轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法(編輯修改稿)
2025-02-09 19:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 時，采用少量的典型系統(tǒng)，它的參數(shù)與系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)系都已事先找到，就使設(shè)計(jì)方法規(guī)范化，大大減少了設(shè)計(jì)工作量。 典型系統(tǒng)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)可表示分母中的項(xiàng)表示該系統(tǒng)在原點(diǎn)處有r重極點(diǎn)，根據(jù),1,2,……等不同數(shù)值，分別稱作0型、I型、Ⅱ型、……系統(tǒng)。0型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度低，而Ⅲ型和Ⅲ型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。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)。典型I型系統(tǒng)典型I型系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，—系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)；—系統(tǒng)的開環(huán)增益。閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示于圖29a，圖29b表示它的開環(huán)對數(shù)頻率特性。 a)dB/decdB/decb)圖2－9 典型I型系統(tǒng)典型I型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對數(shù)幅頻特性的中頻段以dB/dec的斜率穿越零分貝線，只要參數(shù)的選擇能保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量。當(dāng)或時，相角穩(wěn)定裕度。典型Ⅱ型系統(tǒng)典型Ⅱ型系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和開環(huán)對數(shù)頻率特性示于圖210，中頻段也是以dB/dec的斜率穿越零分貝線。O圖2－10 典型Ⅱ型系統(tǒng)開環(huán)頻率特性當(dāng)或時，相角穩(wěn)定裕度比大得越多，則系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度越大。 控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)自動控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)包括對給定輸入信號的跟隨性能指標(biāo)和對擾動輸入信號的抗擾性能指標(biāo)。一般來說，調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主，而隨動系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo)則以跟隨性能為主。跟隨性能指標(biāo)常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有上升時間、超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間，圖211。177。5%（或177。2%） 0 Otrts圖2－11 動態(tài)響應(yīng)抗擾性能指標(biāo) 控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行中，突加一個使輸出量降低的擾動量以后，輸出量由降低到恢復(fù)的過渡過程是系統(tǒng)典型的抗擾過程，如圖212所示。常用的抗擾性能指標(biāo)為動態(tài)降落和恢復(fù)時間。177。5%（或177。2%） O tmtvCb圖2－12 典型的抗擾過程 典型I型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系典型I型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)包含兩個參數(shù)：開環(huán)增益K和時間常數(shù)T。其中，時間常數(shù)T在實(shí)際系統(tǒng)中往往是控制對象本身固有的，能夠由調(diào)節(jié)器改變的只有開環(huán)增益K，也就是說，K是唯一的待定參數(shù)。圖213繪出了在不同K值時典型I型系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性，當(dāng)時，特性以20dB/dec斜率穿越零分貝線，系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性。由圖中的特性可知，所以（當(dāng)時）。K越大，截止頻率也越大，系統(tǒng)響應(yīng)越快，但相角穩(wěn)定裕度越小，這也說明快速性與穩(wěn)定性之間的矛盾。圖2－13 不同K值時典型I型系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性典型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)不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差：在階躍輸入下的I型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時是無差的，但在斜坡輸入下則有恒值穩(wěn)態(tài)誤差，且與K值成反比，在加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差為。表21 I型系統(tǒng)在不同的典型輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 輸入信號階躍輸入斜坡輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差0（2）動態(tài)跟隨性能指標(biāo)典型I型系統(tǒng)是一種二階系統(tǒng)，閉環(huán)傳遞函數(shù)的一般形式為，—無阻尼時的自然振蕩角頻率，或稱固有角頻率；—阻尼比，或稱衰減系數(shù)。參數(shù)、與標(biāo)準(zhǔn)形式中的參數(shù)、之間的換算關(guān)系如下，且。當(dāng)時，欠阻尼的振蕩特性，當(dāng)時，過阻尼的單調(diào)特性；當(dāng)時，是臨界阻尼。由于過阻尼特性動態(tài)響應(yīng)較慢，一般把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成欠阻尼狀態(tài)，即。典型I型系統(tǒng)中，得，因此在典型I型系統(tǒng)中應(yīng)取。欠阻尼二階系統(tǒng)在零初始條件下的階躍響應(yīng)動態(tài)指標(biāo)：超調(diào)量：，上升時間：，峰值時間：。表22 典型I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系參數(shù)關(guān)系阻尼比超調(diào)量%0%%%%%上升時間峰值時間相角穩(wěn)定裕度176。176。176。176。176。截止頻率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是在擾動量F作用下的典型I型系統(tǒng)，其中，是擾動作用點(diǎn)前面部分的傳遞函數(shù)，后面部分是，于是。只討論抗擾性能時，可令輸入變量，這時輸出變量可寫成。將擾動作用前移到輸入作用點(diǎn)上，即得圖214b所示的等效結(jié)構(gòu)圖。典型I型系統(tǒng) 圖2－14 在擾動作用下輸出變化量的象函數(shù)為，若、，屬典型I型系統(tǒng)。在階躍擾動下，當(dāng)，則，階躍擾動后輸出變化量的動態(tài)過程函數(shù)，式中——控制對象中小時間常數(shù)與大時間常數(shù)的比值。輸出量的最大動態(tài)降落用基準(zhǔn)值的百分?jǐn)?shù)表示，所對應(yīng)的時間用時間常數(shù)T的倍數(shù)表示，允許誤差帶為177。5%時的恢復(fù)時間也用T的倍數(shù)表示。為了使和的數(shù)值都落在合理范圍內(nèi)，將基準(zhǔn)值取為。
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