與穩態跟隨性能指標的關系）與穩態跟隨性能指標的關系：系統的穩態跟系統的穩態跟隨性能指標可用不同輸入信號作用下的穩態誤差隨性能指標可用不同輸入信號作用下的穩態誤差來表示來表示。 結論：結論：l在階躍輸入下的在階躍輸入下的 I 型系統穩態時是無差的；型系統穩態時是無差的；l但在斜坡輸入下則有恒值穩態誤差，且與但在斜坡輸入下則有恒值穩態誤差，且與 K 值成反比；值成反比；l在加速度輸入下穩態誤差為在加速度輸入下穩態誤差為 。 因此，因此，I型系統不能用于具有加速度輸入的隨型系統

19、不能用于具有加速度輸入的隨動系統。動系統。n閉環傳遞函數：典型閉環傳遞函數：典型I型系統是一種二階系型系統是一種二階系統，二階系統標準形式：統，二階系統標準形式：2nn22ncl2)()()(sssRsCsWl當當 1 時，系統動態響應是欠阻尼的振蕩特性，時，系統動態響應是欠阻尼的振蕩特性，l當當 1 時，系統動態響應是過阻尼的單調特性；時，系統動態響應是過阻尼的單調特性；l當當 = 1 時，系統動態響應是臨界阻尼。時，系統動態響應是臨界阻尼。 一般常把系統設計成欠阻尼狀態，即一般常把系統設計成欠阻尼狀態，即0 12nn22ncl2)()()(sssRsCsWTKnKT121T21n由于在典型

20、由于在典型I系統中系統中 KT 1，設計時應使：，設計時應使：15 . 0n性能指標和系統參數之間的關系性能指標和系統參數之間的關系 %100e%)1/(2)arccos(122rTt2np1t超調量超調量 上升時間上升時間 峰值時間峰值時間 調節時間調節時間 ts=3/n KT121 具體選擇參數時，應根據系統工藝要求選擇參數具體選擇參數時，應根據系統工藝要求選擇參數以滿足性能指標。以滿足性能指標。（eg1:53 例題例題2-2)參數關系參數關系KT0.250.39 0.50.69 1.0阻尼比阻尼比 超調量超調量 上升時間上升時間 tr峰值時間峰值時間 tp 相角穩定裕度相角穩定裕度 截止

21、頻率截止頻率 c 1.0 0 % 76.30.243/T 0.8 1.5% 6.6T8.3T69.90.367/T 0.707 4.3 % 4.7T6.2T 65.50.455/T 0.6 9.5 % 3.3T4.7T59.2 0.596/T 0.5 16.3 % 2.4T3.2T 51.8 0.786/T 下圖是在擾動下圖是在擾動 F（任意設定）（任意設定） 作用下的典型作用下的典型I型系統，型系統，) 1()()()(21TssKsWsWsW)(sF0)(sR)(2sW)(1sW)()(sCsC只討論抗擾性能時，令輸入作用只討論抗擾性能時，令輸入作用 R = 0，得，得到下圖所示的等效結構

22、圖。到下圖所示的等效結構圖。)(11sW)(2sW)(sC 由于抗擾性能與由于抗擾性能與 W W1 1( (s s) ) 有關，因此抗擾性能有關，因此抗擾性能指標也不定，隨著擾動點的變化而變化。在此，指標也不定，隨著擾動點的變化而變化。在此，針對常用的形式，分析書針對常用的形式，分析書p47p47中圖中圖2-162-16的一種情的一種情況，經過計算推導可得到表況，經過計算推導可得到表2-32-3所示的數據。所示的數據。221TTTTm51101201301%100maxbCC55.5%33.2%18.5%12.9%tm / T2.83.43.84.0tv / T14.721.728.730.4

23、表表3 典型典型I型系統動態抗擾性能指標與參數的關系型系統動態抗擾性能指標與參數的關系結論：當控制對象的兩個時間常數相距較大時，動態降落減結論：當控制對象的兩個時間常數相距較大時，動態降落減小，但恢復時間卻拖得較長。小，但恢復時間卻拖得較長。 結構圖和傳遞函數結構圖和傳遞函數 ) 1() 1()(2TsssKsW)(sR)(sC) 1() 1(2TsssK 開環對數開環對數頻率頻率特性特性O1/ 性能特性性能特性 典型的典型的II型系統也是以型系統也是以 20dB/dec 的斜率穿越的斜率穿越零分貝線。以保證系統穩定，即應零分貝線。以保證系統穩定，即應選擇參數選擇參數滿足滿足 T11cT或或

24、且且 比比 T 大得越多，系統的穩定性越好。大得越多，系統的穩定性越好。 典型典型II型系統的開環傳遞函數型系統的開環傳遞函數12Th)1()1()(2TsssKsW待定的參數為待定的參數為K K和和, ,為研究的方便，引進一參數為研究的方便，引進一參數h:h:dBL/0 11T12hKlg20-20 40 -40 / s-1c=120dB/dec40dB/dec40dB/dec典型典型型系統的開環對數幅頻特性和中頻寬型系統的開環對數幅頻特性和中頻寬中頻寬度中頻寬度1 C 12Th輸入信號輸入信號階躍輸入階躍輸入斜坡輸入斜坡輸入加速度輸入加速度輸入穩態誤差穩態誤差00 a0/K（1）穩態跟隨性

25、能指標穩態跟隨性能指標在在“振蕩指標法振蕩指標法”中，有：中，有：1 h/(h+1)c/ 1=(h+1)/212Th1 C前已有：前已有：所以：所以：(h+1)/2h2T2 h 3 4 56 7 8 9 10 tr / Tts / T 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）動態跟隨性能指標動態跟隨性能指標 h 3 4 56 7 8 9 10 tr

26、 / Tts / T 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 1h h減小時，上升時間快，減小時，上升時間快， h h增大時，超調量小一增大時，超調量小一般取般取h h為折中狀態為折中狀態 抗擾系統結構抗擾系統結構+ ) 1() 1(1TsshTsKsK2)(sF)(sC)(1sW- )(2sW h 3 4 56 7 8 9 10 Cmax/Cbtm /

27、T tv / T 72.2% 2.4513.60 77.5% 2.70 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 25.85h 值越小，值越小， Cmax/Cb 也越小，也越小， tm 和和 tv 都短，因而抗擾性能都短，因而抗擾性能越好，但是，當越好，但是，當 h 5 時，由于振蕩次數的增加，時，由于振蕩次數的增加， h 再小，恢再小，恢復時間復時間 tv 反而拖長了。把典型反而拖長了。把典型型系統跟隨和抗擾的各項性能型系統跟隨和抗擾的各項性

28、能指標綜合起來看，指標綜合起來看，h = 5應該是一個很好的選擇。應該是一個很好的選擇。 兩種系統比較總結：兩種系統比較總結： 典型典型I I型系統在跟隨性能上可以做到超調小，型系統在跟隨性能上可以做到超調小，但抗擾性能稍差但抗擾性能稍差 典型典型型系統的超調量相對較大，抗擾性型系統的超調量相對較大，抗擾性能卻比較好能卻比較好。 以上是設計時選擇典型系統的重要依據。以上是設計時選擇典型系統的重要依據。（1 1）高頻段小慣性環節的近似處理）高頻段小慣性環節的近似處理 實際系統中往往有若干個小時間常數的實際系統中往往有若干個小時間常數的慣性環節，這些小時間常數所對應的頻率都慣性環節，這些小時間常數

29、所對應的頻率都處于頻率特性的高頻段，形成一組小慣性群。處于頻率特性的高頻段，形成一組小慣性群。例如，系統的開環傳遞函數為例如，系統的開環傳遞函數為 ) 1)(1)(1() 1()(321sTsTsTssKsW小慣性環節可以合并小慣性環節可以合并 當系統有一組小慣性群時，在一定的當系統有一組小慣性群時，在一定的條件下，可以將它們近似地看成是一個小條件下，可以將它們近似地看成是一個小慣性環節，其時間常數等于小慣性群中各慣性環節，其時間常數等于小慣性群中各時間常數之和。時間常數之和。 1)(1) 1)(1(13232sTTsTsT例如：例如：近似條件近似條件32c31TT注意：注意：Wc為為校正后的

30、系統校正后的系統的截止頻率。的截止頻率。 上述小慣性群的近似處理實際上是高上述小慣性群的近似處理實際上是高階系統降階處理的一種特例，它把多階小階系統降階處理的一種特例，它把多階小慣性環節降為一階小慣性環節。下面討論慣性環節降為一階小慣性環節。下面討論更一般的情況，即如何能忽略特征方程的更一般的情況，即如何能忽略特征方程的高次項。以三階系統為例，設高次項。以三階系統為例，設 其中其中 a a，b b，c c都是正系數，且都是正系數，且bcbc a a，即系統，即系統是穩定的。是穩定的。1)(23csbsasKsW 降階處理：降階處理： 若能忽略高次項，可得近似的一階系統的傳若能忽略高次項，可得近

31、似的一階系統的傳遞函數為遞函數為 近似條件近似條件 ),1min(31cacb1)(23csbsasKsW1)(csKsW（3 3）低頻段大慣性環節的近似處理）低頻段大慣性環節的近似處理當系統中存在一個時間常數特別大的慣性當系統中存在一個時間常數特別大的慣性環節時，可以近似地將它看成是積分環節，環節時，可以近似地將它看成是積分環節，即即 11TsTs1 近似條件近似條件 T3c) 1)(1() 1()(21asTsTssKsW) 1() 1()(221bsTsTsKsW例如：例如：控制控制對象對象調節調節器器參數參數配合配合) 1)(1)(1(3212sTsTsTK) 1)(1(212sTsT

32、KT1、T2 T312TsK) 1(2TssK) 1)(1)(1(3212sTsTsTK321,TTT ssK11pi) 1(sKipKssK11pi) 1(11T2211,TT3211,TTTTT1 T2表表2 校正成典型校正成典型II型系統的幾種調節器選擇型系統的幾種調節器選擇控控制制對對象象調調節節器器參參數數配配合合) 1(2TssK21212) 1)(1(TTsTsTK相近21212,)1)(1(TTsTsTsK都很小21212,) 1)(1(TTsTsTsK3213212) 1)(1)(1(TTTsTsTsTK、ssK11pi) 1(ssK11pi1hT121hTsTTs11111

33、)(211TTh)(321TThsTsT11111ssK11pi1ssK11pi1l理解和掌握設計思路；理解和掌握設計思路；l掌握典型環節的參數與指標的關系并記掌握典型環節的參數與指標的關系并記憶一般折中參數；憶一般折中參數；l掌握系統的典型化；掌握系統的典型化；l會運用公式，會查表設計。會運用公式，會查表設計。工程設計方法重點總結：工程設計方法重點總結：2.5 雙閉環直流調速自動控制雙閉環直流調速自動控制系統的工程設計方法系統的工程設計方法 本節將應用前述的工程設計方法來設計本節將應用前述的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。轉速、電流雙閉環調速系統的兩個調節器。 主要內

34、容為：主要內容為： 系統設計對象系統設計對象 系統設計原則系統設計原則 系統設計方法系統設計方法-IdLUd0Un+-+-UiACR1/RTl s+1RTmsU*iUcKs Tss+1Id1Ce+E T0is+11 T0is+1ASR1 T0ns+1 T0ns+1U*nn電流電流 內環內環 雙閉環調速系統的動態結構圖雙閉環調速系統的動態結構圖 轉速、電流雙閉環調速系統。轉速、電流雙閉環調速系統。 系統設計的一般原則：系統設計的一般原則： “先內環后外環先內環后外環” 從內環開始，逐步向外擴展。首先設計電從內環開始，逐步向外擴展。首先設計電流調節器，然后把整個電流環看作是轉速調流調節器，然后把整

35、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。節系統中的一個環節，再設計轉速調節器。 設計分為以下幾個步驟：設計分為以下幾個步驟：（1 1）電流環結構圖的簡化）電流環結構圖的簡化（2 2）電流調節器結構的選擇）電流調節器結構的選擇（3 3）電流調節器的參數計算）電流調節器的參數計算（4 4）電流調節器的實現）電流調節器的實現 電流調節器的設計電流調節器的設計n忽略反電動勢的動態影響忽略反電動勢的動態影響 -IdLUd0Un+-+-UiACR1/RTl s+1RTmsU*iUcKs Tss+1Id1Ce+E T0is+11 T0is+1ASR1 T0ns+1 T0ns+1U*nnUd

36、0(s)+-Ui (s)ACR1/RTl s+1U*i(s)Uc (s)Ks Tss+1Id (s) T0is+11 T0is+1 忽略反電動勢的電流環忽略反電動勢的電流環 +-ACRUc (s)Ks /R (Tss+1)(Tl s+1)Id (s)U*i(s) T0is+1 小慣性環節近似處理小慣性環節近似處理簡化的近似條件為簡化的近似條件為: : oisci131TT+-ACRUc (s)Ks /R (Tss+1)(Tl s+1)Id (s)U*i(s) T0is+1電流環結構圖最終簡化成下圖。電流環結構圖最終簡化成下圖。 +-ACRUc (s)Ks /R (Tls+1)(Tis+1)Id

37、 (s)U*i(s)+-ACRUc (s)Ks /R (Tls+1)(Tis+1)Id (s)U*i(s) 典型系統的選擇：典型系統的選擇：l從穩態要求上看，希望電流無靜差，由上圖可以看出，從穩態要求上看，希望電流無靜差，由上圖可以看出，采用采用 I I 型系統就夠了。型系統就夠了。l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，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，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

38、流環應以跟隨性能為主，電流環應以跟隨性能為主，應選用典型應選用典型I I型系統。型系統。 +-ACRUc (s)Ks /R (Tls+1)(Tis+1)Id (s)U*i(s)+-ACRUc (s)Ks /R (Tls+1)(Tis+1)Id (s)U*i(s) 電流調節器選擇電流調節器選擇-PI-PI調節器調節器 ssKsWiiiACR) 1()(式中式中 K Ki i 電流調節器的比例系數；電流調節器的比例系數； i i 電流調節器的超前時間常數。電流調節器的超前時間常數。 為了讓調節器零點與控制對象的大時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：間常數極點對消，選擇： lTi

39、K I s(T is+1)Id (s)+ +- -U*i(s) RKKKisiI 電流調節器需要確定的參數有：電流調節器需要確定的參數有：Ki 和和 i， 其中其中 i=Tl已選定，剩下的只有比例系數已選定，剩下的只有比例系數 Ki， 可根據可根據所需要的動態性能指標選取。所需要的動態性能指標選取。 參數選擇參數選擇 在一般情況下，希望電流超調量在一般情況下，希望電流超調量 i 5%，由表，由表2-2，可選，可選 =0.707，KI T i =0.5，則，則iciI21TK)(22isisiTTKRTKRTKllRKKKisiI 模擬式電流調節器電路模擬式電流調節器電路含給定濾波與反饋濾波的含

40、給定濾波與反饋濾波的PIPI型電流調節器型電流調節器 電流調節器電路參數的計算公式電流調節器電路參數的計算公式0iiRRK iiiCRoi0oi41CRT 設計分為以下幾個步驟：設計分為以下幾個步驟：（1 1）電流環的等效閉環傳遞函數）電流環的等效閉環傳遞函數（2 2）轉速調節器結構的選擇）轉速調節器結構的選擇（3 3）轉速調節器參數的選擇）轉速調節器參數的選擇（4 4）轉速調節器的實現）轉速調節器的實現 轉速調節器的設計轉速調節器的設計 電流環閉環傳遞函數電流環閉環傳遞函數 電流環經簡化后可視作轉速環中的一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。個環節，為此，須求出它的閉環傳遞函數。111) 1(1) 1(/ )()()(I2IiiIiI*idclisKsKTsTsKsTsKsUsIsWK I s(T is+1)Id (s)+ +- -U*i(s) 傳遞函數化簡：傳遞函數化簡：111)(IclisKsWiIcn31TK近似條件可由式（近似條件可由式（2-522-52）求出）求出 式中式中 cncn 轉速環開環頻率特性的截止頻率。轉速環開環頻率特性的截止頻率。 電流環等效傳遞函數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接入轉速環內，電流環等效環節的輸入量應為為U*i(s)，因此電流環在轉