【正文】 究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表，那么將實(shí)際系統(tǒng)校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對(duì)照，設(shè)計(jì)過(guò)程就簡(jiǎn)便多了。它的繪制方法簡(jiǎn)便，可以確切地提供穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕度的信息，而且還能大致衡量閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)的性能。 ? 典型伯德圖 從圖中三個(gè)頻段的特征可以判斷系統(tǒng)的性能，這些特征包括以下四個(gè)方面： 0 L/dB ?c ?/s 1 20dB/dec 低頻段 中頻段 高頻段 圖 137 典型的控制系統(tǒng)伯德圖 ? 伯德圖與系統(tǒng)性能的關(guān)系 ? 中頻段以 20dB/dec的斜率穿越 0dB， 而且這一斜率覆蓋足夠的頻帶寬度 ， 則系統(tǒng)的穩(wěn)定性好； ? 截止頻率 ?c （ 或稱剪切頻率 ） 越高 ， 則系統(tǒng)的快速性越好； ? 低頻段的斜率陡 、 增益高 ， 說(shuō)明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度高； ? 高頻段衰減越快 ， 即高頻特性負(fù)分貝值越低 ，說(shuō)明系統(tǒng)抗高頻噪聲干擾的能力越強(qiáng) 。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 在實(shí)際系統(tǒng)中 ， 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性不僅必須保證 ， 而且還要有一定的裕度 ， 以防參數(shù)變化和一些未計(jì)入因素的影響 。 ； ? GM 6dB 。 ，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求 。 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) 。 ，后面還有一個(gè)慣性環(huán)節(jié)， 在分子添上一個(gè)比例微分環(huán)節(jié)（ ?s +1），是為了把相頻特性抬到 –180176。常用的抗擾性能指標(biāo)有 ? ?Cmax — 動(dòng)態(tài)降落 ? tv — 恢復(fù)時(shí)間 一般來(lái)說(shuō)，調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主，而隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)則以跟隨性能為主 。其中，時(shí)間常數(shù) T 在實(shí)際系統(tǒng)中往往是控制對(duì)象本身固有的，能夠由調(diào)節(jié)器改變的只有開(kāi)環(huán)增益 K ，也就是說(shuō)，K 是唯一的待定參數(shù)。由圖中的特性可知 cc lg20)1lg( l g20lg20 ?? ???K所以 K = ?c （當(dāng) ?c 時(shí)） T1? (212) 1?KT 式（ 212）表明， K 值越大，截止頻率?c 也越大，越接近 1/T，系統(tǒng)響應(yīng)越快，但相角穩(wěn)定裕度 ? = 90176。 表 21 I型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 輸入信號(hào) 階躍輸入 斜坡輸入 加速度輸入 穩(wěn)態(tài)誤差 0 v0 / K ? 0)( RtR ? tvtR 0)( ? 2)(20 tatR ?1. 典型 I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 （ 1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo) ： 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)可用不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)表示 。 從典型 I型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)（式 2－ 9）可以求出其閉環(huán)傳遞函數(shù)，如下： ? K、 T與標(biāo)準(zhǔn)形式中的參數(shù)的換算關(guān)系 TK?n?KT121??T21n ???(215) (216) (217) 且有 TKsTsTKsTsKsTsKsWsWsW?????????1)1(1)1()(1)()(2cl(214) ? 二階系統(tǒng)的性質(zhì) ? 當(dāng) ? 1 時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是欠阻尼的振蕩特性， ? 當(dāng) ? ? 1 時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是過(guò)阻尼的單調(diào)特性； ? 當(dāng) ? = 1 時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是臨界阻尼。 % 176。 2. 典型 I型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 圖 214a是在擾動(dòng) F 作用下的典型 I 型系統(tǒng)， 其中， W1(s)是擾動(dòng)作用點(diǎn)前面部分的傳遞函數(shù)，后面部分是 W2(s) ，于是 只討論抗擾性能時(shí)，令輸入作用 R = 0，得到圖 214b所示的等效結(jié)構(gòu)圖。 由圖 b)可知，在擾動(dòng)作用下輸出變化量的象函數(shù) 為 )(1)()()()(1 sWsWsWsFsC???)(sC?圖 215 典型 I型系統(tǒng)在一種擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 等效框圖則可得圖＝取),/ 1212111bTTTKKKKKK dpi ???? ??1)()1()1()(11222121121???????sTKsWsTssTKsWsTs ）就可以得到）對(duì)消掉（令（ ?))(1()1(11)()(1)()()(2222122212KsTssTTsFKTsKKssTFKsWsWsWssFsC????????????)1()1()1()()()( 112121 ??????? TssKsTsKsTsKKsWsWsW并且在階躍擾動(dòng)下，有?????? ???????????TtmeTtememmmmFKtC TtTtTt2s i n2c os)1()1(1222)( 2222 2221TTTTm ??51101201301%1 00m a x ??bCC% % % % tm / T tv / T 表 23 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 (控制結(jié)構(gòu)和擾動(dòng)作用點(diǎn)如圖 215所示，已選定的參數(shù)關(guān)系 KT=) 式中 為控制對(duì)象中小時(shí)間常數(shù)與大時(shí)間常數(shù) 的比值，取不同的 m值即可計(jì)算出 相應(yīng)的的動(dòng)態(tài)過(guò)程曲線。 為了分析方便起見(jiàn)，引入一個(gè)新的變量 (圖 216)，令 12??? ??Th(232) 典型 Ⅱ 型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性 dBL/0 ??11 ?T12 ??hKlg2020 –40 40 ? / s1 ?c ?=1 –20dB/dec –40dB/dec –40dB/dec 圖 216 典型 Ⅱ 型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和中頻寬 中頻寬度 ? 中頻寬 h 由圖可見(jiàn)， h 是斜率為 –20dB/dec的中頻段的寬度（對(duì)數(shù)坐標(biāo)），稱作“中頻寬”。 ?表 2－ 5 II型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 輸入信號(hào) 階躍輸入 斜坡輸入 加速度輸入 穩(wěn)態(tài)誤差 0 0 0)( RtR ? tvtR 0)( ?2)(20 tatR ?Ka /0（ 1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo) Ⅱ 型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差列于表 25中 。在計(jì)算中，為了使各項(xiàng)指標(biāo)都落在合理的范圍內(nèi)，取輸出量基準(zhǔn)值為 Cb = 2FK2T （ 244） 表 27 典型 II型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 （控制結(jié)構(gòu)和階躍擾動(dòng)作用點(diǎn)如圖 218，參數(shù)關(guān)系符合最小 Mr準(zhǔn)則） h 3 4 5 6 7 8 9 10 Cmax/Cb tm / T tv / T % % % % % % % % 由表 27中的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，一般來(lái)說(shuō)， h 值越小， Cmax/Cb 也越小， tm 和 tv 都短，因而抗擾性能越好，這個(gè)趨勢(shì)與跟隨性能指標(biāo)中超調(diào)量與 h 值的關(guān)系恰好相反，反映了快速性與穩(wěn)定性的矛盾。 ? 兩種系統(tǒng)比較 比較分析的結(jié)果可以看出，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(dòng)態(tài)性能中， ? 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(duì)較大，抗擾性能卻比較好 。有時(shí)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(fù)雜的控制規(guī)律。 1)(1)1)(1(13232 ????? sTTsTsT例如： (247) 近似條件 32c 31TT??(246) （ 2）高階系統(tǒng)的降階近似處理 上述小慣性群的近似處理實(shí)際上是高階系統(tǒng)降階處理的一種特例，它把多階小慣性環(huán)節(jié)降為一階小慣性環(huán)節(jié)。 圖 221 低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理對(duì)頻率特性的影響 返回目錄 低頻時(shí)把特性 a 近似地看成特性 b 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 本節(jié)將應(yīng)用前述的工程設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器。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。 + ACR Uc (s) Ks /R (Tss+1)(Tl s+1) Id (s) U*i(s)? ? T0is+1 圖 223b ? 小慣性環(huán)節(jié)近似處理 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∑i = Ts + Toi (255) 簡(jiǎn)化的近似條件為 oisci131TT??(256) 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡(jiǎn)化成圖 223c。 為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，選擇 則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為圖 224a所示的典型形式，其中 lT?i?（ 258） RKKKisiI ??? （ 259） K I s(T?is+1) Id (s) + U*i(s)? 校正后電流環(huán)的結(jié)構(gòu)和特性 圖 224 校正成典型 I型系統(tǒng)的電流環(huán) a) 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 : b) 開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性 : 10 L/dB ?ci 20dB/dec ? /s1 40dB/dec T∑i 3. 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 式（ 257）給出，電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)有：Ki 和 ?i， 其中 ?i 已選定，見(jiàn)式（ 258），剩下的只有比例系數(shù) Ki， 可根據(jù)所需要的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)選取。 圖 225 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(jì)算公式 0ii RRK ?iii CR??oi0oi 41 CRT ?(262) (263) (264) 設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟： 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 1. 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(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)。 2. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 ? 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu) 用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替圖 222 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)圖便如圖226a所示。按照典型 Ⅱ型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，由式 (238) nn ?? hT?（ 274） 2n2N 21???ThhKnmen 2)1(???RThTChK??再由式（ 239） （ 275） （ 276） 因此 ? 參數(shù)選擇 至于中頻寬 h 應(yīng)選擇多少，要看動(dòng)態(tài)性能的要求決定。 返回目錄 * 弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 本節(jié)提要 ? 調(diào)壓與弱磁的配合控制 ? 非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng) ? 弱磁過(guò)程的直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型和弱磁控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) * 調(diào)壓與弱磁的配合控制 ? 概 述 在他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法中，前面討論的調(diào)電壓方法是從基速（即額定轉(zhuǎn)速 nN ）向下調(diào)速。 2. 恒功率調(diào)速方式 而在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱，容許的轉(zhuǎn)矩不得不減少，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積則不變，即容許功率不變，是為 “ 恒功率調(diào)速方式