2.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)問題的引入雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算

雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型與動態(tài)性能分析2.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)問題的引入考慮轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的局限性：僅考慮了靜態(tài)性能，沒考慮啟、制動過程（動態(tài)性能）未考慮對負載擾動的電流控制問題*知識回顧*轉(zhuǎn)速閉環(huán)（P）開環(huán)加電流截至負反饋轉(zhuǎn)速無靜差系統(tǒng)（PI）特性太軟堵轉(zhuǎn)電流過大系統(tǒng)有靜差啟、制動波形考慮轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的局限性：*轉(zhuǎn)速閉環(huán)（P）開環(huán)加電流截理想的啟、制動波形時間最優(yōu)的理想過渡過程時間最優(yōu)的理想過渡過程：在過渡過程中始終保持轉(zhuǎn)矩為允許的最大值，使直流電動機以最大的加速度加、減速，縮短啟、制動過程的時間。到達給定轉(zhuǎn)速時，立即讓電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。電機軸上的動力學(xué)方程：總結(jié)：控制轉(zhuǎn)速的本質(zhì)是控制轉(zhuǎn)矩，對于恒磁通的直流電機，就是控制電樞電流。單環(huán)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流共用一個調(diào)節(jié)器，無法保證Id=Idm。

理想的啟、制動波形時間最優(yōu)的理想過渡過程時間最優(yōu)的理想過渡過1、

原理圖轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的優(yōu)勢：將電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器分開，分別用兩個調(diào)節(jié)器；轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)的輸出作為電流環(huán)的給定。一、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR-電流調(diào)節(jié)器TA-電流互感器

1、原理圖轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的優(yōu)勢：一、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)圖2-23雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖α——轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) β——電流反饋系數(shù)帶限幅的PI調(diào)節(jié)器：ASR調(diào)節(jié)器的輸出限幅電壓決定了電流給定的最大值Uim*；ACR調(diào)節(jié)器的輸出電壓Ucm限制了電子電力變換器的最大輸出電壓Udm。2、

穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)在啟、制動過程中，電流閉環(huán)起作用，保持電流恒定，縮小系統(tǒng)的過渡過程時間。一旦到達給定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速閉環(huán)起主導(dǎo)作用，而電流內(nèi)環(huán)起跟隨作用，使實際電流快速跟隨給定值（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出），以保持轉(zhuǎn)速恒定。圖2-23雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖帶限幅的PI當(dāng)調(diào)節(jié)器ASR不飽和時，ASR、ACR均不飽和，其輸入偏差電壓均為零。轉(zhuǎn)速不變，

。滿足：3、

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性問題：如果n>n0，ASR如何變化？對于靜特性來說，有兩種情況

(穩(wěn)態(tài)時)當(dāng)調(diào)節(jié)器ASR飽和時，ASR輸出達到限幅值，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，電流不變，

，。當(dāng)調(diào)節(jié)器ASR不飽和時，ASR、ACR均不飽和，其輸入偏差電AB段是兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時的靜特性，Id<Idm,n=n0。BC段是ASR調(diào)節(jié)器飽和時的靜特性，Id=Idm,

n<n0。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性ASR不飽和(AB段)：表現(xiàn)出來的靜特性是轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差；ASR飽和(BC段)：表現(xiàn)出來的靜特性是電流單閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性，表現(xiàn)為電流無靜差，電流給定值是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的限幅值，得到過電流的自動保護。退飽和的條件:若負載電流減小，使得轉(zhuǎn)速上升，，，ASR反向積分，使得ASR調(diào)節(jié)器退出飽和又回到線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。AB段是兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時的靜特性，Id<Idm,n=

反饋系數(shù)計算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)

電流反饋系數(shù)

反饋系數(shù)計算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)電流反饋系數(shù)二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的

動態(tài)數(shù)學(xué)模型與動態(tài)性能分析圖2-25雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖

WASR(s)——轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)

WACR(s)——電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的

動態(tài)數(shù)學(xué)模型與動態(tài)性能分析圖2-2設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近于理想啟動過程，因此首先討論雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓Un*時的啟動過程。按轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR不飽和、飽和、退飽和分成三個階段：

I.電流上升階段II.恒流升速階段III.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段由靜止狀態(tài)開始啟動時，轉(zhuǎn)速和電流隨時間變化的波形1、動態(tài)特性

--啟動過程分析設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近于理想啟動過程，因第Ⅰ階段：電流上升階段（）。

電流從0到達最大允許值Idm在t=0時，系統(tǒng)突加階躍給定信號Un*，在ASR和ACR兩個PI調(diào)節(jié)器的作用下，Id很快上升，在Id上升到Idl之前，電動機轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速為零。當(dāng)Id≥IdL

后，電機開始起動，由于機電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，ASR輸入偏差電壓仍較大，ASR很快進入飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。直到Id=Idm

，Ui

=U*im

。第Ⅰ階段：電流上升階段（）。電流從0到達最大允許第Ⅱ階段:恒流升速階段（t1~t2）Id基本保持在Idm,電動機加速到了給定值n*。

ASR調(diào)節(jié)器始終保持在飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速環(huán)仍相當(dāng)于開環(huán)工作。系統(tǒng)表現(xiàn)為使用PI調(diào)節(jié)器的電流閉環(huán)控制電流調(diào)節(jié)器的給定值就是ASR調(diào)節(jié)器的飽和值U*im，基本上保持電流Id=Idm不變電流環(huán)的閉環(huán)系統(tǒng)是Ⅰ型系統(tǒng)。電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)的擾動是電動機的反電動勢，它是一個線性漸增的擾動量，所以系統(tǒng)做不到無靜差，而是略低于Idm

。第Ⅱ階段:恒流升速階段（t1~t2）Id基本保持在Idm,第Ⅲ階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t2以后）

第Ⅲ階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速上升到大于給定轉(zhuǎn)速時，ASR退飽和。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負，開始退出飽和狀態(tài)，Ui*和Id很快下降。只要Id仍大于負載電流IdL，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到Id=IdL時，轉(zhuǎn)矩Te=TL，則dn/dt=0，轉(zhuǎn)速n到達峰值。此后，電動機開始在負載的阻力下減速，Id<IdL，直到穩(wěn)定。ASR、ACR都不飽和，同時起調(diào)節(jié)作用。ASR處于主導(dǎo)地位，它使轉(zhuǎn)速迅速趨于給定值，并使系統(tǒng)穩(wěn)定；ACR的作用是使Id盡快地跟隨ASR的輸出Ui變化，是一個電流隨動子系統(tǒng)。第Ⅲ階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t2以后）第Ⅲ階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段2、啟動過程的三個特點：飽和非線性控制不能簡單地應(yīng)用線性控制理論來分析和設(shè)計這種系統(tǒng)，可以用分段線性化方法來處理。同時，分析過渡過程時，還應(yīng)注意初始狀態(tài)轉(zhuǎn)速一定有超調(diào)只有轉(zhuǎn)速超調(diào)，才能使ASR退出飽和。若工藝上不允許轉(zhuǎn)速超調(diào)，則應(yīng)在ASR中引入轉(zhuǎn)速微分負反饋，這樣，不僅可以抑制或消除轉(zhuǎn)速超調(diào)，而且可以大大降低動態(tài)速降。準時間最優(yōu)控制

(有限制條件的最短時間控制)2、啟動過程的三個特點：飽和非線性控制3、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾性能原則：抑制反饋環(huán)內(nèi)前向通道上的擾動。兩種類型的擾動：負載擾動――在轉(zhuǎn)速反饋環(huán)內(nèi)、電流反饋環(huán)外，靠轉(zhuǎn)速環(huán)來抑制。在設(shè)計ASR時，必須要求系統(tǒng)具有較好的抗負載擾性能力。電網(wǎng)電壓波動――在電流環(huán)內(nèi)，可通過電流環(huán)對該擾動抑制更及時。ACR的時間常數(shù)比ASR小，所以雙閉環(huán)系統(tǒng)抗電網(wǎng)電壓擾動的能力較強。直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾作用3、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾性能原則：抑制反饋環(huán)內(nèi)前向通道4、兩個調(diào)節(jié)器的作用1．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用:轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。對負載變化起抗擾作用。其輸出限幅值決定電機允許的最大電流。2.電流調(diào)節(jié)器的作用：在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓變化。對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。當(dāng)電機過載甚至堵轉(zhuǎn)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(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的。4、兩個調(diào)節(jié)器的作用1．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用:2.3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流

調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn)數(shù)字控制系統(tǒng)是采用了數(shù)字給定、數(shù)字測速裝置，把給定信號和反饋信號都用數(shù)字脈沖的形式加以實現(xiàn)。微型計算機的數(shù)字運算功能替代了原先由運算放大器所組成的調(diào)節(jié)器。與模擬控制系統(tǒng)相比較，數(shù)字控制系統(tǒng)的調(diào)速精度大大提高。2.3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流

調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實2.4 調(diào)節(jié)器的設(shè)計方法必要性

設(shè)計調(diào)節(jié)器須同時解決穩(wěn)、準、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動態(tài)性能要求?？赡苄?

電力拖動自動控制系統(tǒng)可由低階系統(tǒng)近似，事先研究低階典型系統(tǒng)的特性，將實際系統(tǒng)校正成典型系統(tǒng)，設(shè)計過程就簡便多了。建立調(diào)節(jié)器工程設(shè)計方法所遵循的原則是：概念清楚、易懂計算公式簡明、好記不僅給出參數(shù)計算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向能考慮飽和非線性控制的情況，給出簡單的計算公式適用于各種可以簡化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)2.4 調(diào)節(jié)器的設(shè)計方法必要性工程設(shè)計方法的基本思路

調(diào)節(jié)器的設(shè)計過程分作兩步：（I）先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度。（II）再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動態(tài)性能指標的要求?？刂葡到y(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)可表示：討論：系統(tǒng)型別&穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)精度的關(guān)系。在選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)時，采用少量的典型系統(tǒng)，它的參數(shù)與系統(tǒng)性能指標的關(guān)系都已事先找到，使設(shè)計方法規(guī)范化，大大減少了設(shè)計工作量。典型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：工程設(shè)計方法的基本思路調(diào)節(jié)器的設(shè)計過程分作兩步：控制系統(tǒng)2.4.1控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標跟隨性能指標:上升時間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間

抗擾性能指標：動態(tài)降落和恢復(fù)時間通常，調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標以抗擾性能為主，而伺服系統(tǒng)的動態(tài)指標以跟隨性能為主。2.4.1控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標跟隨性能指標:上升時間、超抗擾性能指標（1）動態(tài)降落

Cmax

穩(wěn)定運行時，突加一個約定的標準負載擾動量，所引起的輸出量最大降落值

Cmax稱作動態(tài)降落；用輸出量原穩(wěn)態(tài)值C∞的百分數(shù)

Cmax/C∞*100%來表示。（2）恢復(fù)時間tv

由階躍擾動作用開始，到輸出量恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值±5％或±2％范圍內(nèi)所需要的時間。

一般反饋控制系統(tǒng)的抗擾性能與跟隨性能之間存在一定矛盾，若超調(diào)量小，則調(diào)整時間大，恢復(fù)時間長，反之亦然?？箶_性能指標（1）動態(tài)降落Cmax 一般反饋2.4.2 典型系統(tǒng)性能指標與參數(shù)間的關(guān)系為了使系統(tǒng)對階躍給定無穩(wěn)態(tài)誤差，不能使用0型系統(tǒng)，至少是Ⅰ型系統(tǒng)；當(dāng)給定是斜坡輸入時，則要求是Ⅱ型系統(tǒng)才能實現(xiàn)無穩(wěn)態(tài)誤差。Ⅲ型和Ⅲ型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定常把Ⅰ型和Ⅱ型系統(tǒng)作為系統(tǒng)設(shè)計的目標。2.4.2 典型系統(tǒng)性能指標與參數(shù)間的關(guān)系為了使系統(tǒng)對階躍給2、典型I型系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性

相角穩(wěn)定裕度：（或）1、典型I型系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)時間常數(shù)T在實際系統(tǒng)中往往是控制對象本身固有的，能夠由調(diào)節(jié)器改變的只有開環(huán)增益K，K是唯一的待定參數(shù)。一、典型I型系統(tǒng)及其性能指標K值越大，截止頻率

c

也越大，系統(tǒng)響應(yīng)越快，相角穩(wěn)定裕度

越小，快速性與穩(wěn)定性之間存在矛盾，在選擇參數(shù)K時，須在二者之間取折衷。由幅頻特性：得到：

2、典型I型系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性相角穩(wěn)定裕度：1、典型3、典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標與參數(shù)的關(guān)系

（1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標（2）動態(tài)跟隨性能指標一般把系統(tǒng)設(shè)計成欠阻尼狀態(tài),0<ξ<1典型I型系統(tǒng)中KT<1，ξ>0.5討論：不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差?典I系統(tǒng)是一種二階系統(tǒng)，閉環(huán)傳遞函數(shù)的標準形式：（欠阻尼二階系統(tǒng)）3、典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標與參數(shù)的關(guān)系

(3)典I系統(tǒng)在零初始條件下的階躍響應(yīng)動態(tài)指標：

超調(diào)量：上升時間：峰值時間：調(diào)整時間估算：截止頻率精確計算：相角穩(wěn)定裕度：

(4)典型I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)的關(guān)系(3)典I系統(tǒng)在零初始條件下的階躍響應(yīng)動態(tài)指標：

表2-1典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)的關(guān)系參數(shù)關(guān)系KT0.250.390.50.691.0阻尼比

超調(diào)量

上升時間tr峰值時間tp

相角穩(wěn)定裕度

截止頻率

c

1.00%

76.3°0.243/T

0.81.5%6.6T8.3T69.9°0.367/T0.7074.3%4.7T6.2T

65.5°0.455/T0.69.5%3.3T4.7T59.2°0.596/T0.516.3%2.4T3.2T

51.8°0.786/T二階最佳系統(tǒng)當(dāng)系統(tǒng)的時間常數(shù)T已知時，隨著K的增大，系統(tǒng)的快速性提高，而穩(wěn)定性變差表2-1典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)的4、典型Ⅰ型系統(tǒng)的抗擾性能指標系統(tǒng)的抗擾性能與其結(jié)構(gòu)直接相關(guān)，同時還與擾動作用點的位置有關(guān)；典型Ⅰ型系統(tǒng)已經(jīng)規(guī)定了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，分析它的抗擾性能指標的關(guān)鍵因素是擾動作用點的位置圖2-37在一種擾動作用下電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖4、典型Ⅰ型系統(tǒng)的抗擾性能指標系統(tǒng)的抗擾性能與其結(jié)構(gòu)直接相采用PI調(diào)節(jié)器在只討論抗擾性能時，令輸入變量R=0將輸出量寫成ΔC圖2-38 典型Ⅰ型系統(tǒng)在一種擾動作用下的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖(a)一種擾動作用下的結(jié)構(gòu) (b)等效框圖采用PI調(diào)節(jié)器圖2-38 典型Ⅰ型系統(tǒng)在一種擾動作用下的

針對常用的調(diào)速系統(tǒng)分析抗擾性能

階躍擾動:二階最佳參數(shù)——控制對象中小時間常數(shù)與大時間常數(shù)的比值。

典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系

（已選定的參數(shù)關(guān)系KT=0.5)針對常用的調(diào)速系統(tǒng)分析抗擾性能

55.5%33.2%18.5%12.9%tm

/T2.83.43.84.0tv

/T14.721.728.730.4表2-2二階“最佳”系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與

參數(shù)的關(guān)系（KT=0.5,基準值Cb=FK2/2)

當(dāng)控制對象的兩個時間常數(shù)相距較大時，動態(tài)降落減少，但恢復(fù)時間卻拖得較長55.5%33.2%18.5%12.9%tm/T2.835、典I系統(tǒng)跟隨性能與抗擾性能之間的內(nèi)在聯(lián)系與矛盾：超調(diào)量較大，上升時間較短的系統(tǒng)，其抗擾性能越好；超凋量較小，上升時間較長的系統(tǒng)，其擾動響應(yīng)的恢復(fù)時間也長。這種矛盾在控制對象的時間常數(shù)T2較大時尤為突出。二階“最佳”系統(tǒng)的跟隨性能較好，適用于隨動系統(tǒng)。若以良好的抗擾性能為主，則應(yīng)將系統(tǒng)設(shè)計成典II系統(tǒng)。5、典I系統(tǒng)跟隨性能與抗擾性能之間的內(nèi)在聯(lián)系與矛盾：開環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖開環(huán)對數(shù)頻率特性參數(shù)關(guān)系：相角穩(wěn)定裕度：待定的參數(shù)：K、τ中頻寬:二、

典II系統(tǒng)(三階典型系統(tǒng))及其性能指標開環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖開環(huán)對數(shù)頻率特性參數(shù)關(guān)系：相角

工程設(shè)計常用的準則：最小諧振峰值準則最大相角裕量準則Mrmin準則是以閉環(huán)幅頻特性的諧振峰值最小為準則，確定典Ⅱ系統(tǒng)的開環(huán)增益K和微分時間常數(shù)τ，也稱為振蕩指標法。工程設(shè)計常用的準則：最小諧振峰值準則最大相角裕量準則采用Mrmin準則確定參數(shù)的典II系統(tǒng)典Ⅱ系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為以ω、K為變量的閉環(huán)幅頻特性為Mrmin的基本思想不同K值對應(yīng)的每條M(ω)曲線有不同的諧振峰值，其中具有最小諧振峰值Mrmin的幅頻特性曲線對應(yīng)于Km。若設(shè)計典Ⅱ系統(tǒng)時選取K=Km，則系統(tǒng)具有最小諧振峰值。采用Mrmin準則確定參數(shù)的典II系統(tǒng)典Ⅱ系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為求解Km（找到h和ωc兩個參數(shù)之間的一種最佳配合）ωc位于中頻段的幾何中心處。、

對于Mrmin系統(tǒng)，K=Km，τ=hT，求解Km（找到h和ωc兩個參數(shù)之間的一種最佳配合）ωc位于中采用“振蕩指標法”中的閉環(huán)幅頻特性峰值Mr最小準則，可以找到h和ωc兩個參數(shù)之間的一種最佳配合。

參數(shù)之間的一種最佳配合幾點結(jié)論：h增大，Mrmin減小，從而降低超調(diào)量；h增大，在ω2已定的情況下，ωc減小，系統(tǒng)的響應(yīng)相應(yīng)速度變慢;經(jīng)驗表明，Mr在1.2~1.5之間時，系統(tǒng)的動態(tài)性能較好，有時也允許達到1.8~2.0，所以h值可在3~10之間選擇。

在確定了h之后，可求得采用“振蕩指標法”中的閉環(huán)幅頻特性峰值Mr最小準則，可以找到典型II型系統(tǒng)跟隨性能指標和參數(shù)的關(guān)系（1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標

討論：不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差?（2）動態(tài)跟隨性能指標典型II型系統(tǒng)跟隨性能指標和參數(shù)的關(guān)系（1）穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標典型Ⅱ型系統(tǒng)抗擾性能指標和參數(shù)的關(guān)系(1)典型Ⅱ型系統(tǒng)抗擾結(jié)構(gòu)圖Mrmin準則下，在階躍擾動下，(2)抗擾性能指標典型Ⅱ型系統(tǒng)抗擾性能指標和參數(shù)的關(guān)系(1)典型Ⅱ型系統(tǒng)抗擾結(jié)表2-4不同h值時Mrmin系統(tǒng)的跟隨性能指標表2-5不同h值時Mrmin系統(tǒng)的抗擾性能指標基準值:

h345678910

tr

/Tts

/T

k52.6%

2.412.15343.6%2.65

11.65

237.6%2.859.55233.2%3.010.45129.8%3.111.30127.2%3.212.25125.0%3.313.25123.3%3.3514.201

h345678910

Cmax/Cbtm

/T

tv

/T

72.2%

2.4513.6077.5%2.70

10.4581.2%2.858.80

84.0%3.0012.9586.3%3.1516.8588.1%3.2519.8089.6%3.3022.8090.8%3.4025.85表2-4不同h值時Mrmin系統(tǒng)的跟隨性能指標表2-5不一般來說，h值越小，ΔCmax/Cb也越小，tm和tv都短，因而抗擾性能越好，但是，當(dāng)h<5時，由于振蕩次數(shù)的增加，h再小，恢復(fù)時間tv反而拖長了。由此可見，h=5是較好的選擇。為最佳Mrmin系統(tǒng)。典I系統(tǒng)和典Ⅱ系統(tǒng)除了在穩(wěn)態(tài)誤差上的區(qū)別以外，在動態(tài)性能中，一般來說，典I系統(tǒng)在跟隨性能上可以做到超調(diào)小，但抗擾性能稍差；而典Ⅱ系統(tǒng)的超調(diào)量相對較大，抗擾性能卻比較好。這是設(shè)計時選擇典型系統(tǒng)的重要依據(jù)。一般來說，h值越小，ΔCmax/Cb也越小，tm和tv都短，調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似處理——非典型系統(tǒng)的典型化目的：采用調(diào)節(jié)器針對控制對象構(gòu)成了典型I型系統(tǒng)和典型Ⅱ型系統(tǒng)。1、調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇確定典型系統(tǒng)之后，選擇調(diào)節(jié)器的方法就是把控制對象與調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)相乘，匹配成典型系統(tǒng)。表2-6校正成典I系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器和參數(shù)配合表2-7校正成典II系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器和參數(shù)配合2、傳遞函數(shù)的近似處理高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理高階系統(tǒng)的降階處理調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似處理——非典型系統(tǒng)的典型化目表2-6校正成典型I型系統(tǒng)的

調(diào)節(jié)器選擇和參數(shù)配合控制對象調(diào)節(jié)器參數(shù)配合T1、T2

T3T1

T2表2-6校正成典型I型系統(tǒng)的

控制對象調(diào)節(jié)器參數(shù)配合認為：

認為：

表2-7校正成典型II型系統(tǒng)的

調(diào)節(jié)器選擇和參數(shù)配合控制對象調(diào)節(jié)器參數(shù)認為：認為：表2-7（1）高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理當(dāng)高頻段有多個小時間常數(shù)T1、T2、T3…的小慣性環(huán)節(jié)時，可以等效地用一個小時間常數(shù)T的慣性環(huán)節(jié)來代替。其等效時間常數(shù)為T=T1+T2+T3+…。通過系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性，考查這些小慣性環(huán)節(jié)對系統(tǒng)的動態(tài)性能的影響后發(fā)現(xiàn)，只要這些小慣性環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率都遠大于截止頻率，就可以將它們等效為一個小慣性環(huán)節(jié)，且不會引起過大的設(shè)計誤差。（1）高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理當(dāng)高頻段有多個小時間常數(shù)T對頻率特性的影響圖2-42 高頻段小慣性群近似處理對頻率特性的影響T=T1+T2近似條件對頻率特性的影響圖2-42 高頻段小慣性群近似處理對頻率（2）高階系統(tǒng)的降階近似處理三階系統(tǒng)

a，b，c都是正數(shù)，且bc

a，即系統(tǒng)是穩(wěn)定的。降階處理：忽略高次項，得近似的一階系統(tǒng)近似條件(2-93)

(2-94)

(2-95)

（2）高階系統(tǒng)的降階近似處理三階系統(tǒng)(2-93)(2-94（3）低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理

當(dāng)系統(tǒng)中存在一個時間常數(shù)特別大的慣性環(huán)節(jié)時，可以近似地等效成積分環(huán)節(jié)。近似條件

(2-96)

（3）低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理當(dāng)系統(tǒng)中存在一個對頻率特性的影響圖2-43低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理對頻率特性的影響在低頻段，把特性a近似地看成特性b。對頻率特性的影響圖2-43低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理對頻把慣性環(huán)節(jié)近似成積分環(huán)節(jié)的結(jié)果是把系統(tǒng)的類型人為地提高了一級，如果原來是I型系統(tǒng)，近似處理后變成了Ⅱ型系統(tǒng)，這不能反映實際系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。這種近似處理只適用于分析動態(tài)性能，當(dāng)考慮穩(wěn)態(tài)精度時，必須采用原來的傳遞函數(shù)。對穩(wěn)態(tài)性能的影響把慣性環(huán)節(jié)近似成積分環(huán)節(jié)的結(jié)果是把系統(tǒng)的類型人為地提高了一級圖2-44雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖Toi—電流反饋濾波時間常數(shù)；Ton—轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，即先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。2.4.3調(diào)節(jié)器的設(shè)計圖2-44雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器一、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計設(shè)計分為以下幾個步驟：1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算4.電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)一、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計設(shè)計分為以下幾個步驟：1、電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化簡化內(nèi)容忽略反電動勢的動態(tài)影響(需校驗)

等效成單位負反饋系統(tǒng)小慣性環(huán)節(jié)近似處理(需校驗)1、電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化簡化內(nèi)容電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的化簡a)忽略反電動勢的影響b)等效成單位負反饋c)小慣性環(huán)節(jié)近似處理

T∑i=Ts+Toi

電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的化簡a)忽略反電動勢的影響b)等效成單位負反饋2、電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇典型系統(tǒng)的選擇：采用I型系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器選擇：PI型的電流調(diào)節(jié)器，傳遞函數(shù)（2-100）

Ki

—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；

i—電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。2、電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇典型系統(tǒng)的選擇：采用I型系統(tǒng)（23、電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算若希望電流超調(diào)量，，可選，KT=0.5因為Tl>>TΣi，所以要選擇

調(diào)節(jié)器零點與控制對象中大的時間常數(shù)極點對消

3、電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算若希望電流超調(diào)量，4、電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)模擬式電流調(diào)節(jié)器電路

U*i

—電流給定電壓；–

Id

—電流負反饋電壓；

Uc

—電力電子變換器的控制電壓。圖2-25含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器

4、電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)模擬式電流調(diào)節(jié)器電路U*i—電流

二、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計

設(shè)計分為以下幾個步驟：1.電流環(huán)的等效處理2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算4.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)二、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計

設(shè)計分為以下幾

二、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計

1、電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)忽略高次項，

電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為:二、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計

1、電流環(huán)的等原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象電流環(huán)的改造效果：

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(nèi)環(huán)）控制的一個重要功能。等效成只有較小時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象電流環(huán)的改造效果：電流的閉2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇a）用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)(首先要進行

轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖簡化)

b)等效成單位負反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇a）用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)(首先要進—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。

c)ASR調(diào)節(jié)器選擇(應(yīng)采用PI調(diào)節(jié)器)d)校正后成為典II系統(tǒng)問題：轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾性能指標很重要，選擇典II系統(tǒng)。選擇PI調(diào)節(jié)器。典II系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量是否會很大？—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。c)3、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算(、)回憶典Ⅱ系統(tǒng)參數(shù)關(guān)系：Mrmin準則下：一般以選擇3、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算(、)回憶典Ⅱ系統(tǒng)參數(shù)4、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)與電阻、電容值的關(guān)系為圖2-49含給定濾波與反饋濾波的

PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器

U*n

—轉(zhuǎn)速給定電壓；–αn

—轉(zhuǎn)速負反饋電壓；

Ui*

—電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。4、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)與電阻、電容值的關(guān)系為圖2三、

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計算如果調(diào)節(jié)器沒有飽和限幅的約束，調(diào)速系統(tǒng)可以在很大范圍內(nèi)線性工作，則雙閉環(huán)系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速過渡過程超調(diào)量較大。（ASR不飽和）實際上，突加給定電壓后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR很快就進入飽和狀態(tài)，輸出恒定的限幅電壓Uim*，使電動機在恒流條件下起動，起動電流Id≈Idm=Uim*/β，而轉(zhuǎn)速則按線性規(guī)律增長。起動過程慢。只有當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時，轉(zhuǎn)速偏差電壓變成負值，ASR退出飽和。

知識回憶：三、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計算如果調(diào)節(jié)器沒有飽和限圖：

調(diào)速系統(tǒng)起動過程a)ASR不飽和b)ASR飽和圖b說明：ASR開始退飽和時，Id>IdL，電動機仍繼續(xù)加速，直到Id≤Idl時，轉(zhuǎn)速才降低下來，因此在起動過程中轉(zhuǎn)速必然超調(diào)。但是，這已經(jīng)不是按線性系統(tǒng)規(guī)律的超調(diào)，而是經(jīng)歷了飽和非線性區(qū)域之后的超調(diào)，稱作“退飽和超調(diào)”。退飽和超調(diào)量不等于典型II型系統(tǒng)跟隨性能指標中的超調(diào)量。圖：調(diào)速系統(tǒng)起動過程a)ASR不飽和分析線性系統(tǒng)跟隨性能時，初始條件為：n(0)=0，Id(0)=0；討論退飽和超調(diào)時，初始條件是：n(0)=n*，Id(0)=Idm。（1）ASR退飽和后系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖（2）計算退飽和超調(diào)量的捷徑ASR選用PI調(diào)節(jié)器時，圖a繪成圖b。圖a圖b分析線性系統(tǒng)跟隨性能時，初始條件為：n(0)=0，Id(0)

穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n*以上的超調(diào)部分，即實際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的差值。坐標原點從o移到o’，動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖變成圖c．初始條件則轉(zhuǎn)化為Δn(0)=0，Id(0)=Idm。圖c穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n*以上的超調(diào)部分，即實際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的差值。坐

把Δn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d。為了保持圖d和圖c各量間的加減關(guān)系不變，圖d中Id和IdL的+、-號作相應(yīng)的變化。圖d比較：討論典型II型系統(tǒng)抗擾所用的圖把Δn的負反饋作用反映到主通道第一個環(huán)節(jié)的輸出量上在典II系統(tǒng)抗擾性能指標中，ΔC的基準值Cb和擾動量F

F=Idm-IdL退飽和轉(zhuǎn)速超調(diào)的基準值:（3）計算退飽和超調(diào)量作為轉(zhuǎn)速超調(diào)量σn，其基準值應(yīng)該是n*，退飽和超調(diào)量可以由表2-5列出的數(shù)據(jù)經(jīng)基準值換算后求得，即

λ——電動機允許的過載倍數(shù)，z——負載系數(shù)，在典II系統(tǒng)抗擾性能指標中，ΔC的基準值Cb和擾