1、2022-5-31第第3章章 轉速、電流反饋控制轉速、電流反饋控制的直流調速系統的直流調速系統 電力拖動自動控制系統電力拖動自動控制系統 運動控制系統運動控制系統2022-5-32內內 容容 提提 要要n轉速、電流反饋控制直流調速系統的組成及其靜特性 n轉速、電流反饋控制直流調速系統的動態(tài)數學模型n轉速、電流反饋控制直流調速系統調節(jié)器的工程設計方法 nMATLAB仿真軟件對轉速、電流反饋控制的直流調速系統的仿真 2022-5-333.1 轉速、電流反饋控制直流調速系統的組成及其靜特性 本節(jié)提要本節(jié)提要n3.1.1 轉速、電流反饋控制直流調速系統的組成n3.1.2 穩(wěn)態(tài)結構圖與參數計算2022-

2、5-34簡單復習第2章內容 2022-5-35 第2章中表明，采用轉速負反饋和PI調節(jié)器的單閉環(huán)直流調速系統可以在保證系統穩(wěn)定的前提下實現轉速無靜差,消除負載轉矩擾動對穩(wěn)態(tài)轉速的影響，并用電流截止負反饋限制電樞電流的沖擊，避免出現過電流現象。但轉速單閉環(huán)系統并不能充分按理想要求控制電流（或電磁轉矩）動態(tài)過程。2022-5-36n 轉速單閉環(huán)無靜差調速系統的起動過程n如圖所示：起動電流突破Idcr以后，受電流負反饋的作用，只能再升高一點達到最大值 Idm 后，就降低下來，電機的電磁轉矩也隨之減小，加速過程延長。 IdLntIdOIdmIdcr圖 帶電流截止負反饋的轉速單閉環(huán)調速系統n轉速單閉環(huán)調

3、速系統的局限性： 僅考慮了靜態(tài)性能，沒考慮動態(tài)性能，在系統快速性要求較高的場合，僅考慮靜態(tài)性能是不夠的。2022-5-37n問題的提出n對于經常正、反轉運行的調速系統，縮短起、制動過程的時間是提高生產率的重要因素。n在起動（或制動）過渡過程中，希望始終保持電流（電磁轉矩）為允許的最大值，使調速系統以最大的加（減）速度運行。n當到達穩(wěn)態(tài)轉速時，最好使電流立即降下來，使電磁轉矩與負載轉矩相平衡，從而迅速轉入穩(wěn)態(tài)運行。2022-5-38起動電流呈矩形波，轉速按線性增長。這是在最大電流（轉矩）受限制時調速系統所能獲得的最快的起動（制動）過程。 圖3-1 時間最優(yōu)的理想過渡過程n 理想的起動過程2022

4、-5-393.1.1 轉速、電流反饋控制 直流調速系統的組成 現在的問題是，我們希望能實現控制：n起動過程，只有電流負反饋，沒有轉速負反饋；n穩(wěn)態(tài)時，只有轉速負反饋，沒有電流負反饋。 怎樣才能做到這種既存在轉速和電流兩種負反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用呢？2022-5-3103.1.1 轉速、電流反饋控制 直流調速系統的組成實現方法實現方法n在系統中設置兩個調節(jié)器，分別引入轉速負反饋和電流負反饋以調節(jié)轉速和電流，n把轉速調節(jié)器的輸出當作電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。n從閉環(huán)結構上看，電流環(huán)在里面，稱作內環(huán)；轉速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。形成了轉速、電流

5、反饋控制直流調速系統（簡稱雙閉環(huán)系統）。2022-5-3113.1.1 轉速、電流反饋控制 直流調速系統的組成圖3-2 轉速、電流反饋控制直流調速系統原理圖ASR轉速調節(jié)器 ACR電流調節(jié)器 TG測速發(fā)電機 2022-5-3123.1.2 穩(wěn)態(tài)結構圖與參數計算 本節(jié)提要本節(jié)提要n1. 穩(wěn)態(tài)結構圖和靜特性n2. 穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數計算2022-5-313 1. 穩(wěn)態(tài)結構圖和靜特性n轉速調節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定了電流給定的最大值，電流調節(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 n當調節(jié)器飽和時，輸出達到限幅值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入

6、信號使調節(jié)器退出飽和，相當于調節(jié)環(huán)開環(huán)。 n當調節(jié)器不飽和時，PI調節(jié)器工作在線性調節(jié)狀態(tài)，其作用是使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時為零。n對于靜特性來說，只有轉速調節(jié)器飽和與不飽和兩種情況，電流調節(jié)器不進入飽和狀態(tài) 。2022-5-314圖3-3 雙閉環(huán)直流調速系統的穩(wěn)態(tài)結構圖轉速反饋系數 電流反饋系數n 穩(wěn)態(tài)結構圖2022-5-315（1） 轉速調節(jié)器不飽和n兩個調節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都是零。n diinnIUUnnUU*0*dmdII0*nUnn(3-1) 2022-5-316（2）轉速調節(jié)器飽和nASR輸出達到限幅值時，轉速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉速的變化對轉速環(huán)不再產生影響。n雙

7、閉環(huán)系統變成一個電流無靜差的單電流閉環(huán)調節(jié)系統。穩(wěn)態(tài)時 (3-2)dmimdIUI*2022-5-317n 靜特性nAB段是兩個調節(jié)器都不飽和時的靜特性，IdIdm, n=n0。nBC段是ASR調節(jié)器飽和時的靜特性，Id=Idm, nn0。圖3-4 雙閉環(huán)直流調速系統的靜特性2022-5-318n 兩個調節(jié)器的作用n在負載電流小于Idm時表現為轉速無靜差，轉速負反饋起主要調節(jié)作用。n當負載電流達到Idm時，轉速調節(jié)器為飽和輸出U*im，電流調節(jié)器起主要調節(jié)作用，系統表現為電流無靜差，得到過電流的自動保護。2022-5-319n采用兩個PI調節(jié)器形成了內、外兩個閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電

8、流截止負反饋的單閉環(huán)系統靜特性好。n當ASR處于飽和狀態(tài)時，Id=Idm，若負載電流減小，Idn0，nIdm，電動機仍處于加速過程，使n超過了n* ，稱之為起動過程的轉速超調。n轉速的超調造成了Un0，ASR退出飽和狀態(tài)，Ui和Id很快下降。轉速仍在上升，直到t=t3時，Id= IdL ，轉速才到達峰值。n在t3t4時間內， Id IdL，轉速由加速變?yōu)闇p速，直到穩(wěn)定。n如果調節(jié)器參數整定得不夠好，也會有一段振蕩的過程。 n在第階段中， ASR和ACR都不飽和，電流內環(huán)是一個電流隨動子系統。2022-5-337n雙閉環(huán)直流調速系統的起動過程有以下三個特點： （1）飽和非線性控制 （2）轉速超調

9、 （3）準時間最優(yōu)控制 2022-5-338（1） 飽和非線性控制 根據ASR的飽和與不飽和，整個系統處于完全不同的兩種狀態(tài)：n當ASR飽和時，轉速環(huán)開環(huán)，系統表現為恒值電流調節(jié)的單閉環(huán)系統；n當ASR不飽和時，轉速環(huán)閉環(huán)，整個系統是一個無靜差調速系統，而電流內環(huán)表現為電流隨動系統。2022-5-339（2）轉速超調 由于ASR采用了飽和非線性控制，起動過程結束進入轉速調節(jié)階段后，必須使轉速超調， ASR 的輸入偏差電壓 Un 為負值，才能使ASR退出飽和。 這樣，采用PI調節(jié)器的雙閉環(huán)調速系統的轉速響應必然有超調。2022-5-340（3）準時間最優(yōu)控制 起動過程中的主要階段是第II階段的恒

10、流升速，它的特征是電流保持恒定。一般選擇為電動機允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動機的過載能力，使起動過程盡可能最快。 這階段屬于有限制條件的最短時間控制。因此，整個起動過程可看作為是一個準時間最優(yōu)控制。2022-5-3412動態(tài)抗擾性能分析n雙閉環(huán)系統與單閉環(huán)系統的差別在于多了一個電流反饋環(huán)和電流調節(jié)器。n調速系統，最主要的抗擾性能是指抗負載擾動和抗電網電壓擾動性能，n閉環(huán)系統的抗擾能力與其作用點的位置有關。 2022-5-342（1）抗負載擾動n負載擾動作用在電流環(huán)之后，只能靠轉速調節(jié)器ASR來產生抗負載擾動的作用。n在設計ASR時，要求有較好的抗擾性能指標。 圖3-7 直流調速系統的動態(tài)抗

11、擾作用負載擾動2022-5-343（2）抗電網電壓擾動n電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調節(jié)，使抗擾性能得到改善。n在雙閉環(huán)系統中，由電網電壓波動引起的轉速變化會比單閉環(huán)系統小得多。 圖3-7 直流調速系統的動態(tài)抗擾作用電網電壓擾動2022-5-3441. 轉速調節(jié)器的作用n轉速調節(jié)器是調速系統的主導調節(jié)器，它使轉速很快地跟隨給定電壓變化, 如果采用PI調節(jié)器，則可實現無靜差。n對負載變化起抗擾作用。n其輸出限幅值決定電動機允許的最大電流。2022-5-3452. 電流調節(jié)器的作用n在轉速外環(huán)的調節(jié)過程中，使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調節(jié)器的輸出量）變化。n對電網電壓的波動起及時抗擾

12、的作用。n在轉速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流。n當電動機過載甚至堵轉時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統立即自動恢復正常。2022-5-3463.3 轉速、電流反饋控制 直流調速系統的設計 本節(jié)提要本節(jié)提要n3.3.1 控制系統的動態(tài)性能指標n3.3.2 調節(jié)器的工程設計方法n3.3.3 按工程設計方法設計轉速、電流反饋控制直流調速系統的調節(jié)器2022-5-3473.3.1 控制系統的動態(tài)性能指標n在控制系統中設置調節(jié)器是為了改善系統的靜、動態(tài)性能。n控制系統的動態(tài)性能指標包括：u對給定輸入信號的跟隨性能指標u對擾動輸入信號的抗擾性能指標2022-5-3

13、481、跟隨性能指標n在給定信號或參考輸入信號的作用下，系統輸出量的變化情況可用跟隨性能指標來描述。n通常以輸出量的初始值為零，給定信號階躍變化下的過渡過程作為典型的跟隨過程，n此跟隨過程的輸出量動態(tài)響應稱作階躍響應。n常用的階躍響應跟隨性能指標有上升時間、超調量和調節(jié)時間。 2022-5-349圖3-8 典型的階躍響應過程和跟隨性能指標%100maxCCC上升時間 峰值時間 調節(jié)時間 超調量 2022-5-350n跟隨性能指標：跟隨性能指標： tr 上升時間：反映動態(tài)響應的快速性 超調量： 反映系統的相對穩(wěn)定性ts 調節(jié)時間：反映系統的快速性和穩(wěn)定性%100maxCCC2022-5-3512

14、抗擾性能指標n當調速系統在穩(wěn)定運行中，突加一個使輸出量降低（或上升）的擾動量F之后，輸出量由降低（或上升）到恢復到穩(wěn)態(tài)值的過渡過程就是一個抗擾過程。n常用的抗擾性能指標為動態(tài)降落和恢復時間。2022-5-352圖3-9 突加擾動的動態(tài)過程和抗擾性能指標動態(tài)降落 恢復時間 2022-5-353 抗擾性能指標標志著控制系統抵抗擾動的能力。n抗擾性能指標： Cmax 動態(tài)降落 tv 恢復時間 一般來說，調速系統的動態(tài)指標以抗擾性能為主，而隨動系統的動態(tài)指標則以跟隨性能為主。2022-5-3543.3.2 調節(jié)器的工程設計方法n工程設計方法工程設計方法： 在設計時，把實際系統校正或簡化校正或簡化成典型

15、系統典型系統，可以利用現成的公式和圖表來進行參數計算，設計過程簡便得多。n調節(jié)器工程設計方法所遵循的原則原則是：（1）概念清楚、易懂；（2）計算公式簡明、好記；（3）不僅給出參數計算的公式，而且指明參數調整的方向；（4）能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡單的計算公式；（5）適用于各種可以簡化成典型系統的反饋控制系統。n如果要求更精確的動態(tài)性能，在典型系統設計的基礎上，利用MATLAB/SIMULINK進行計算機輔助分析和設計，可設計出實用有效的控制系統。2022-5-355 n工程設計方法的基本思路工程設計方法的基本思路1. 選擇調節(jié)器結構,使系統典型化并滿足穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)精度。2. 設計調節(jié)

16、器的參數，以滿足動態(tài)性能指標的要求。2022-5-356n控制系統的開環(huán)傳遞函數都可以表示成（3-9） 分母中的sr項表示該系統在s= 0處有r重極點，或者說，系統含有r個積分環(huán)節(jié)，稱作r型系統。n為了使系統對階躍給定無穩(wěn)態(tài)誤差，不能使用0型系統（ r =0），至少是型系統（ r =1）；當給定是斜坡輸入時，則要求是型系統（ r =2）才能實現穩(wěn)態(tài)無差。n選擇調節(jié)器的結構，使系統能滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度。由于型（ r =3）和型以上的系統很難穩(wěn)定，而0型系統的穩(wěn)態(tài)精度低，因此常把型和型系統作為系統設計的目標。n1jjrm1ii)1sT(s)1s(K)s(W2022-5-3571典型型系統n作為典型

17、的I型系統，其開環(huán)傳遞函數選擇為 （3-10）式中， T系統的慣性時間常數； K系統的開環(huán)增益。n對數幅頻特性的中頻段以-20dB/dec的斜率穿越零分貝線，只要參數的選擇能保證足夠的中頻帶寬度，系統就一定是穩(wěn)定的。n只包含開環(huán)增益K和時間常數T兩個參數，時間常數T往往是控制對象本身固有的，唯一可變的只有開環(huán)增益唯一可變的只有開環(huán)增益K 。設計時，需要按照性能指標選擇參數K的大小。) 1()(TssKsW2022-5-358圖3-10 典型型系統(a)閉環(huán)系統結構圖(b)開環(huán)對數頻率特性2022-5-359n典型型系統的對數幅頻特性的幅值為 得到 (3-11)n相角裕度為nK值越大，截止頻率c

18、 也越大，系統響應越快，相角穩(wěn)定裕度 越小?？焖傩耘c穩(wěn)定性之間存在矛盾。n在選擇參數 K時，須在快速性與穩(wěn)定性之間取折衷。 ccKlg20) 1lg(lg20lg20cK（當Tc1時） 18090arctg90arctgccTT2022-5-360（1）動態(tài)跟隨性能指標n典型型系統的閉環(huán)傳遞函數為 （3-12）式中， 自然振蕩角頻率； 阻尼比。n 1，欠阻尼的振蕩特性，n 1，過阻尼的單調特性；n = 1，臨界阻尼。 n過阻尼動態(tài)響應較慢，一般把系統設計成欠阻尼，即 0 Ti，選擇i= Ti ，用調節(jié)器零點消去控制對象中大的時間常數極點，n希望電流超調量i 5%，選 =0.707， KI Ti

19、 =0.5，則 ) 1() 1(/)(sTsKsTsRKKsWiIiisiopi（3-50） iciITK21)(22ilsisliTTKRTKRTK(3-52) (3-51) 2022-5-3101圖3-20 校正成典型I型系統的電流環(huán)(a)動態(tài)結構圖 (b）開環(huán)對數幅頻特性 n 校正后電流環(huán)的結構和特性2022-5-3102n 電流環(huán)設計校驗近似條件 1）電力電子變換器純滯后的近似處理 2）忽略反電勢變化對電流環(huán)的動態(tài)影響 3）電流環(huán)小慣性群的近似處理lmciTT13sciT31oisciTT1312022-5-3103n模擬式電流調節(jié)器電路 U*i 電流給定電壓； Id 電流負反饋電壓；

20、 Uc 電力電子變換器的控制電壓。圖3-21 含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調節(jié)器0RRKiiiiiCRoioiCRT041(3-53) (3-54) (3-55) 2022-5-3104n 電流環(huán)傳遞函數化簡n按典型型系統設計的電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數為 (3-56)n采用高階系統的降階近似處理方法，忽略高次項，可降階近似為 (3-57)n降價近似條件為 (3-58) 式中，cn轉速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。111)1(1)1(/)()()(2*sKsKTsTsKsTsKsUsIsWIIiiIiIidcli111)(sKsWIcliiIcnTK312022-5-3105n 電流環(huán)等效傳遞函數n

21、電流環(huán)在轉速環(huán)中等效為 (3-59)n電流的閉環(huán)控制把雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象近似地等效成只有較小時間常數的一階慣性環(huán)節(jié)，n電流的閉環(huán)控制改造了控制對象，加快了電流的電流的閉環(huán)控制改造了控制對象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內環(huán)）控制的一個重跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內環(huán)）控制的一個重要功能。要功能。111)()()(*sKsWsUsIIcliid2022-5-3106例題3-1 n 某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調速系統，整流裝置采用三相橋式電路，基本數據如下：直流電動機：220V，136A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，允許過載倍數=1.5；晶閘管裝置放大系數：Ks=

22、40；電樞回路總電阻：R=0.5 ；時間常數：Ti=0.03s， Tm=0.18s；電流反饋系數：=0.05V/A（10V/1.5IN）。n設計要求設計要求 設計電流調節(jié)器，要求電流超調量5%i2022-5-3107解 1）確定時間常數n整流裝置滯后時間常數Ts=0.0017s。n電流濾波時間常數Toi=2ms=0.002s。n電流環(huán)小時間常數之和，按小時間常數近似處理，取Ti=Ts+Toi=0.0037s。2）選擇電流調節(jié)器結構n要求i5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，按典型I型系統設計電流調節(jié)器。用PI型電流調節(jié)器。n檢查對電源電壓的抗擾性能： ， 參看表3-2的典型I型系統動態(tài)抗擾性能，各項指標

23、都是可以接受的。11. 80037. 003. 0ilTT2022-5-31083）計算電流調節(jié)器參數n電流調節(jié)器超前時間常數：i=Ti=0.03s。n電流環(huán)開環(huán)增益：取KiTi=0.5， nACR的比例系數為1 .1350037. 05 . 05 . 0iITK013. 105. 0405 . 003. 01 .135siIiKRKK2022-5-31094）校驗近似條件n電流環(huán)截止頻率ci=KI=135.1s-1（1）校驗晶閘管整流裝置傳遞函數的近似條件 （2）校驗忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件 （3）校驗電流環(huán)小時間常數近似處理條件 1 .1960017. 03131sT1s1s

24、1s 82.4003. 018. 01313lmTT 8 .180002. 00017. 0131131oisTTcicici2022-5-31105）計算調節(jié)器電阻和電容n取n 取40kn 取0.75Fn 取0.2FkR400kRKRii52.4040013. 10FFRCiii75. 01075. 0104003. 063FFRTCioi2 . 0102 . 01040002. 04463002022-5-31112轉速調節(jié)器的設計圖3-22 轉速環(huán)的動態(tài)結構圖及其簡化(a)用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán) 2022-5-3112圖3-22 轉速環(huán)的動態(tài)結構圖及其簡化(b)等效成單位負反饋系統和小慣性

25、的近似處理n把轉速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內，同時將給定信號改成 U*n(s)/，n把時間常數為 1 / KI 和 Ton 的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并onInTKT1n 系統等效和小慣性的近似處理2022-5-3113n 轉速調節(jié)器選擇n轉速環(huán)的控制對象是由一個積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)組成，IdL(s)是負載擾動。n系統實現無靜差的必要條件是：在負載擾動點之前必須含有一個積分環(huán)節(jié)。n轉速開環(huán)傳遞函數應有兩個積分環(huán)節(jié)，按典型型系統設計。nASR采用PI調節(jié)器ssKsWnnnASR) 1()(（3-61） Kn 轉速調節(jié)器的比例系數； n 轉速調節(jié)器的超前時間常數。 2022-5-3114n 調速系統

26、的開環(huán)傳遞函數n調速系統的開環(huán)傳遞函數為n令轉速環(huán)開環(huán)增益KN為 (3-62)n則 （3-63） )1()1()1()1()(2sTsTCsRKsTsTCRssKsWnmennnnmennnnmennNTCRKK) 1() 1()(2sTssKsWnnNn2022-5-3115圖3-22 轉速環(huán)的動態(tài)結構圖及其簡化(c)校正后成為典型型系統n 校正后的系統結構2022-5-3116n 轉速環(huán)設計校驗近似條件 1）電流環(huán)閉環(huán)后近似為一個慣性環(huán)節(jié)的條件 2）轉速環(huán)二個小慣性環(huán)節(jié)合并的條件 iIcnTK31onIcnTK312022-5-3117n 轉速調節(jié)器的參數計算 轉速調節(jié)器的參數包括 Kn

27、和 n。按照典型型系統的參數關系，由式(3-29) nn hT（ 3-64 ） 2n2N21ThhKnmen2) 1(RThTChK再由式（3-30） （3-65） （3-66） 因此 2022-5-3118n參數選擇 至于中頻寬 h 應選擇多少，要看動態(tài)性能的要求決定。 無特殊要求時，一般可選擇 5h2022-5-3119n模擬式轉速調節(jié)器電路 U*n 轉速給定電壓； n 轉速負反饋電壓； U*i 電流調節(jié)器的給定電壓。(3-67) (3-68) (3-69) 圖3-23 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉速調節(jié)器0RRKnnnnnCRononCRT0412022-5-3120例題3-2 n在例

28、題3-1中，除已給數據外，已知：轉速反饋系數=0.07Vmin/r（10V/nN），n要求轉速無靜差，空載起動到額定轉速時的轉速超調量n10%。n試按工程設計方法設計轉速調節(jié)器，并校驗轉速超調量的要求能否得到滿足。2022-5-3121解 1）確定時間常數n（1）電流環(huán)等效時間常數。 由例題3-1，已取KITi=0.5，則 n（2）轉速濾波時間常數。根據所用測速發(fā)電機紋波情況，取Ton=0.01s。n（3）轉速環(huán)小時間常數。按小時間常數近似處理，取sTKiI0074. 00037. 0221sTKTonIn0174. 001. 00074. 012022-5-31222）選擇轉速調節(jié)器結構n選

29、用PI調節(jié)器，3）計算轉速調節(jié)器參數n取h=5，則ASR的超前時間常數為n轉速環(huán)開環(huán)增益： nASR的比例系數為ssKsWnnnASR) 1()(shTnn087. 00174. 05222224 .3960174. 052621sThhKnN7 .110174. 05 . 0007. 05218. 0132. 005. 062) 1(nmenRThTChK2022-5-31234）檢驗近似條件n轉速環(huán)截止頻率為（1）電流環(huán)傳遞函數簡化條件 滿足簡化條件（2）轉速環(huán)小時間常數近似處理條件 滿足近似條件115 .34087. 04 .396sKKnNNcn7 .630037. 01 .13531

30、31iITK7 .3801. 01 .1353131onITK1s1scncn2022-5-31245）計算調節(jié)器電阻和電容n取n 取470kn 取0.2 F n 取1F6）校核轉速超調量n當h=5時，由表3-4查得，n%=37.6%，不能滿足設計要求。實際上，由于表3-4是按線性系統計算的，而突加階躍給定時，ASR飽和，不符合線性系統的前提，應該按ASR退飽和的情況重新計算超調量。kR400kRKRnn468407 .110FFRCnnn185. 010185. 010470087. 063FFRTConon1101104001. 0446302022-5-31253轉速調節(jié)器退飽和時轉速超

31、調量的計算n當轉速超過給定值之后，轉速調節(jié)器ASR由飽和限幅狀態(tài)進入線性調節(jié)狀態(tài)，此時的轉速環(huán)由開環(huán)進入閉環(huán)控制，迫使電流由最大值Idm降到負載電流Idl 。nASR開始退飽和時，由于電動機電流Id仍大于負載電流Idl ，電動機繼續(xù)加速，直到Id Idl時，轉速才降低。n這不是按線性系統規(guī)律的超調，而是經歷了飽和非線性區(qū)域之后的超調，稱作“退飽和超調”。2022-5-3126n假定調速系統原來是在Idm的條件下運行于轉速n*，n在點O 突然將負載由Idm降到Idl ，轉速會在突減負載的情況下，產生一個速升與恢復的過程，n突減負載的速升過程與退飽和超調過程是完全相同的。 2022-5-3127圖

32、3-24 ASR飽和時轉速環(huán)按典型II型系統設計的 調速系統起動過程參見抗擾過程2022-5-3128圖3-25 調速系統的等效動態(tài)結構圖(a)以轉速n為輸出量 只考慮穩(wěn)態(tài)轉速n*以上的超調部分，n=n-n*，坐標原點移到O點， 2022-5-3129圖3-25 調速系統的等效動態(tài)結構圖(b）以轉速超調值為輸出量初始條件則轉化為dmdIIn)0(, 0)0(2022-5-3130n把n的負反饋作用反映到主通道第一個環(huán)節(jié)的輸出量上來，得圖 (c)，圖中Id和IdL的+、- 號都作了相應的變化。n圖 (c)和討論典型II型系統抗擾過程所用的圖3-15b完全相同?？梢岳帽?-5給出的典型II型系統

33、抗擾性能指標來計算退飽和超調量， 圖3-25 調速系統的等效動態(tài)結構圖(c) 圖(b)的等效變換2022-5-3131n在典型II型系統抗擾性能指標中， C的基準值是 (3-35)nn的基準值是(3-70)TFKCb22nmeTTTCRK2dLdmIIFmedLdmnbTCIIRTn)(22022-5-3132n作為轉速超調量n%，其基準值應該是n*，退飽和超調量可以由表3-5列出的數據經基準值換算后求得，即 mnNbbbnTTnnzCCnnCC*max*max)%)(2%)(% 電動機允許的過載倍數， z負載系數， (3-72)dNdmIIdNdLzIImnNbTTnzn)(2(3-71)e

34、dNNCRIn2022-5-3133例題3-3 試按退飽和超調量的計算方法計算例題3-2中調速系統空載起動到額定轉速時的轉速超調量，并校驗它是否滿足設計要求。n解解 當h=5時，由表2-7查得 mnNbbbnTTnnzCCnnCC*max*max)%)(2%)(%2 .81/maxbCC%10%31. 818. 00174. 01460132. 05 . 01365 . 1%2 .8122022-5-3134從例題3-1，3-2，3-3的計算結果來看，有三個問題是值得注意的。（1）轉速的退飽和超調量與穩(wěn)態(tài)轉速有關。n 按線性系統計算轉速超調量時，當h選定后，不論穩(wěn)態(tài)轉速n*有多大，超調量n%的百分數都是一樣的。n 按照退飽和過程計算超調量，其具體數值與n*有關 （2）反電動勢對轉速環(huán)和轉速超調量的影響 。n反電動勢的動態(tài)影響對于電流環(huán)來說是可以忽略的。n對于轉速環(huán)來說，忽略反電動勢的條件就不成立了。好在反電動勢的影響只會使轉速超調量更小，不考慮它并無大礙。 2022-5-3135（3）內、外環(huán)開環(huán)對數幅頻特性的比較n外環(huán)的響應比內環(huán)慢