【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 額定電壓 ； 額定勵(lì)磁電壓 50 ；U40VV額定電流 ； 額定頻率 50 。AfHZ 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中突加的給定勵(lì)磁電壓為額定值，所以根據(jù)式 28 得出，勵(lì)磁控制系統(tǒng)的放大系數(shù) ，根據(jù)過(guò)度時(shí)間為 3~5 倍的 ，現(xiàn)選 4 倍的 ?0T0T系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)為 。本文將同步發(fā)電機(jī)近似為一階慣性環(huán)節(jié)，所以傳遞函數(shù)s的結(jié)果為 （）????對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型建立，我們將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型近似為一階慣性環(huán)節(jié)如式 （）??PWM1KsT??根據(jù)整流電源電壓為 50V 以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)間常數(shù)的特點(diǎn)得出其傳遞函數(shù)為： ????（）遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè)3 控制器的設(shè)計(jì) PID 勵(lì)磁控制PID 勵(lì)磁控制原理 [3]如圖 所示，該系統(tǒng)輸入信號(hào)為發(fā)電機(jī)端電壓的偏差值。PID 勵(lì)磁控制器各環(huán)節(jié)的工作過(guò)程大致為：比例環(huán)節(jié)放大機(jī)端電壓的偏差值，偏差量一旦產(chǎn)生，控制器立即進(jìn)行控制，使偏差穩(wěn)定至零，以保持機(jī)端電壓的恒定。但比例環(huán)節(jié)不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，穩(wěn)態(tài)誤差主要與放大系數(shù)有關(guān)，放大系數(shù)越大，偏差越??；通常消除穩(wěn)態(tài)誤差主要在系統(tǒng)內(nèi)添加積分環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)的無(wú)差度只要系統(tǒng)存在積分環(huán)節(jié)，誤差調(diào)節(jié)就不斷的進(jìn)行，直至輸出量消除誤差。但是積分作用太強(qiáng)會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大，通常選取一個(gè)比較合適的積分時(shí)間常數(shù)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。微分環(huán)節(jié)根據(jù)機(jī)端電壓偏差的變化速度，來(lái)進(jìn)行控制動(dòng)作，具有超前調(diào)節(jié)作用，可以減少電壓調(diào)節(jié)中的動(dòng)態(tài)偏差，能夠縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。PID 勵(lì)磁控制原理圖如圖 。 圖 PID 勵(lì)磁控制原理圖 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的 PID 算法比例—積分—微分（PID）控制是依據(jù)經(jīng)典控制理論頻域法進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種校正方法，該方法技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，可改善系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能。PID 控制規(guī)律 [4]可用下列微分方程表示： （）1()()()p DdetyKetetTT?? ????? ?? ??式中 —PID 調(diào)節(jié)器比例環(huán)節(jié)的放大系數(shù)p —PID 調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)T?遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) —PID 調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間常數(shù)DTPID 調(diào)節(jié)器的輸出電壓 U 由比例積分微分環(huán)節(jié)疊加而成。PID 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 ： （）??1()pDTsWsK??? 式中， 為比例系數(shù)， 與比例帶 成反比例關(guān)系，即 ； 為控制輸PKP?P1K??出， 為積分時(shí)間常數(shù)。T? PID 調(diào)節(jié)器各參數(shù)與控制性能之間的關(guān)系：（1）比例調(diào)節(jié)系數(shù) 對(duì)系統(tǒng)性能的影響。對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響：加大比例控制 ，PK PK在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但加大 只減小誤差，卻P不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響：比例控制 加大，會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏、PK響應(yīng)速度快。 偏大，振蕩次數(shù)變多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)，當(dāng) 太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)P定。若 太小，又會(huì)使系統(tǒng)的響應(yīng)緩慢。（2）積分時(shí)間常數(shù) 對(duì)控制性能的影響。對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響：積分控制能對(duì)系統(tǒng)IT的穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)行有效的抑制，提高系統(tǒng)的控制精度。若 太大，積分作用太弱，對(duì)穩(wěn)IT態(tài)誤差不起作用。對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響：積分時(shí)間常數(shù) 偏小，積分作用較強(qiáng)，振蕩次數(shù)較多，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。故選取合適的時(shí)間常數(shù) 十分關(guān)鍵。I (3)微分時(shí)間常數(shù) 對(duì)控制性能的影響。對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響：引入微分環(huán)節(jié)，能在DT誤差產(chǎn)生的瞬間，按誤差的變化趨勢(shì)進(jìn)行一個(gè)超前的校正，有助于增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響：微分時(shí)間常數(shù) 的增加，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，如：減D少超調(diào)量，縮短上升時(shí)間等。但微分環(huán)節(jié)會(huì)放大系統(tǒng)噪聲，對(duì)系統(tǒng)的抗干擾能力造成影響。 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法 在工程設(shè)計(jì)中調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)須滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程的要求。針對(duì)單環(huán)系統(tǒng)通常借助伯德圖設(shè)計(jì)校正裝置。設(shè)計(jì)之前，都應(yīng)先求出該閉環(huán)系統(tǒng)的初始開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性，再根據(jù)實(shí)際要求的性能指標(biāo)確定校正后系統(tǒng)的頻率特性 ，經(jīng)過(guò)反復(fù)試湊，才能確定其結(jié)構(gòu)并計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)。為了解決系統(tǒng)的穩(wěn)、準(zhǔn)、快和抗干擾等方面矛盾，通常經(jīng)過(guò)反復(fù)試湊，這需要熟練的設(shè)計(jì)技巧，體現(xiàn)出建立簡(jiǎn)便實(shí)用工程設(shè)計(jì)法的重要性。 現(xiàn)代的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部都是由慣性很小的電子設(shè)備構(gòu)成的（電機(jī)除遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè)外） 。如果經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，近似假設(shè)處理，那么整個(gè)系統(tǒng)可大致近似為低階系統(tǒng)，通過(guò)運(yùn)算放大器或微型處理器可以實(shí)現(xiàn)比例、積分、微分等控制環(huán)節(jié)的要求，于是控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化或近似成少數(shù)典型的低階結(jié)構(gòu)就成為了可能。如果對(duì)典型系統(tǒng)有了充分的認(rèn)識(shí)，運(yùn)用它們的頻率特性進(jìn)行合理化判斷，掌握它們的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)參數(shù)，總結(jié)成公式或圖表，則在設(shè)計(jì)時(shí)，只要參照實(shí)際系統(tǒng)數(shù)據(jù)參數(shù)來(lái)校正或簡(jiǎn)化成為典型系統(tǒng)，就可以利用現(xiàn)成的公式和圖表來(lái)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。這樣，設(shè)計(jì)過(guò)程就變得更加輕松了，為建立工程設(shè)計(jì)法提供了可能性。 調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)法 [5]應(yīng)遵循的原則是：設(shè)計(jì)概念清晰、易懂，給出簡(jiǎn)明的計(jì)算公式，指出參數(shù)調(diào)整的范圍，考慮到飽和非線(xiàn)性控制的情況，必要時(shí)也需給出計(jì)算公式。從而使調(diào)節(jié)器適用于各種可以簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。如果對(duì)動(dòng)態(tài)性能的精度比較高，可參考“模型系統(tǒng)法” 。對(duì)于復(fù)雜的不可能簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的情況，可采用高階系統(tǒng)或多變量系統(tǒng)的輔助分析和設(shè)計(jì)。 工程設(shè)計(jì)方法的基本思路工程設(shè)計(jì)法通常把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，簡(jiǎn)化的基本思路需使調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)過(guò)程滿(mǎn)足兩個(gè)條件：（1）在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，明確調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的穩(wěn)態(tài)精度。（2）確定調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)，以滿(mǎn)足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。在選擇調(diào)節(jié)器時(shí)，通常采用近似的典型系統(tǒng)，由于典型系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)都已事先找到，選擇參數(shù)時(shí)只須套用現(xiàn)成的公式和數(shù)據(jù)就可以達(dá)到設(shè)計(jì)目的，提升了設(shè)計(jì)工作的效率。 典型Ⅰ型系統(tǒng)1．典型Ⅰ型系統(tǒng)的基本概念 典型Ⅰ型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)遞函數(shù)通常為 （）()1)kKWsT?? （）2()BKSTs 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè)式中 系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)T 系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K2．方塊圖和伯德圖(a) 閉環(huán)系統(tǒng)方塊圖 (b) 伯德圖圖 典型Ⅰ型系統(tǒng) 典型Ⅰ型系統(tǒng)的閉環(huán)方塊圖如圖 a 所示，而圖 b 表示它的伯德圖。選擇它作為典型的 I 型系統(tǒng)是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且波特圖的中頻段以20dB/dec 的斜率穿越 0dB 線(xiàn)，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。顯然，要做到這一點(diǎn)，應(yīng)在選擇參數(shù)時(shí)保證 。c1T??Ⅰ型系統(tǒng)的性能指標(biāo)和參數(shù)之間的關(guān)系 由于本文主要討論的是直流調(diào)速,因此對(duì)于自動(dòng)控制中的復(fù)雜推導(dǎo)過(guò)程限于篇幅不詳細(xì)推導(dǎo),這里只給出推導(dǎo)出的結(jié)論,能用于實(shí)際工程中設(shè)計(jì)。對(duì)于幾個(gè) 值的計(jì)算結(jié)?果列于表 中，兼顧快速性與穩(wěn)定性要求可取 ，??系統(tǒng)。表 典型Ⅰ型系統(tǒng)跟隨指標(biāo)與參數(shù)關(guān)系表KT 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè)阻尼比 ? 超調(diào)量 %?0 % % % % %截止頻率 c?TTTTTT相角裕量 ()c?176。 176。 176。 176。 176。 176。 典型Ⅰ型系統(tǒng)跟隨指標(biāo)與參數(shù)關(guān)系只考慮擾動(dòng)信號(hào)，令輸入作用等于零，由自動(dòng)控制基本理論可得抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系如表 所示。表 典型Ⅰ型系統(tǒng)抗干擾指標(biāo)與參數(shù)關(guān)系( )??M 1/5 1/10 1/20 1/30△Cmax / Z % % % %1mtT 16 31 61 91 典型Ⅱ型系統(tǒng)1．基本概念 在各種Ⅱ型系統(tǒng)中,選擇一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且能保證穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)作為典型Ⅱ型系統(tǒng),其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： （）2(1))KsWT??? 2．方塊圖和伯德圖遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè)(a)閉環(huán)系統(tǒng)方塊圖 (b)伯德圖圖 典型Ⅱ型系統(tǒng) 典型Ⅱ型系統(tǒng)的閉環(huán)方塊圖如圖 a 所示，而圖 b 表示它的伯德圖,其中頻段也是以的斜率穿越 線(xiàn)。由于分母中 項(xiàng)對(duì)應(yīng)的相頻特性是 ，后面還有一個(gè)20dBec0dB2s?180慣性環(huán)節(jié)（這往往也是實(shí)際系統(tǒng)中必定有的） ，如果不在分子上添加一個(gè)比例微分環(huán)節(jié)，就無(wú)法把相頻特性抬到 線(xiàn)以上，也就不能保證系統(tǒng)穩(wěn)定。因此要實(shí)現(xiàn)系??s??180統(tǒng)穩(wěn)定，顯然應(yīng)保證 。 ??? 3．典型Ⅱ型系統(tǒng)的性能指標(biāo)和參數(shù)之間的關(guān)系直接給出結(jié)論，分別如表 和表 所示；表 典型Ⅱ型系統(tǒng)跟隨指標(biāo)與參數(shù)關(guān)系h 3 4 5 6 7 8 9 10%?%%% % % % % %rtT 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁(yè)5?3 2 2 1 1 1 1 1 典型Ⅱ型系統(tǒng)跟隨指標(biāo)與參數(shù)關(guān)系表 中 h 是斜率為20dB/dec 的中頻段的寬度，稱(chēng)中頻寬。以 T 為時(shí)間基準(zhǔn)，對(duì)不同的 h 值，可以獲得典型Ⅱ型系統(tǒng)的超調(diào)量 %、上?升時(shí)間 、調(diào)節(jié)時(shí)間 、振蕩次數(shù) 。 rtst? 表 典型Ⅱ型系統(tǒng)抗擾指標(biāo)與參數(shù)關(guān)系h 3 4 5 6 7 8 9 10△Cmax / Z% % % % % % % %mtT 典型Ⅱ型系統(tǒng)抗擾指標(biāo)與參數(shù)關(guān)系表 中 h 是中頻寬，T 為對(duì)象固有時(shí)間常數(shù)，、 分別為擾動(dòng)點(diǎn)前后的增益，F(xiàn) 為階躍擾動(dòng)。以 T 為時(shí)間基準(zhǔn)，動(dòng)態(tài)降落以 =1K2 Z為基準(zhǔn)，對(duì)不同的 值，可以獲得典型Ⅱ型系統(tǒng)的最大動(dòng)態(tài)降落 △Cmax / Z 及Th其產(chǎn)生時(shí)刻 ，恢復(fù)時(shí)間 。mtftT 勵(lì)磁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將調(diào)節(jié)器與校正對(duì)象串聯(lián)，可將系統(tǒng)校正成以上典型Ⅰ型或Ⅱ型系統(tǒng)。 圖 勵(lì)磁反饋控制結(jié)構(gòu)圖遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè) PID 電壓調(diào)節(jié)器參數(shù)整定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)如式 所示 ()()pidobjWss?（）由于系統(tǒng)的被控對(duì)象已求出為 390().1)(.6251)objWsss??（） 根據(jù)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法參照式 對(duì)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行整定 12()))(pKsKTs?????（） 其中 ， ， ， ， 。1390K???21? 對(duì)式 進(jìn)行進(jìn)一步的處理分析得到式 12()()pKhTsWs??（） 此時(shí)本系統(tǒng)的傳遞函數(shù)就已經(jīng)整定成Ⅱ型系統(tǒng)故只需確定 PID 的參數(shù)即可 根據(jù)式 可確定 ，為了滿(mǎn)足系統(tǒng)的性能指標(biāo)取 ，經(jīng)過(guò)推導(dǎo)得12pKTh? 5K?，故可以得出 PID 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)如下 :510pK??? (.6251)()pidsWs??（） 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁(yè)4 開(kāi)關(guān)式自