【導讀】的運用領域在現實生活中的許多領域，也起到了不可或缺的作用。優(yōu)點在整個調速控制系統(tǒng)中獨占鰲頭。行修正改善，經過大量的研究和實踐證明，可采用閉環(huán)調速系統(tǒng)。根據引回的反饋量的性質可大致分為電壓反饋，電流反饋，轉速反饋等。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，習慣采用電流、轉速閉環(huán)控制。具有很高的現實意義。數據參數，設計出合理的雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)。要求的系統(tǒng)模型。調速系統(tǒng)進行比較。

　　

【正文】 型系統(tǒng)開環(huán)頻率響應特性 典型 Ⅱ 型系統(tǒng)的跟隨性能指標和動態(tài)抗擾性能與參數的關系分別如表 444 所示 。 表 Ⅱ 型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標 h 3 4 5 6 7 8 9 10 σ % % % % % % % % Ttr/ Tts/ k 3 2 2 1 1 1 1 1 由上表可知：調節(jié)時間隨 h 的變化不是單調的， h 減小時，上升時間快， h增大時，超調量小。綜合各指標， h=5 動態(tài)性能比較適中 [18]。 表 Ⅱ 型系統(tǒng) 各 參數 與 動態(tài)抗擾性能指標的關系 h 3 4 5 6 7 8 9 10 bCC /max? % % % % % % % % Ttm/ Ttv/ 由上表可得： h越小，抗擾性能越好，但超調量增大， 一般取 h=5。 22 綜合以上四個表格可看出， 兩種系統(tǒng)各有長短，對于 Ⅱ 型 來說，其 抗擾性能比較好 但 超調量相對較大， 而對于 Ⅰ 型 來講，它在超調量上很優(yōu)勢，但是不耐干擾，二者可根據不同的要求和運用環(huán)境選擇合適的一種。 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜差分析 在轉速環(huán)中，如果 運 用比例調節(jié)器 ，那么我們可寫出這一模塊 的輸出為： npc UKU ?? （ ） 當 0,0 ??? UU 時，電動機運行； 當 0,0 ??? UU 時，電動機停止運行。 由式（ ）不難看出，控制電動機的電壓與比較電壓 nU? 直接掛鉤，但有個重要的缺點，輸入和反饋必須要有曉以電壓差電動機才能轉，一但電壓差為零（當然是做到無差了）電動機卻不轉了，而使用比例積分調節(jié)器基本能作到無差調節(jié)且保證電動機能轉動。其中最主要的角色就是積分環(huán)節(jié)，采用比例積分環(huán)節(jié)調節(jié)器，它將輸出一點點積累起來，當達到穩(wěn) 定轉速時，新增為零， 而積分調節(jié)器 給也 的輸出 量 則 積累了從開始到結束這一時間內 輸入偏差量的 所有 歷史 和，使輸出能 保持不變，達到穩(wěn)定也做到無差了。下面 以簡單的閉環(huán)系統(tǒng)作介紹加以論證。 采用比例調節(jié)器 時 系統(tǒng) 是有靜差的 ， 而運用比例積分調節(jié)器時我們就可以消除靜差，這是使用它的好處，做到無差調速。 對于突 然 加 上一個 負載 的時候，以 動態(tài)抗擾 性能來說 ， 比例 積分控制規(guī)律和比例控制規(guī)律的 是有很大區(qū)別的 ：只要歷史上 曾經 有過 nU? ， 無論 現在 nU? 存在與否 ，其積分 和 就 一定會存在且不為零 ， 便能發(fā)出系統(tǒng)正常工作 運行所 必 需的控制 性輸入 電壓 cU ， 而 比例調節(jié)器的輸出 卻做不到這一點，因為它與某時刻的nU? 掛鉤，如果為零不轉，即 只取決于輸入偏差量的現狀 。 想要弄清比例系統(tǒng)的工作原理不妨看看它的原理圖 （如圖 ） ， 分析 它在控制 過程的情況或誤差 ， 都可從其原理圖開始，當然我們已經知道 的 是，僅有它所參與的 閉環(huán) 系統(tǒng)是 有靜差 的 ， 我們可能分析它的靜差過程與原由，來找到解決的方法，比例積分就是這樣 出現的。采用它時， 負載擾動引起的穩(wěn)態(tài)速差為 ： )1()1)(1( )1)(1()()(200 l i ml i m KCRIKsTsTTsTTSTCRsIsnsnedlllmslsedlss ??????????????? （ ） 23 這 和靜特性分析的結果是 相符合 的。 niUiiACR0RoU 圖 比例調節(jié)器原理圖 當 然這樣會 出現靜差， 根據上面的分析， 要 做到 無差，就要 改變調節(jié)器 。為了實現這一要求，系統(tǒng)中必須接入無靜差元件，它在系統(tǒng)出現偏差時有 一個調整輸出以消除偏差，而 沒有偏差 時它的輸出 穩(wěn)定 不 變。所以 為解決 系統(tǒng) 的 靜差 問題 ，應 采用典型的無靜差元件 — 比例積分 元件 （ PI 調節(jié)器）。 若 拿 比例積分調節(jié)器（圖 ）控制， PI 有這樣的 關系： ?? ???? dtUURRdtUCRURRU ininoin ?11 in01101o （ ） 當零 狀態(tài) 時， 運用數學工具可有它的 傳遞函數為： ssKsU sUW PIinoPI ?? )1()( )()s( ??? （ ） 式中，“ 01 RRKPI ? 是它的 放大 倍 數； CR1?? 是 它 的超前時間常數 ” 。 在零初始條件和階躍輸入條件下，由（ ）可得 PI 調節(jié)器的輸出特性表達式為 ： tUUKU ininpi ???o （ ） 24 niUiiACR0RoU1R 圖 比例積分器 的原理 圖 則穩(wěn)態(tài)速差為 ： 0)1()1)(1()1)(1(.)()(200l i ml i m ??????????????? sKCKsTsTTsTssTsTsC RIsnssnpiesmlmslSedlss ????（ ） 由式 知 ，比例積分控制 做到了 無靜差 的 調速。 25 5 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的設計 整體思路是先里后外，設計內環(huán)后再著手外環(huán) 。 使用基本原理設計好 電流環(huán)以后，把 它當作 轉速環(huán)（外環(huán)）中的一個環(huán)節(jié)，設計轉速環(huán)。 在檢測 的電流 信號中常有交流分量，為了 使它不 影響調節(jié)器的輸入， 應 加入低通濾波器，然而濾波環(huán)節(jié) 會 使反饋信號延遲，為了消除此延遲 的影響，要 在給定位置 增設 一個 同時間差的 慣性環(huán)節(jié) 以確保時間上的同步 。同理， 為消除 測速發(fā)電機 引起的一些干擾 換向紋波， 我們也需要 加入 一個 濾波環(huán)節(jié) 。 電流環(huán)的設計 （ 1） 結構框圖的化簡 在 圖 里， 點畫線 包圍 的 那一部分 為電流環(huán)，反電動勢 干擾 對于 它的作用是一個緩慢的 過程 ，當電流 在 突然 間發(fā)生 變化時，可以 暫時 認為 0??E 。這樣，我們在按照 動態(tài)性能來設計 本 環(huán) 節(jié) 時， 完全就 可以暫時忽略反電動勢變化 對它帶來 的 各種 動態(tài)影響。不考慮電機 定子 反電動勢，對 本 環(huán) 節(jié) 干擾的條件是 lmci TT13?? （ ） 式中 ，“ ci? 指 本 環(huán) 的 開環(huán)截止頻率 ” 。 將給定信號及反饋濾波同時移至環(huán)內前向通道上，再將給定信號變成?)(* sUi ，則電流環(huán)將等效為單位負反饋控制系統(tǒng) [20]。 最后，由于一般情況下 oiT 和 sT 都比 lT 小得多，從而可當作小慣性群近似地看成是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數為 oisi TTT ??? （ ） 則電流環(huán)內部結構簡化的近似條件為 ： oisci TT131?? （ ） （ 2）電流調節(jié)器結構的選擇 從動態(tài)要求上看，電樞電流不允許有太大的超調。從靜態(tài)要求上看，希望電流 靜差小甚至沒有 靜差。因此， 本 環(huán) 設計 主要以跟隨性能為主，應采用 Ⅰ 型系統(tǒng)是比較合適的 。 26 電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，校正成 Ⅰ 型系統(tǒng)時，電流調節(jié)器要選用PI 型的，其傳遞函數用如下式子表示 [21]。 ssKsW iiiA C R ?? )1()( ?? （ ） 式中 ，“ i? 指 電流調節(jié)器的超前時間常數； iK 指 電流調節(jié)器的比例系數 ” 。 為了實現控制對象的大時間常數極點和調節(jié)器的零點對消 [24]，選擇 i? = lT （ ） 于是電流環(huán)的動態(tài)結構框圖變成圖 51所示的典型形式，其中 RKKK i si? ??? （ ） )1( ??sTs KiI?)(*sUi )(sId 圖 Ⅰ 型系統(tǒng)電流環(huán) 的 動態(tài)結構框圖 上述結果 做了很多的 假設條件 并在此基礎之上 得到的，這些條件是： ① 對 電力電子變換器 進行 純滯后 性 的近似處理 sci T31?? （ ） ② 不 再 考慮反電動勢 有 變化 會 對 本 環(huán)的動態(tài)影響 lmci TT13?? （ ） ③ 對 電流環(huán)慣性群 作 近似處理 oisci TT131?? （ ） （ 3） 本環(huán) 調節(jié)器的參數計算 27 由（ ）得，電流調節(jié)器的參數為 iK 和 i? ，而 i? 已經選定，需要求的只 iK ，可依照所要求的動態(tài)性能指標來選取。一般情況下，希望電流超 調量為 %5?i? ，由表 ，可選 ?? ， ??? iTK ，則 ici TK ?? ?? 21? （ ） 再結合 考慮 式（ ）和式（ ） 整理后有： )(22 ilsisli TTKRTK RTK ?? ?? ?? （ ） 轉速環(huán)的設計 （ 1） 本環(huán) 的等效閉環(huán)傳遞函數 電流環(huán)經簡化后可看作轉速環(huán)內的一個環(huán)節(jié)，因此，需要先求其閉環(huán)的傳遞函數 )(sWcli ： 111)1(1)1(/)()()(2*???????????????sKsKTsTs KsTsKsUsIsWiiiidc l i ? （ ） 不考慮高次項， )(sWcli 可以降低階次近似表示成 111)(???sKsWcli （ ） 近 似條件式為 i TK??? 31? （ ） 式中， “ ? 指 轉速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率 ” 。 電流環(huán)作為轉速環(huán)內的一環(huán)節(jié)其輸入量為 )(*sUi ，于是電流環(huán)可在轉速環(huán)內等效成 [24] 28 111)()()(* ????sKsWsUsI c l iid ?? （ ） （ 2）轉速調節(jié)器結構的選擇 和電流環(huán) 一樣，將轉速給定濾波及反饋濾波兩個環(huán)節(jié)移入環(huán)內，并將給定信號變?yōu)??)(* sUn ，再將兩個時間常數為 IK1 和 onT 的小慣性環(huán)節(jié)合并在一起，近似成一個時間常數為 nT? 的慣性環(huán)節(jié)，其中 onIn TKT ??? 1 （ ） 為了既要滿足電機轉速 調節(jié)無靜差，又想滿足好的動態(tài)性能指標的要求，轉速環(huán)開環(huán)傳遞函數要有兩個積分環(huán)節(jié)，因此設計為 Ⅱ 型系統(tǒng)，也使用比例積分（ PI）調節(jié)器 [25]。 它的傳遞函數可表示為： ssKsW nnnA SR ?? )1()( ?? （ ） 式中 ，“ n ? 是 本 環(huán) PI 調節(jié)器的超前時間常數； nK 是 本 環(huán) PI 調節(jié)器的比例系數 ” 。 這樣，直流電機調速控制系統(tǒng)的開環(huán)傳 遞函數可表示為 )1()1()1()()1()(2ee ???????? sT