直流伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)課件5.1.1速度控制系統(tǒng)的主要技術(shù)要求調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)速范圍、靜差率和額定速降的關(guān)系：

調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，只有對兩者同時(shí)提要求才有意義。一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足靜差率要求的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。脫離了對靜差率的要求，任何調(diào)速系統(tǒng)都可以做到很高的調(diào)速范圍；反之也一樣，即脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也很容易?？梢?，對靜差率要求越嚴(yán)，系統(tǒng)允許的調(diào)速范圍就越小。5.1.1速度控制系統(tǒng)的主要技術(shù)要求-舉例例：某調(diào)速系統(tǒng)額定轉(zhuǎn)速1430r/min，額定速降115r/min，分別求靜差率小于30%和20%時(shí)的調(diào)速范圍。5.1.1速度控制系統(tǒng)的主要技術(shù)要求（5）對階躍信號(hào)輸入下系統(tǒng)的響應(yīng)特性：在階躍信號(hào)作用下，系統(tǒng)的最大超調(diào)量和響應(yīng)時(shí)間。（6）負(fù)載擾動(dòng)作用下系統(tǒng)的響應(yīng)特性：衡量抗擾能力一般取最大轉(zhuǎn)速降（或升）和響應(yīng)時(shí)間來度量。（7）通頻帶寬要求：國內(nèi)一般用雙十指標(biāo)。（8）對系統(tǒng)工作制、MTBF、可靠性以及使用壽命等的要求。（9）對環(huán)境、成本、通用性、標(biāo)準(zhǔn)化程度、效率、維護(hù)維修、結(jié)構(gòu)尺寸以及安裝條件等的要求。上述指標(biāo)往往是用戶提出的，在工程設(shè)計(jì)中，常常用到穩(wěn)定裕度、開環(huán)截止頻率等間接技術(shù)指標(biāo)。4.1伺服系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)要求5.1.2位置控制系統(tǒng)的主要技術(shù)要求（1）系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差：輸入指令為常值時(shí)，輸入與輸出之間的誤差。位置控制系統(tǒng)一般為無靜差系統(tǒng)，用線性理論分析，系統(tǒng)靜止協(xié)調(diào)時(shí)不存在位置誤差。實(shí)際上，系統(tǒng)測量元件的分辨率有限，系統(tǒng)輸出軸存在干摩擦造成的死區(qū)，這些均可造成系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。（2）速度誤差：等速跟蹤狀態(tài)下，系統(tǒng)輸出與輸入之間的瞬時(shí)位置誤差。（3）正弦跟蹤誤差：正弦跟蹤狀態(tài)下，輸出與輸入之間的瞬時(shí)幅值誤差。（4）正弦跟蹤相位誤差：正弦跟蹤狀態(tài)下，輸出與輸入之間的相位差。5.1.2位置控制系統(tǒng)的主要技術(shù)要求（5）速度品質(zhì)因數(shù)：斜坡信號(hào)輸入條件下，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度輸出與速度誤差的比值。（6）加速度品質(zhì)因數(shù)：加速度輸入條件下，系統(tǒng)輸出加速度與相應(yīng)的加速度誤差之間的比值。（7）最大跟蹤速度、最低平滑速度、最大加速度（8）振蕩指標(biāo)M和頻帶寬度：5.1.2位置控制系統(tǒng)的主要技術(shù)要求（9）階躍響應(yīng)特性：超調(diào)量、過度過程時(shí)間、振蕩次數(shù)。（10）等速跟蹤狀態(tài)下，負(fù)載擾動(dòng)所造成的最大瞬時(shí)誤差和過渡過程時(shí)間。（11）對系統(tǒng)工作制、MTBF、可靠性以及使用壽命等的要求。（12）對環(huán)境、成本、通用性、標(biāo)準(zhǔn)化程度、效率、維護(hù)維修、結(jié)構(gòu)尺寸以及安裝條件等的要求。

5.2直流伺服電動(dòng)機(jī)的PWM調(diào)速原理5.2.1直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)良好的起、制動(dòng)性能調(diào)速范圍寬過載能力大需要定期維護(hù)力-電壓相似性5.2.2直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法

直流伺服電動(dòng)機(jī)的開環(huán)機(jī)械特性表達(dá)式5.2.2直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法可以看出，直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法可以有三種(1)電樞電壓控制調(diào)速：電動(dòng)機(jī)加以恒定激磁，調(diào)節(jié)電樞兩端的電壓?！交{(diào)速范圍寬，應(yīng)用廣泛。(2)磁場控制調(diào)速：電樞加以恒定電壓，改變激磁電壓，即改變勵(lì)磁磁通的方法實(shí)現(xiàn)調(diào)速?！刂乒β市?，但調(diào)速范圍窄。有時(shí)用于在調(diào)壓調(diào)速基礎(chǔ)上，減小勵(lì)磁磁通來進(jìn)一步提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，即所謂的弱磁控制。(3)改變電樞回路的總電阻實(shí)現(xiàn)調(diào)速?！荒苡屑?jí)調(diào)速目前伺服系統(tǒng)中用的多為永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)，所以開環(huán)機(jī)械特性可以簡化為：5.2直流伺服電動(dòng)機(jī)的PWM調(diào)速原理5.2.3雙極式H橋功率變換器雙極式H橋功率變換器電樞兩端的平均電壓為：5.2.3雙極式H橋功率變換器——特點(diǎn)雙極式H橋功率變換器的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：(1)停轉(zhuǎn)時(shí)，微振電流有“動(dòng)力潤滑作用”，有助于減小摩擦死區(qū)。(2)主電路結(jié)構(gòu)簡單，所需功率元件少。(3)電流一定連續(xù)，元件工作于高頻開關(guān)狀態(tài)，諧波少，效率高。(4)可使電動(dòng)機(jī)在四個(gè)象限工作。(5)低速平穩(wěn)性好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬。(6)系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。(7)直流電源采用三相不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)高。缺點(diǎn)：(1)4個(gè)開關(guān)管均處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大。(2)一側(cè)臂上的晶體管容易出現(xiàn)直通現(xiàn)象，造成事故。5.2直流伺服電動(dòng)機(jī)的PWM調(diào)速原理5.2.4脈寬調(diào)制器：是一個(gè)電壓—脈沖變換裝置，由控制系統(tǒng)控制器輸出的控制電壓進(jìn)行控制，為PWM裝置提供所需的脈沖信號(hào)，其脈沖寬度與控制電壓成正比。常用的脈寬調(diào)制器有以下幾種：(1)用鋸齒波作調(diào)制信號(hào)的脈寬調(diào)制器。(2)用三角波作調(diào)制信號(hào)的脈寬調(diào)制器。(3)用多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的脈寬調(diào)制器。(4)數(shù)字式脈寬調(diào)制器。鋸齒波脈寬調(diào)制器改變控制電壓的大小，就改變了輸出信號(hào)的占空比，因而改變雙極式H橋PWM功率變換器輸出平均電壓的大小，因而改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變控制電壓的極性，就改變了雙極式H橋PWM功率變換器輸出平均電壓的極性，因而改變了電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。數(shù)字式脈寬調(diào)制器利用8位微處理器控制實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。兩片74LS161組成一個(gè)1/256分頻空轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器。兩片75LS85串聯(lián)成一個(gè)8位電壓比較器，將計(jì)數(shù)器的輸出與微處理器的輸出比較。5.2直流伺服電動(dòng)機(jī)的PWM調(diào)速原理5.2.5泵升電壓抑制電路當(dāng)PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)制動(dòng)或停車時(shí)，儲(chǔ)存在電動(dòng)機(jī)和負(fù)載中的動(dòng)能將變成電能，回饋給不控整流直流電源，造成儲(chǔ)能電容上的電壓升高，稱作“泵升電壓”對大功率調(diào)速系統(tǒng)，為節(jié)約能源，可采用逆變技術(shù)，將回饋的電能轉(zhuǎn)換成工頻交流電，再回饋給電網(wǎng)。5.2直流伺服電動(dòng)機(jī)的PWM調(diào)速原理5.2.6合閘浪涌電流的抑制5.2直流伺服電動(dòng)機(jī)的PWM調(diào)速原理5.2.7PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性電樞回路的電壓平衡方程為5.2直流伺服電動(dòng)機(jī)的PWM調(diào)速原理5.2.7PWM直流調(diào)速裝置的傳遞函數(shù)根據(jù)PWM功率變換器德的工作原理，當(dāng)控制電壓改變后，輸出電壓要到下一個(gè)周期才會(huì)改變，因此，脈寬調(diào)制器和PWM功率變換器合起來可以看作一個(gè)延時(shí)環(huán)節(jié)，最大延遲為一個(gè)開關(guān)周期T，由于調(diào)制頻率很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的截止頻率，按照工程上小參數(shù)環(huán)節(jié)的簡化處理辦法，可以將其近似成一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)，甚至直接看作一個(gè)比例環(huán)節(jié)。這樣，該環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可寫作：5.3轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)

5.3.1開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的性能和存在問題5.3轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)5.3.2閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性圖中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：從上述五個(gè)關(guān)系式中消去中間變量，整理得轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程5.3.2閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖：其中圖b為只有指令輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖c為只有擾動(dòng)輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖也可以通過穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖直接按線性系統(tǒng)的疊加原理得到靜特性方程。5.3轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)5.3.3開環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的比較若斷開反饋回路，則上述系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性為而閉環(huán)靜特性可寫成比較上述兩式，可得如下結(jié)論：（1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多。5.3.3開環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的比較

（2）如果比較同一空載轉(zhuǎn)速的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多（3）當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍（4）要獲得上述三條優(yōu)越性，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器和反饋裝置。5.3.3開環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的比較閉環(huán)系統(tǒng)能夠減小靜差率的實(shí)質(zhì)在于隨負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)電樞電壓5.3轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)5.3.4反饋控制規(guī)律（1）被調(diào)量有靜差——依靠偏差量的變化進(jìn)行調(diào)解（2）抵抗擾動(dòng)與服從給定（3）系統(tǒng)精度依賴于給定和反饋檢測精度要求：檢測元件本身精度和安裝精度精密給定電源5.3轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)5.3.5反饋控制調(diào)速系統(tǒng)的主要部件和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算(1)運(yùn)算放大器(2)功率放大裝置5.3.5反饋控制調(diào)速系統(tǒng)的主要部件和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算舉例：計(jì)算過程如下：穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算舉例：穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算舉例：5.3轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)5.3.6限流保護(hù)——電流截止負(fù)反饋（1）截流反饋環(huán)節(jié)截流反饋環(huán)節(jié)輸入輸出特性5.3.6限流保護(hù)——電流截止負(fù)反饋

（2）帶截流反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性由結(jié)構(gòu)圖可導(dǎo)出兩段靜特性的方程式電流負(fù)反饋與給定電壓相當(dāng)于在主電路中串入大電阻，因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂；比較電壓與給定電壓一致，好像理想空載轉(zhuǎn)速提高了。5.3.6限流保護(hù)——電流截止負(fù)反饋上面只是從靜特性上分析了電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的啟動(dòng)限流作用，實(shí)際啟動(dòng)時(shí)電流的變化還取決于動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和慣性參數(shù)，以及轉(zhuǎn)速給定信號(hào)的加入情況，因此采用電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)解決限流問題并不是十分精確的，只適用于小容量的對于動(dòng)態(tài)特性要求不高的系統(tǒng)。5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正5.4.1反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的步驟：A.根據(jù)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的物理規(guī)律，列寫該環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)過程微分方程B.求出各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)C.組成系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(1)額定勵(lì)磁下的直流電動(dòng)機(jī)5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正電樞回路電壓平衡方程電樞電流建立的電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩平衡方程5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正令直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖若無需暴露電樞電流不考慮電動(dòng)勢負(fù)反饋的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖5.4.1反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型

（2）功率變換裝置（3）比例放大器（4）測速發(fā)電機(jī)（5）閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)5.4.1反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型開環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正5.4.2穩(wěn)定條件反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為穩(wěn)定條件只有5.4.2穩(wěn)定條件——舉例

根據(jù)穩(wěn)態(tài)指標(biāo)要求，開環(huán)放大系數(shù)必須大于53.3，所以，穩(wěn)態(tài)指標(biāo)和穩(wěn)定性是矛盾的。實(shí)際上，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性不僅必須保證穩(wěn)定，而且還要有一定的裕度，以備參數(shù)變化和一些未計(jì)入因素的影響，即所取的開環(huán)放大系數(shù)比它的臨界值還要小一些?？梢钥闯觯€(wěn)態(tài)指標(biāo)與動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性是一對矛盾。5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正5.4.3動(dòng)態(tài)校正——PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一個(gè)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，首先應(yīng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，基本部件選擇和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算，這樣就形成了基本的閉環(huán)控制系統(tǒng)，或稱原始系統(tǒng)。然后應(yīng)該建立原始系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，檢查它的穩(wěn)定性和其他動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。如果原始系統(tǒng)不穩(wěn)定或動(dòng)態(tài)性能不好，就應(yīng)該配置合適的校正裝置，使校正后的系統(tǒng)全面滿足性能指標(biāo)要求。校正的方式很多，而且對于一個(gè)具體的系統(tǒng)而言，能夠滿足性能要求的校正方案也很多，并不是唯一的。常用的校正方法有很多：5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正(1)串聯(lián)校正：將校正裝置串聯(lián)在系統(tǒng)的前向通道中來改善系統(tǒng)性能的校正方法。由運(yùn)算放大器組成一定的有源校正網(wǎng)絡(luò)，傳遞函數(shù)相乘，處理方便，在機(jī)電控制系統(tǒng)中應(yīng)用最多。控制系統(tǒng)采用串聯(lián)超前校正,主要用來補(bǔ)償系統(tǒng)的相位滯后,以改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性,增加穩(wěn)定裕度,減少伺服系統(tǒng)的速度誤差,提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)。也常用來抵消系統(tǒng)前向通道中不希望有的極點(diǎn)，拓寬系統(tǒng)的通頻帶。需要注意的是：當(dāng)信號(hào)夾雜噪聲干擾時(shí)，串入有源超前校正時(shí)要特別注意防止噪聲將信號(hào)通道阻塞。5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正采用串聯(lián)滯后校正,主要用來提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度；又可用來限制系統(tǒng)的通頻帶；當(dāng)系統(tǒng)前向通道受干擾作用時(shí)，在擾動(dòng)作用點(diǎn)之前給系統(tǒng)串入純積分環(huán)節(jié)，就可補(bǔ)償緩慢變化的干擾對系統(tǒng)的影響，但他將使系統(tǒng)的相位滯后，快速性變差，引起條件穩(wěn)定問題。5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正采用超前校正使系統(tǒng)的帶寬增加，改善了響應(yīng)速度，且減小超調(diào)量，但穩(wěn)態(tài)性能改善甚微；滯后校正使穩(wěn)態(tài)精度獲得改善，但由于減小了帶寬，使系統(tǒng)響應(yīng)緩慢。如果欲同時(shí)改善系統(tǒng)的瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)(即大幅度地增加增益和帶寬）性能，兼得兩者的優(yōu)點(diǎn)，則可采用滯后-超前校正。這是目前被認(rèn)為最有實(shí)用價(jià)值的、具有通用有效的補(bǔ)償措施。使用串聯(lián)校正裝置應(yīng)當(dāng)注意：a.若用串聯(lián)校正抵消系統(tǒng)前向通道中不需要的極點(diǎn)或零點(diǎn)時(shí)，這些不希望的極點(diǎn)或零點(diǎn)必須是穩(wěn)定的（即都在s平面的左邊）。凡具有正實(shí)部的極點(diǎn)或零點(diǎn)均不能用串聯(lián)校正來對消。b.注意線路輸入、輸出阻抗的匹配（特別是采用無源校正時(shí)）。c.當(dāng)系統(tǒng)前向通道參數(shù)變化時(shí)，串聯(lián)校正不能改善系統(tǒng)對參數(shù)變化的靈敏度。d.為大幅度提高低頻增益而采用滯后校正時(shí)，注意正確設(shè)計(jì)和分配增益，使在大信號(hào)作用下滯后校正首先進(jìn)入飽和，切除積分效應(yīng)，消除條件穩(wěn)定性。5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正(2)并聯(lián)校正：校正網(wǎng)絡(luò)與前向通道中的環(huán)節(jié)順向并聯(lián)，其作用于串聯(lián)校正相似，但比串聯(lián)校正更靈活一些，因并聯(lián)校正可以相加也可以相減，因此可實(shí)現(xiàn)其他校正方法無法實(shí)現(xiàn)的功能。a.引入積分5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正b.引入微分5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正c.補(bǔ)償不穩(wěn)定零（極）點(diǎn)需要說明的是，并聯(lián)校正對系統(tǒng)參數(shù)變化的敏感性無抑制作用。5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正(3)反饋校正：所有的伺服控制系統(tǒng)，都是基于反饋控制原理，從廣義上講，都屬于反饋校正系統(tǒng)。這里所說的反饋校正特指負(fù)反饋校正（正反饋校正在系統(tǒng)中用得不普遍，因它易造成系統(tǒng)發(fā)散），把與系統(tǒng)輸出變量的一次微分、二次微分成比例的信號(hào)進(jìn)行局部反饋。a.抑制干擾：當(dāng)系統(tǒng)前向通道中被負(fù)反饋校正所包圍的部分受到干擾作用時(shí)，負(fù)反饋校正能起到一定程度的抑制作用，這種抑制作用隨反饋的加強(qiáng)而增強(qiáng)。下圖中外加擾動(dòng)f對局部閉環(huán)輸出Y的影響可用下式描述只要負(fù)反饋?zhàn)饔煤軓?qiáng)（不一定反饋系數(shù)很大），在干擾作用點(diǎn)之前，局部閉環(huán)的前向通道增益足夠大，亦可達(dá)到抑制干擾的目的。5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正b.減小時(shí)間常數(shù)，實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)配置：減小負(fù)反饋所包圍的環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)，改變傳遞函數(shù)的極點(diǎn)的能力，是負(fù)反饋的重要性質(zhì)。如果具有傳遞函數(shù)為的一階慣性環(huán)節(jié)，被傳遞函數(shù)為的硬反饋所包圍，則合成傳遞函數(shù)若可以看出，反饋使被包圍環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)的傳遞系數(shù)和時(shí)間常數(shù)均減小為原來的則5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正c.降低對參數(shù)變化的靈敏度可見，總傳遞函數(shù)的增益的相對增量為原來環(huán)節(jié)增益的相對增量的同理，被反饋所包圍的環(huán)節(jié)的某種程度非線性，負(fù)反饋的引入亦可起一定的抑制作用。5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正d.實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)特性的擬合：反饋校正也可以對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)關(guān)系產(chǎn)生各種效應(yīng)。利用反饋通道采用不同的傳遞函數(shù)形式，也可實(shí)現(xiàn)三種基本的負(fù)反饋形式。(1)抑制高頻的反饋：利用負(fù)反饋給系統(tǒng)設(shè)置極點(diǎn)，即利用反饋通道的微分或一階微分的作用，達(dá)到對系統(tǒng)的滯后效應(yīng)，類似于串聯(lián)積分環(huán)節(jié)。5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正(2)抑制低頻的反饋：利用負(fù)反饋給系統(tǒng)設(shè)置零點(diǎn)，即利用反饋通道的積分或慣性，達(dá)到對系統(tǒng)的微分效應(yīng)或超前作用，類似于串聯(lián)微分環(huán)節(jié)，單它要比串聯(lián)校正實(shí)現(xiàn)微分作用容易得多。5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正(3)抑制中頻的反饋：利用負(fù)反饋給系統(tǒng)設(shè)置超前-滯后環(huán)節(jié)，即利用反饋通道的滯后-超前環(huán)節(jié)，達(dá)到對系統(tǒng)的積分-微分作用，類似于串聯(lián)積分-微分環(huán)節(jié)。5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正(4)復(fù)合控制：亦稱開環(huán)-閉環(huán)控制或前饋-反饋控制，其形式多種多樣。5.4轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正對于消除干擾而言，如果干擾可測量，則前饋控制是消除干擾對系統(tǒng)輸出影響的有效方法。所謂前饋控制，就是在可測量干擾的不利影響之前，通過對它的近似補(bǔ)償，來控制可測量干擾的不利影響，它克服了反饋控制靠誤差調(diào)節(jié)的不足。對隔離干擾，若取引入前饋補(bǔ)償通道可提高整個(gè)系統(tǒng)的精度，又不影響系統(tǒng)閉環(huán)的穩(wěn)定性，這是復(fù)合控制的一個(gè)顯著特點(diǎn)。5.4.3動(dòng)態(tài)校正——PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)在機(jī)電控制系統(tǒng)中，如果串聯(lián)校正能夠滿足要求，工程上一般就選用這種校正方法。這種校正方法可以很容易地利用運(yùn)算放大器構(gòu)成的有源校正調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)。一般如果系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)要求不是很高，都是很容易實(shí)現(xiàn)的。(1)控制系統(tǒng)對開環(huán)對數(shù)頻率特性的一般要求在調(diào)速系統(tǒng)校正裝置的工程設(shè)計(jì)中最常用的工具就是伯德圖(Bode)，即開環(huán)對數(shù)頻率特性的漸近線。它的繪制方法簡單，很容易獲得系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，而且還能大致衡量系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。在伯德圖上，用來衡量最小相位系統(tǒng)穩(wěn)定程度（即相對穩(wěn)定性）的指標(biāo)是相角裕度和以分貝數(shù)表示的幅值（增益）裕度。一般要求保留適當(dāng)?shù)南嘟窃６群驮鲆嬖６?，是考慮到實(shí)際系統(tǒng)個(gè)元件參數(shù)發(fā)生變化或外來擾動(dòng)時(shí)，不致使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。一般情況下，穩(wěn)定裕度也間接反應(yīng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過渡過程的平穩(wěn)性，穩(wěn)定裕度大，意味著系統(tǒng)的振蕩弱、超調(diào)量小。在定性分析控制系統(tǒng)性能時(shí)，通常將伯德圖分成高中低三個(gè)頻段，從三個(gè)頻段的特征可以定性分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。5.4.3動(dòng)態(tài)校正——PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

(1)中頻段以-20dB/dec的斜率穿越零分貝線，而且這一頻段具有足夠的寬度，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。(2)截止頻率（或稱剪切頻率）越高，增系統(tǒng)的快速性越好。(3)低頻段斜率陡，增益高，增系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度高（即靜差率小，調(diào)速范圍寬）(4)高頻段衰減的越快，分貝數(shù)越低，則系統(tǒng)抵抗高頻擾動(dòng)的能力越強(qiáng)。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正是一個(gè)反復(fù)試湊的過程，結(jié)果也不是唯一的。各項(xiàng)指標(biāo)往往是彼此矛盾的，因此必須進(jìn)行必要的折衷，最后獲得綜合指標(biāo)滿足要求的設(shè)計(jì)結(jié)果。5.4.3動(dòng)態(tài)校正——PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)（2）原始系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性原始系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：即有兩個(gè)負(fù)實(shí)數(shù)根，因此，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)可以寫成下面就可以繪制原始系統(tǒng)的伯德圖了。5.4.3動(dòng)態(tài)校正——PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)5.