【正文】 ∑T ∑ i =T oi +T sT oi Tl ,Ts Tl113ci oi sTT? ?74 電流環(huán)設(shè)計：電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇 ? 系統(tǒng)動態(tài)過程分析可看出 ， 電流環(huán)主要有兩個作用 。 C ( S )K 2T 2 S + 1 )( ?1S + 1 )? SC ( S )K(2S + 1 )S選擇 ? 1 =T 1( T2 S + 1 )控制對象調(diào)節(jié)器T 1 S + 1 ) ((R ( S )+T 1 T 2校正成典I I 系統(tǒng)K= K2 / ?R ( S )+S( ?2S + 1 )?2 校正成典型 I型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇 控制對象 調(diào)節(jié)器 參數(shù) 配合 )1)(1)(1( 3212??? sTsTsTK)1)(1( 212?? sTsTKT T2 ?T3 12?TsK)1(2?TssK)1)(1)(1( 3212??? sTsTsTK321 ,TTT ??ssK11pi )1(?? ?sKi pKss??? )1)(1( 21 ??ssK11pi )1(?? ?11 T?? 2211 , TT ?? ??3211 ,TTTT?????T1 ?T2 ? 選擇規(guī)律： 幾種校正成典 I和典 II系統(tǒng)的控制對象和相應(yīng)的調(diào)節(jié)器如下表，表中還給出了參數(shù)配合關(guān)系。 h=5時性能適中 。 2K ( S + 1 )W ( S ) =S ( T S + 1 )? 2 0 d B / d e c1 / T 4 0 d B / d e cL / d Bωω c0dB 4 0 d B / d e c1/中頻寬 hω1 =ω2 =?/s 1典型I I 型系統(tǒng)ω /s1?0 9 0 1 8 0000?典 II系統(tǒng)參數(shù)與跟隨性能指標(biāo)的關(guān)系 1 ? 在系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下， 諧振峰值越小，超調(diào)也越小，系統(tǒng)相對穩(wěn)定性越好 。 這時系統(tǒng)超調(diào)不大，響應(yīng)也較快。 40 典 Ⅰ 系統(tǒng)參數(shù)與跟隨性能指標(biāo)的關(guān)系 ? 特征參量： 和 T， 1/T ? 開環(huán)增益： 實際 ， T一般是被控對象 固有 參數(shù) ， 典 Ⅰ 系統(tǒng)中可變參數(shù)只有開環(huán)增益 K。 mjj1nrii1K ( S 1 )W ( S) =S ( T S 1 )???????控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞 函數(shù)的一般形式 0型穩(wěn)態(tài)精度低， III型及以上難穩(wěn)定。 一、引言 32 工程設(shè)計方法的基本思路 首先根據(jù)生產(chǎn)機械和工藝對拖動的要求確定系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)；然后根據(jù)性能指標(biāo)求出相應(yīng)的期望開環(huán)對數(shù)頻率特性；最后通過比較期望特性和控制對象的固有特性，確定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)和參數(shù)。 （ 3）其輸出限幅值決定電機允許的最大電流。 隨著速度不斷降低 、 反電勢不斷減小 ， 而不斷降低電流調(diào)節(jié)器輸出 ， 使電樞電壓不斷減小 ，維持電流在最大值附近 ， 轉(zhuǎn)速將持續(xù)下降直到停車 。 23 制動問題 ? 對晶閘管可控不可逆系統(tǒng)，當(dāng)電動機制動或停車時，由于電路的電流不能反向，即使調(diào)節(jié)器輸出改變極性，最多只能迫使電樞電流降到 0，產(chǎn)生不了制動轉(zhuǎn)矩，制動過程很慢。一旦 超調(diào)，速度反饋也相應(yīng)超過指令值， ASR輸入 誤差變號，使它 退出飽和 ，輸出迅速下降。 達到指令值后，要求迅速進入無靜差穩(wěn)速運行，系統(tǒng)這時應(yīng)自動轉(zhuǎn)換成一個 無靜差調(diào)速系統(tǒng) 。 不飽和 —— 輸出未達到限幅值 當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時，工作在線性區(qū)， PI 作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時總是零。 IdL n t Id O Idm 圖 1 理想的快速起動過程 2eLGD d nT T375 d t?2m d LGD d nC ( I I )375 d t?快！ 0 tnn , II dmdLId截止單環(huán)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的轉(zhuǎn)速、電流波形Id c r電流截止轉(zhuǎn)速單環(huán)系統(tǒng)的缺陷： 共用 1個調(diào)節(jié)器，起動時，控制器力圖使轉(zhuǎn)速指令、轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋共同形成的偏差等于 0。 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。系統(tǒng)按無靜差電流單環(huán)運行， 對應(yīng)靜特性 AB段。 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán) ， 電流環(huán)給定為最大值 ， 電流繼續(xù)上升 ， 直到電流升到最大允許值時 ， 電機在最大加速轉(zhuǎn)矩的作用下開始快速起動 ， 這時： 起動過程第一階段的 基本特點 是 ASR很快飽和 ， 輸出限幅值 ， 其后 ACR的指令保持最大值不變 ；電流從 0迅速升到最大值 ， ACR不飽和 。 ? 隨后 ASR輸出繼續(xù)下降，導(dǎo)致電流的繼續(xù)回落，使轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速開始降低，已退出飽和的 ASR通過速度反饋閉環(huán)充分發(fā)揮它的調(diào)節(jié)作用，在 ASR的自動調(diào)節(jié)下，轉(zhuǎn)速最終趨于穩(wěn)定在指令值，進入無靜差穩(wěn)速運行。 ASR輸入誤差非零， PI調(diào)節(jié)使電流指令升高，在 ACR的電流跟隨調(diào)節(jié)作用下， Ud0、Id增大， n降減慢、停降、回升。 27 電網(wǎng)波動擾動 ? 運行中如電網(wǎng)波動，例如電壓下降，整流電壓會相應(yīng)降低使電樞電流下降，電機減速。 （ 3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證電機電流恒為允許的最大值，從而加快動態(tài)過程。 ? 為穩(wěn)定，幅頻特性應(yīng) 以 20dB/dec的斜率穿越 0dB線 ， 并有一定的中頻寬；為抗擾， 高頻段衰減應(yīng)足夠快 ， 斜率應(yīng)在 40dB/dec或更負；在穩(wěn)定的前提下， 幅 值穿越頻率應(yīng)盡可能大 ，以提高系統(tǒng)的快速性； 低 頻段增益應(yīng)盡可能高 ，以保證穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確度。5 ％tr tstC ( t )0CCm a x 調(diào)速系統(tǒng)的跟隨指標(biāo)Ctp∞ ∞ ? =CC m a x C ∞∞上升時間 tr：輸出從 0首次上升到穩(wěn)態(tài)值所需的時間 調(diào)節(jié)時間 ts：輸出到達并保持在穩(wěn)態(tài)值的某一百分率范圍內(nèi)所需要的時間 百分比超調(diào)量 ?：最大超調(diào)量與穩(wěn)態(tài)值比值的百分數(shù) 峰值時間 ?抗擾性能指標(biāo) ? 動態(tài)降落 ?Cmax 突加階躍擾動下 輸出響應(yīng)的最大 動態(tài)降落百分數(shù) ? 恢復(fù)時間 tv 階躍擾動開始到輸出恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)允許誤差帶范圍之內(nèi)所需時間 t vFt0 突加擾動的抗擾指標(biāo)CC Ftm∞允許誤差帶最大動態(tài)降落38 頻域指標(biāo)與時域指標(biāo)的關(guān)系 ? 時域指標(biāo)能較直觀反映生產(chǎn)要求。 0 s s tR ( t ) R e l i m [ C ( t ) R ( t ) ] 0??? ? ? ?0 s s 0tR( t ) V t e l i m [ C ( t ) R( t ) ] V / K??? ? ? ?20ss tAR ( t ) t e lim [ C ( t ) R ( t ) ]2 ??? ? ? ? ?42 典 Ⅰ 系統(tǒng) 動態(tài) 跟隨性能指標(biāo) 1 閉環(huán)傳遞函數(shù) cl2C ( S ) K / TW ( S )1KR ( S ) SSTT????2n22nnW (S ) S 2 S?? ? ? ? ? ?TKn ??112 K T?? n12T?? ?c11K , KT 1 T2? ? ? ? ? ? ? ?2 / 1 % e 1 0 0 %? ? ?? ? ?2階系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù) 因典型 I型系統(tǒng) 典 Ⅰ 系統(tǒng) 動態(tài) 跟隨性能指標(biāo) 2 假定系統(tǒng)阻尼比 可得系統(tǒng)動態(tài)跟隨指標(biāo)與其參數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系 ?超調(diào)量百分數(shù) ?上升時間 ?調(diào)節(jié)時間估算 0 .5 1? ? ?2 / 1 % e 1 0 0 %? ? ?? ? ?1r 22 T( c os )t1?? ? ? ????sn3t 6 T , 0 . 9 , = 5 %? ? ? ? ???sn4t 8 T , 0 . 9 , = 2 %? ? ? ? ???12n T?? ?44 典型 Ⅰ 型系統(tǒng) 動態(tài) 跟隨性能指標(biāo) 3 ? 峰值時間 ? 相角穩(wěn)定裕量 ? 截止頻率 ? 閉環(huán)諧振峰值 p 2nt1??? ? ?? ? 1c422tg1 4 2? ?? ? ?? ? ? ?142 2 [ 4 1 2 ]? ? ? ? ? ? ?pp 2M 1 , 0 . 7 0 7 1M , 0 0 . 7 0 721?????? ? ? ??? ? ??典 Ⅰ 系統(tǒng) 動態(tài)跟隨 性能指標(biāo) 4 ? 工程設(shè)計時，可根據(jù)指標(biāo)要求通過查表進行參數(shù)初選，不必通過公式作精確計算，調(diào)試時再整定修正。 典型 I型系統(tǒng)跟隨性能比較好，但抗擾性能較差 ，用于隨動系統(tǒng)比較合適 。 2c/ 2 h /( h + 1 ) ( 3 2 5 )?? ?c1/ ( h+ 1) / 2 ( 3 26 )?? ?pm inh + 1M ( 3 2 8 )h 1??以諧振峰值最小為準(zhǔn)則，可導(dǎo)出下列關(guān)系式 54 典 II系統(tǒng)參數(shù)與 跟隨 性能指標(biāo)的關(guān)系 3 在典型 II型系統(tǒng)開環(huán)傳函中，有 3個參數(shù)，一般 T為系統(tǒng)固有參數(shù)， K,?為可設(shè)計改變參數(shù)。 F ( S )+C ( S )0 ΔK2SKpi ( ?1S + 1 )?1SK dT1S + 1 )(F ( S )+C ( S )0 ΔK2SK1( ?2S + 1 )S選擇 ? 1 =T2K1=KpiKd( T1S + 1 )/T2控制對象調(diào)節(jié)器59 由擾動作用下的閉環(huán)傳函，取輸出量基準(zhǔn)值 可算出系統(tǒng)在不同 h下的抗階躍擾動響應(yīng)性能 : b2C = 2 F K Th 3 4 5 6 7 8 9 10 ?Cmax/Cb% tm/T tv/T 一般 h越小，各指標(biāo)值越小，但 h5后，振蕩次數(shù)增加，恢復(fù)時間反而拖長。例如，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 1 2 1 3 11 2 3K ( S 1 )W ( S ) = T T T T TS ( T S + 1 ) ( T 1 T 1 , , ,) ( )SS? ?? ? ? ? ? ???22322 3 2 3 2 3 123111 1 111( ) ( ) ( ) ( )()TTj T j T T T j T Tj T T?? ? ? ?????? ? ? ? ????近似條件 ? 高頻小慣性群近似 ? 工程計算允許 10％ 誤差 ? 考慮系統(tǒng)開環(huán)截止頻率與 閉環(huán)帶寬一般比較接近 ， 近似條件可表示為 : ? 對多個小慣 性近似方法 相似 。 上述控制特點都決定了電流環(huán)對動態(tài)性能主要強調(diào)跟隨性能 ， 從上節(jié)分析獲得的結(jié)論 ， 電流環(huán)期望特性 選擇 典型 I型 系統(tǒng) 較為合適 。 依控制理論 ， 為保證系統(tǒng)在階躍擾動下穩(wěn)態(tài)誤差為零 ， 在 擾動作用點以前的前向通道傳函中 至少須含有一個積分環(huán)節(jié) 。 調(diào)節(jié)器退出飽和后 ， 系統(tǒng)重新進入線性范圍 工作 ， 原動態(tài)結(jié)構(gòu)圖和 描述系統(tǒng)的線性微分方 程恢復(fù)有效 ， 但初始條 件發(fā)生了一些變化 。A S R 退飽和退飽和超調(diào)039。n*d*97 退飽和超調(diào)量的計算 T2 F K=C %,8 1 . 2 C=n= 2bbm a xm a x ?? C額定電流允許過載倍數(shù) ???????????NdmddmdI I)()(III?? dNIzF,TC RKme2 ? dNdLn zII,TT ?? ? 負載系數(shù) ?選擇 h=5，查表可得 %nn%Nm