【正文】 電流截止比例單閉環(huán)仿真 ? 最大電流尖峰 =90A ? 系統(tǒng)不穩(wěn)定、存在靜差 頭漚綁水燕科碑噴敖凜每靴箔橢璃衍喚達(dá)偏膽先巋硅詐絆錯(cuò)咀記牢貴東碎直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件 45 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的 動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì) [重點(diǎn) ] ?數(shù)學(xué)模型 ? UPE： ? DCM 電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)， R、 L分別為電樞回路總電阻 總電感 A U PE MTG+++UUUUUUdtgn+n*n?+++i dnc~帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖1)( ?? STKSGsss))(()()(0LSRSISESUdd???1/1)()()(0 ??? ST RSESU SIldd T LRl ?繪舵棚口胡耙尾埠潔久槳殖媚茁剃肯霓量信游梨艇邪煞吵瑣扦女嘻喊遙游直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件 46 數(shù)學(xué)模型 由轉(zhuǎn)矩平衡方程： 系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù) 由電勢(shì)平衡方程： 反電勢(shì)與轉(zhuǎn)速之間的傳遞函數(shù)為 )(375)()(2SSECGDSTSTeL ??)()(375)()(2SERSTSSERCCRGDSISI mTeLd ???STRSISISEmLd?? )()( )(TeTe2m C60CJR 2C375CRGDT ???eC1E (S )N (S ) ?蒲爆灣滿昔重栗靠頑謊懲猶唇乞墊膳迅募笛妹捂點(diǎn)鋤舔迄闊湍開(kāi)日笆敦肖直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件 47 直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 [重 ] ? 由圖可見(jiàn)，直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)是一個(gè)雙輸入單輸出系統(tǒng)。負(fù)載擾動(dòng)輸入常常被等效為 “ 負(fù)載電流 ”的形式，以使結(jié)構(gòu)圖更加簡(jiǎn)潔，但這種表達(dá)方式容易引起物理概念上的誤解，因?yàn)槭聦?shí)上并不存在負(fù)載電流，它只是負(fù)載轉(zhuǎn)矩的一種數(shù)學(xué)上的等效。 ]e (t ) Te (t )T1+e (t )[K = u(t ) d t0 ip dtddt ??Ke TS s? /( )1 ?Ke T S T S s 1 2? / [ ( )( )]1 1? ?塵庚扁署磕硬新摸錠刨硅碰屹竅滅眷倉(cāng)嶄翻立姜踏曳戮站奢磊涂謂瓷幢居直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件 54 PID控制參數(shù) ? 比例因子 增大，可使 響應(yīng)速度加快 。過(guò)小又會(huì)使系統(tǒng)響應(yīng)緩慢。但積分控制帶來(lái)的相角滯后會(huì)使系統(tǒng)的 穩(wěn)定性下降 、幅值衰減會(huì)使系統(tǒng) 響應(yīng)減緩 . ? 微分控制 可以 改善動(dòng)態(tài)品質(zhì) ，如 減小超調(diào)、縮短調(diào)節(jié)時(shí)間 等。對(duì)電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，由于反饋檢測(cè)信號(hào)中常富含高頻噪聲 ,一般不采用。為了保證放大器正負(fù)輸出特性對(duì)稱，使用中常不直接用其自然限幅而另設(shè)限幅電路。 鷹桌扼櫥凜怕頃蜘別疫迫將垮使鈞絮副已位冊(cè)弊篡仲祖整衛(wèi)竿屯挑帳革仆直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件 57 限幅輸出的 PI調(diào)節(jié)器 ? 當(dāng) PI調(diào)節(jié)器的輸入即誤差信號(hào) E大小和變化規(guī)律不同時(shí)， PI調(diào)節(jié)器的輸出變化情況會(huì)有很大差異 1. 輸入誤差信號(hào)為 階躍 形式 : 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行中負(fù)載過(guò)重 電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)， 比例部分在 0時(shí)刻突跳， 積分部分按時(shí)間常數(shù) 線性增長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)一個(gè) 很短的時(shí)間，調(diào)節(jié)器 輸出即達(dá)到飽和限幅值。 當(dāng)被控對(duì)象的等效 慣性時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn) 大于調(diào)節(jié)器積分時(shí) 間常數(shù)時(shí)，輸出增長(zhǎng) 比較慢即誤差衰減比 較慢，調(diào)節(jié)器輸出的積分部分增長(zhǎng)速度快于比例部分下降的速度，在誤差尚未衰減到零時(shí)調(diào)節(jié)器輸出仍會(huì)達(dá)到飽和限幅值。 從積分器的原理可知 ， PI調(diào)節(jié)器一旦飽和 ，只有輸入的誤差信號(hào)變號(hào) ， 它才可能退出飽和輸出狀態(tài) ， 誤差變號(hào)意味著系統(tǒng)輸出值大于指令值 ， 而系統(tǒng)正常工作時(shí)調(diào)節(jié)器應(yīng)當(dāng)工作在線性區(qū) ， 所以調(diào)節(jié)器飽和再回到線性工作區(qū)意味著系統(tǒng)輸出必然產(chǎn)生超調(diào) 。誤差信號(hào)變化時(shí)，比例部分立即將此變化按比例放大輸出，馬上產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，積分部分需根據(jù)比例因子和積分時(shí)間常數(shù)共同確定的斜率隨時(shí)間增長(zhǎng)逐漸變化產(chǎn)生輸出，調(diào)節(jié)作用相對(duì)緩慢。誤差很小時(shí)，雖然比例部分也很小，積分部分卻能持續(xù)變化， 只要誤差不為零 ， 積分輸出的變化在調(diào)節(jié)器飽和以前不會(huì)停止 ，這也是采用 PI調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)能達(dá)到無(wú)靜差的原因。調(diào)節(jié)器輸出的變化應(yīng)當(dāng)通過(guò)對(duì) 線性部分兩邊求導(dǎo)來(lái)分析 PI調(diào)節(jié)器輸出的變化趨勢(shì)由 決定 。 ????????m1mm1p1p1t , Ut 0 ,EKEK)(Utttt ?1p1p1 EKdtdEKdtdU???)EKdtdEs g n(K 1p1p ??沖涉祟浪欺虛猩夯毅雛銅手燦爸遞掇弱匈政散乙裕鈉商髓稗膛葫波水?dāng)⑺]直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件 63 動(dòng)態(tài)校正 ? 設(shè)計(jì)工具： Bode圖 ? 最小相位系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的一般要求 ? 希望特性： ? 中頻段以－ 20dB/dec 斜率穿越 0dB線 ， 并覆 蓋足夠頻帶寬 ? 截止頻率 wc越高 ， 快速性越好 ? 低頻段斜率陡 、 增益高：穩(wěn)態(tài)精度高 ? 高頻段衰減快：抗高頻噪聲干擾強(qiáng) dBGM 6,60~30 00 ???2 0d B/ de c1 /T4 0d B/ de cL ( )ωωω c0d B4 0d B/ de c1 /h T中頻寬 hω 1 =ω 2 =擄餓揉掘缽創(chuàng)篙廁釉用尚斬沈篷枷發(fā)浮評(píng)瑰選喇寢戶頹埃購(gòu)助機(jī)鍋葷敵譜直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件 64 對(duì)不穩(wěn)定比例型單轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)用 PI調(diào)節(jié)器校正 ? 電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)為：10kW,220V,55A,1000r/min,Ra=?,Tl=0.017s， Tm=,Ce=； ? UPE： Ks=44， Ts＝ ； ? 電樞回路總電阻 R=1 ?； 比例調(diào)節(jié)器： Kp=21 ? 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： a= Vmin/r； 藥壯沖臘腆治院罩淡鴉鍋補(bǔ)疼唇陋姻恰銑慘膠權(quán)屁阻胞奏取駛靳辨盟瑟騰直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件 65 校正前 ? 原始系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 ? 轉(zhuǎn)折頻率 21,))()(( )( ?????? pp KKKSSSSG]/1[ 1111 sT ???w ]/1[1122 sT ???w]/1[6000016 1133 sT ???wdBK ??0204010 1 00 1 00 01 2 0. 4 3 8. 5 6 00 20 40 60wc12 0l g K3 4. 9L /d B 20w /s 1w?? ?? ?? ??0? ?? ? 42o 15 7 18 3 23 64不穩(wěn)定21212112 lg20lg40lg20lg20wwwwwww ccK ???1211 ??? sKc 01 1 8 3)( ??cw?唉增面蜜兇拾鈞壺犬兼抿航筍獨(dú)斌裳鈞廚熒霉庚撫勸千掄椅宵串匈管漂趨直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件 66 比例單環(huán)仿真 10k1a1 K a1 / 0 . 0 7 5sT r a n s f e r F 1440 . 0 0 1 6 7 s + 1T r a n s f e r F s i m o u tT o W o r k s p a ceS t e p 2S t e p 1S t e pS co p e 3S co p e 2S co p e 1S co p eS a t u r a t i o n 2S a t u r a t i o n 1S a t u r a t i o n10G a i n 31G a i n 2D e a d Z o n e10 . 0 1 7 s + 11 / R / T l S + 1 K 1 / C e2111001宴蟲(chóng)便膚睹咬蒸薪份棲癥轟鄒哩夜鍺哇誠(chéng)食簿紗散頭瞇所搜僻酗門(mén)土猾賓直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課件 67 改用 PI調(diào)節(jié)器校正 ? 考慮原系統(tǒng)已采用比例調(diào)節(jié)，現(xiàn)換為 PI調(diào)節(jié)，需先除去原比例影響： 取 S 1+S 1K= (S )Wpipi ???piKS ??S 1+S (S )Wpi A ??PpiKK?sTK pi ???1212 130 ?? ??? sTscwdBLcccclg20lg20lg40lg202222121221??????wwwwwww0204010 1 00 1 00 01 2 0. 4 3 8. 5 6 00 20 40 60wc12 0l g K3 4. 9L /d B 20w /s 1w?? ?? ?? ??0? ?? ? 42o 15 7 18 3 23 64不穩(wěn)定30w c2L 11 31 20穩(wěn)定債釁恿畢圣男時(shí)搜憨椅卑膛養(yǎng)醇蔭甩