【正文】 ???ilTT，因此可按典型 I 型系統(tǒng)設計，電流調(diào)節(jié)器用 PI 型，其傳遞函數(shù)為 ? ? ssKsW iiiACR ?? 1?? ③ 確定電流調(diào)節(jié)器參數(shù) ACR 超前時間常數(shù) sTli ??? 電流環(huán)開環(huán)增益：要求 i? ≤ 5%時應取 ??iITK ， 因此 3 50 0 3 ???? ? iciI TK ? （ 1?s ） 于是， ACR 的比例系數(shù)為 ?????? siIi KRKK ?? ④ 檢驗近似條件 電流環(huán)截止頻率 ?? Ici K? a 晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件為 sci T31?? ： cis ssT ????? ?? 11 13 1，滿足近似條件； b 忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件 lmci TT13?? ： cilm ssTT ????? ?? 11 1313，滿足近似條件； c 小時間常數(shù)近似處理條件 oisci TT131?? ： 畢業(yè)設計（論文） 31 ciois ssTT ????? ?? 11 131131，滿足近似條件。 ⑤ 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容值（取 ?? KR 400 ） ?????? KKRKR nn 4 6 ，取 470 ?K FFRC nnn ??? 63 ????? ，取 F? FFRTC onon ?? 1101040 630 ?????? ，取 1 F? ⑥ 校核轉速超調(diào)量： ? ?mnNNbn TTnnzCC ????????????? ?? ?? m a x2 當 h=5 時 %%100m a x ???bCC 而 m in/ in/ rrC RIn edN ????? 因此， %10% % ???????n?，滿足設要求。這使它成為國際控制領域應用最廣的首選軟件工具。每個變量代表一個矩陣，它可以有 nm? 個元素，每個元素都看作是復數(shù)，各種運算對矩陣和復數(shù)都有效。這些都減輕了編程和調(diào)試的工作量。 ④ 智能化程度高。基本部分包括 :矩陣的各 種運算和各種變換、代數(shù)和超越方程求解、數(shù)值積分等。 MATLAB 語言集計算、數(shù)據(jù)可視和程序設計于一體，并能用人們熟悉的符號表畢業(yè)設計（論文） 34 示出來，在工程計算方面具有不可比擬的優(yōu)越性，它還為圖形處理提供了豐富的函數(shù)。 SIMULINK界面為用戶提供了用方框圖進行建模的圖形接口，用戶建模通過簡單的單擊和拖動就能實現(xiàn)，使得建模就像用紙和筆來畫畫一樣容易。因此， MATLAB 已成為世界上應用最廣泛的工程計算應 用軟件之一。這些工具箱就是專業(yè)部分。 ⑤ 功能豐富，可擴展性強。能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動確定坐標繪圖，能繪制多種坐標系的圖形。 MATLAB 的程序與科技人員的書寫習慣相近，因此，它易讀易寫，易于科技人員交流。在控制 界，很多著名專家和學者為其擅長的領域開發(fā)了工具箱，而其中很多工具箱己經(jīng)成為該領域的標準。MATLAB 是一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件。 (3) 轉速環(huán)設計 ① 確定時間常數(shù) a 電流環(huán)等效時間常數(shù)為 sT i ?? b 轉速環(huán)濾波時間常數(shù) onT ： 根據(jù)測速發(fā)電機紋波情況，取 onT = c 轉速環(huán)小時間常數(shù) nT? ： sTTT onin ??? ?? ② 選擇轉速調(diào)節(jié)器結構 由于設計要求無靜差，轉速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動態(tài)要求，應按典型 II 型系統(tǒng)設計調(diào)速環(huán)。 轉速反饋系數(shù)： rV m in / ??? （≈ 10V/ maxn ）。 這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 畢業(yè)設計（論文） 27 ? ? ? ? ? ? ? ?? ?11112 ???????? sTsTCsRKsTsTCRssKsWnmennnnmennnn ?? ?????? （ 2— 38） 令轉速環(huán)開環(huán)增益 NK 為 mennN TCRKK ?? ?? （ 2— 39） 則 ? ? ? ?? ?112 ??? ? sTs sKsW nnNn ? 上述結果所需服從的近似條件歸納如下： iI TK?? 31? （ 2— 40） onI TK31?? （ 2— 41） (3) 轉速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算 轉速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括 nK 和 n? 。 (2) 轉速調(diào)節(jié)器結構的選擇 和電流環(huán)中一樣，把轉速給定濾波的反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時將給定信號改成 ???sUn* ，再把時間常數(shù)為 IK1 和 onT 的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為 nT? 的慣性環(huán)節(jié)，其中 onIn TKT ??? 1 （ 2— 36） 為了實現(xiàn)轉速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應該包含在轉速調(diào)節(jié)器 ASR 中。 20R20R20R20RCo iCo i balRAR1CiUcUi*dI??++ 圖 2— 10 含給定濾波與反饋濾波的 PI型電流調(diào)節(jié)器 根據(jù)運算放大器的電路原理，可以容易地導出 0RRK ii? （ 2— 29） iii CR?? （ 2— 30） oioi CRT 041? （ 2— 31） 轉速調(diào)節(jié)器的設計 (1) 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，為此，需求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)??sWcli 。 畢業(yè)設計（論文） 24 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 li T?? （ 2— 22） 則電流環(huán)的動態(tài)結構框圖便成為圖 2— 14 所示的典型形式，其中 RKKK i siI ? ?? （ 2— 23） 上述結果是在一系列假定條件下得以的，現(xiàn)將用過的假定條件歸納如下，以便具體設計時校驗。從穩(wěn)態(tài)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(tǒng)就夠了。這樣，在按動態(tài)性能設計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，也就是說，可以暫且把反電動勢的作用去掉。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉速給定通道上也加入時間常數(shù)為 onT 的給定濾波環(huán)節(jié) [2]。這樣的濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)來表示，其濾波時間常數(shù) oiT 按需要選定，以濾平電流檢測信號為準。 畢業(yè)設計（論文） 22 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計 按照設計多環(huán)控制系統(tǒng)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的一般原則，從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴展。由此可見， h=5 是較好的選擇，這與跟隨性能中調(diào)節(jié)時 間 st 最短的條件是一致的。 典型 II 型系統(tǒng)抗擾性能指標和參數(shù)的關系 典型 II 型系統(tǒng)抗擾性能指標和參數(shù)的關系列于表 24。 畢業(yè)設計（論文） 21 表 23 典型 II 型系統(tǒng)跟隨性能指標（按 minrM 準則確定參數(shù)關系） h 3 4 5 6 7 8 9 10 σ % % % % % % % % Ttr Tts k 3 2 2 1 1 1 1 1 由于過渡過程式衰減振蕩性質，調(diào)節(jié)時間隨 h 的變化不是單調(diào)的， h=5 時的調(diào)節(jié)時間最短。所不同的是，待定的參數(shù)有 K 和 ? 兩個。 ② 典型 II 型系統(tǒng) 典型 II 型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ? ? ? ?? ?112 ??? Tss sKsW ? （ 2— 13） 它的閉環(huán)結構框圖和開環(huán)對數(shù)頻率特性如圖 28 所示，其中頻段也是以 decdB/20? 的斜率穿越 0dB 線。由表中數(shù)據(jù)可見 ， 當系統(tǒng)的時間常數(shù) T 為已知時，隨著 K 的增大，系統(tǒng)的快速性增強，而穩(wěn)定性變差。 參數(shù) K、 T 與標準形式中的參數(shù) n? 、 ? 之間的換算關系 TKn?? （ 2— 10） 畢業(yè)設計（論文） 18 KT121?? （ 2— 11） 則 Tn 21??? （ 2— 12） 表 2— 1 典型Ⅰ 型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)的關系 參數(shù)關系 KT 阻尼比 ξ 超調(diào)量 σ 0% % % % % 上升時間 tr ∞ 峰值時間 tp ∞ 相角穩(wěn)定裕度γ 截止頻率 c? 由二階系統(tǒng)的性質可知，當 1?? 時，系統(tǒng)動態(tài)響應是欠阻尼的振蕩特性；當 1??時，是過阻尼的單調(diào)特性；當 1?? 時，是臨界阻尼。顯然，要做到這一點，應在選擇參數(shù)時保證 Tc 1?? 或 1?Tc? ?45?Tarctg c? 于是，相角穩(wěn)定 裕度 ???? 459090180 ?????? Ta r c tgTa r c tg cc ??? 。因此，為了保證穩(wěn)定性和較好的穩(wěn)態(tài)精度，多用I 型和 II 型系統(tǒng)。 (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)都可用下式表示 ? ?? ?? ???????? niirmjjsTssKsW1111? （ 2— 7） 其中分子和分母上還有可能含有復數(shù)零點和復數(shù)極點。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設計方法 (1) 工程設計方法的基本思路 作為工程設計方法，首先要使問題簡化，突出主 要矛盾。 b 對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。 ① 轉速調(diào)節(jié)器的作用： a 轉速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導調(diào)節(jié)器，它使轉速 n 很快地跟隨給定電壓 *nU 變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉速誤差，如果采用 PI 調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。負載擾動能夠比較快地反映到被調(diào)量 n 上，從而得到調(diào)節(jié)，而電網(wǎng)電壓擾動的作用點離被調(diào)量稍遠，調(diào)節(jié)作用受到延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抑制電壓擾動的性能要差一些。在設計 ASR 時，應要注有較好的抗擾性能指標。圖中 ??sASRW 和 ??sACRW 分別表示轉速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。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。 ② 轉速調(diào)節(jié) 器飽和時， ASR 輸出達到限幅值 *imU ，轉速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響 ,雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當調(diào)節(jié)器不飽和時， PI 的作用使輸入偏差電壓 U? 在穩(wěn)態(tài)時總為零。 圖 2— 3 轉速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 圖 2— 4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 (2) 穩(wěn)態(tài)結構框圖和靜特性 為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須先會出它的穩(wěn)態(tài)結構框圖，如圖 2— 5所示。這就形成了轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 (1) 轉速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 為了實現(xiàn)轉速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉速和電流，即分別引入轉速負反饋和電流負反饋。為了實現(xiàn)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 dmI 的恒流過程。帶電流截止負反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，起動電流突破dcrI 以后， 受電流負反饋的作用，電流只能再升高一點，經(jīng)過某一最大值 dmI 后，就降低下來，電機的電磁轉矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性 采用 PI 調(diào)節(jié)的單個轉速閉環(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)轉速無靜差。對于帶電力電子變換器的直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，由于傳遞函數(shù)的階次較低，一般采用 PID 調(diào)節(jié)器的串聯(lián)校正方案就能完成動態(tài)校正的任務。 在設計閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時，常常會遇到動 態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)性能指標發(fā)生矛盾的情況，這時，必須設計合適的動態(tài)校正裝置，用來改造系統(tǒng)，使它同時滿足動態(tài)穩(wěn)