【正文】 A S R 退飽和退飽和超調(diào)039。 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) 。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 。 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)。 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 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)標準傳遞函數(shù) 因典型 I型系統(tǒng) 典 Ⅰ 系統(tǒng) 動態(tài) 跟隨性能指標 2 假定系統(tǒng)阻尼比 可得系統(tǒng)動態(tài)跟隨指標與其參數(shù)間的數(shù)學關(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 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 4 ? 工程設(shè)計時，可根據(jù)指標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。 ? 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)準確度。 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。 ? 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。系統(tǒng)按無靜差電流單環(huán)運行， 對應(yīng)靜特性 AB段。 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。 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) 。 23 制動問題 ? 對晶閘管可控不可逆系統(tǒng)，當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。 （ 3）其輸出限幅值決定電機允許的最大電流。 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。 這時系統(tǒng)超調(diào)不大，響應(yīng)也較快。 h=5時性能適中 。近似條件為： T oi S + 1+A C RT s S + 1K sT l S + 1/R?I d( S )U *i ( S )( )( )?+A C RT S + 1K sT l S + 1/R?I d( S )U *i ( S )( )( )?i高頻小慣性一階近似∑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 。 94 退飽和超調(diào)的特點分析 ASR飽和后 ， 僅當 n超過指令值才能返回線性工作區(qū) 。 U0 tU , n , InnA S R 飽和t t t1 2 3I d =T LC TⅠⅡⅢt39。n39。 3) PI參數(shù)計算：用 PI零點消去對象大時間常數(shù)極點 2 2 0 1 3 6 1 4 6 0 0 1 3 2 1 5: , , / m in , . . m in / , .eD CM V A r C V r ???040 0 00170 5 0 03 0 180 05 0 002, . 。 五、調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似 處理 —— 非典型系統(tǒng)的典型化 1. 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 ? 基本思路 : 將控制對象校正成為典型系統(tǒng)。為尋求最簡便的最佳參數(shù)設(shè)計公式，工程中提出了依據(jù)某種指標為最優(yōu)的設(shè)計準則和相應(yīng)的工程設(shè)計方法，主要有 “ 寬中頻模型系統(tǒng) ” 設(shè)計準則，也稱為品質(zhì)最佳系統(tǒng)或模最佳系統(tǒng)設(shè)計準則； “ 最小諧振峰值 ” 設(shè)計準則； “ 對稱最佳系統(tǒng) ” 或三階最佳系統(tǒng)設(shè)計準則和 “ 三變數(shù)模型系統(tǒng) ” 設(shè)計方法 。 ? 對 2階系統(tǒng)，兩類指標間有確定的數(shù)學轉(zhuǎn)換關(guān)系 式； 3階以上的系統(tǒng)，難以得到確切的關(guān)系式， 但為了分析設(shè)計方便，可在兩類指標間建立一 套經(jīng)驗換算公式。 這些校正方法需要一定的控制理論基礎(chǔ) ， 設(shè)計時須多次試湊 ， 系統(tǒng)投入運行前現(xiàn)場整定還須多次修改 ， 在工程中使用時對設(shè)計人員和用戶知識水平要求較高 ， 不易掌握 ， 常成為系統(tǒng)推廣應(yīng)用的一個障礙 。 ? 突加負載很大時 ， ASR會 飽和 ， ACR調(diào)節(jié) 使電流到達最大值 。 ? 為保證恒流調(diào)節(jié)， ACR輸出和變流裝置輸出均應(yīng)可持續(xù)線性增長， 不應(yīng)飽和 即不應(yīng)達到它的最大輸出值，否則輸出升達極限值后反電勢的繼續(xù)增長將使電樞電流減小，升速過程拖長。 6 二、系統(tǒng)組成 速度指令 調(diào)節(jié)器電力開關(guān)變流裝置電網(wǎng)電源ML RIU dTGU cUnUi電流反饋速度反饋 雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)Un速度 電流調(diào)節(jié)器Ui**++da a電流內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)速外環(huán)A S R A C R U P E7 三、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與靜特性 U cUnUi 雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖UnUi* *++A S R A C R?Ks1Cen1 / CTR?IdT L+U d0限幅? 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR的輸出限幅電壓 U*im決定了電流給定電壓的最大值； ? 電流調(diào)節(jié)器 ACR的輸出限幅電壓 Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓 Udm。 解決思路 現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)反饋理論： 轉(zhuǎn)速、電流 雙閉環(huán)系統(tǒng)是實現(xiàn)了被控對象狀態(tài)變量的全反 饋。 ? 雖速度反饋不斷增長，但它在超過速度指令前不能使 ASR輸入誤差變號，所以無法改變 ASR的飽和狀態(tài)， 速度環(huán)相當于開環(huán)，系統(tǒng)為恒流調(diào)節(jié) 。 Δ n maxnt fΔ TLT Lt0UΔ UU , n , T L 突加負載的動態(tài)恢復(fù)過程? 從突加到重新進入穩(wěn)態(tài)稱為 系統(tǒng)突加 (減 )負載的 動態(tài)恢復(fù) 過程 ，用以下兩指標衡量 : 動態(tài)速降 (突減負載則為動 態(tài)速升 ) 動態(tài)恢復(fù)時間 。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型與動態(tài)過程分析 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計方法 第 3章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 30 31 必要性 閉環(huán)系統(tǒng)可采用多種校正方法來改善系統(tǒng)性能 ， 如超前 、 滯后串聯(lián)校正 ， 內(nèi)環(huán)反饋校正 、 并聯(lián)校正等 。常用開環(huán)對數(shù)頻率特性的 幅值穿越頻率 ?c來反映系統(tǒng)的 快速性 ；用 相角穩(wěn)定裕量 ?或 閉環(huán)諧振峰值 Mp來表示系統(tǒng)的 穩(wěn)定性 。 兩個積分環(huán)節(jié) （ 1）典型 II型系統(tǒng)參數(shù)與 跟隨 性能指標的關(guān)系 ? 3階系統(tǒng)，各參數(shù)與性能指標之間不再存在準確的數(shù)學分析關(guān)系 。 總結(jié)：典型 I型系統(tǒng)超調(diào)量較小，跟隨性能好，抗擾性能較差， KT=；典型 II型系統(tǒng)超調(diào)量較大，跟隨性能差，抗擾性較好， h=5為最佳選擇。期望電流超調(diào)小于 5％，選 KT＝ ? 典 I系統(tǒng) 固有參數(shù) sA C RiK / R1 ( S )2 TS ( TS + 1 ) ( T S + 1 ) ( T S + 1 )() ???I lW S W?1)+S ( T S1)+S1) ( T+S(T2T KR=( S )W isA C Rl??T=T i?iA C R ii s iT ( T S + 1 ) S + 1W ( S ) = K2 T K T S S? ?lllR ???RLRll ???T= ,K2T TK isii ??76 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程設(shè)計計算公式 ? 這樣 ， 電流環(huán)已被校正成典型 I型結(jié)構(gòu) ， 其開環(huán)傳函為 RLRll ???T= ,K2T TK isii ??1)+SS ( T2T11)S ( T SK=( S )WiiII????iA C R ii s iT ( T S + 1 ) S + 1 11W ( S ) = K2 T K T S Sl l ii i P i iliRK K K KSS?? ? ?? ? ? ? ? ?iiI T=T ,2T1K???仿真時的積分常數(shù) 77 校正需滿足的近似條件匯總 ? UPE純滯后一階近似 ? 忽略反電勢動態(tài)影響