第3章第2讲转速、电流反馈控制的直流调速系统ppt课件.ppt

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1、转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性转速、电流反馈控制直流调速系统的动态数学模型回顾回顾转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性转速、电流反馈控制直流调速系统的组成稳态结构图与参数计算各变量的稳态工作点和稳态参数计算稳态结构图和静特性回顾双闭环直流调速系统的数学模型与动态过程分析双闭环系统的动态数学模型双闭环系统的动态过程分析起动过程分析动态抗扰性能分析抗负载扰动抗电网电压扰动转速调节器的作用电流调节器的作用电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段转速调节器在此三个阶段中经历了不饱和、饱和以及退饱和三种情况三个特点：（1）饱和非线性控制（2）转速超调（3）准时间最优控制3

2、.3调节器的工程设计方法问题的提出必要性：用经典的动态校正方法设计调节器需要设计者有扎实的理论基础和丰富的实践经验，而初学者则不易掌握。可能性：若事先深入研究低阶典型系统的特性并制成图表，那么将实际系统校正或简化成典型系统的形式再与图表对照，设计过程就简便多了。工程设计方法的基本思路1.选择调节器结构,使系统典型化并满足稳定和稳态精度。2.设计调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。3.3转速、电流反馈控制直流调速系统的设计3.3.1控制系统的动态性能指标在控制系统中设置调节器是为了改善系统的静、动态性能。控制系统的动态性能指标包括对给定输入信号的跟随性能指标和对扰动输入信号的抗扰性

3、能指标。以输出量的初始值为零，给定信号阶跃变化下的过渡过程作为典型的跟随过程，此跟随过程的输出量动态响应称作阶跃响应。常用的阶跃响应跟随性能指标有上升时间、超调量和调节时间。1、跟随性能指标图3-8典型的阶跃响应过程和跟随性能指标上升时间峰值时间调节时间超调量σtr—上升时间—超调量ts—调节时间2．抗扰性能指标当调速系统在稳定运行中，突加一个使输出量降低（或上升）的扰动量F之后，输出量由降低（或上升）到恢复到稳态值的过渡过程就是一个抗扰过程。常用的抗扰性能指标为动态降落和恢复时间。图3-9突加扰动的动态过程和抗扰性能指标动态降落恢复时间一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主，

4、而随动系统的动态指标则以跟随性能为主。3.3.2调节器的工程设计方法工程设计方法：在设计时，把实际系统校正或简化成典型系统，可以利用现成的公式和图表来进行参数计算，设计过程简便得多。调节器工程设计方法所遵循的原则是：（1）概念清楚、易懂；（2）计算公式简明、好记；（3）不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向；（4）能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出简单的计算公式；（5）适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统。控制系统的开环传递函数都可以表示成为了使系统对阶跃给定无稳态误差，不能使用0型系统（r=0），至少是Ⅰ型系统（r=1）；当给定是斜坡输入时，则要求是Ⅱ型系统（r=2

5、）才能实现稳态无差。选择调节器的结构，使系统能满足所需的稳态精度。由于Ⅲ型（r=3）和Ⅲ型以上的系统很难稳定，而0型系统的稳态精度低。因此常把Ⅰ型和Ⅱ型系统作为系统设计的目标。3.3.2调节器的工程设计方法分母中的sr项表示该系统在s=0处有r重极点，或者说，系统含有r个积分环节，称作r型系统。1．典型Ⅰ型系统作为典型的I型系统，其开环传递函数选择为式中，T——系统的惯性时间常数；K——系统的开环增益。只包含开环增益K和时间常数T两个参数，时间常数T往往是控制对象本身固有的，唯一可变的只有开环增益K。设计时，需要按照性能指标选择参数K的大小。图3-10典型Ⅰ型系统(a)闭环系统结构图

6、(b)开环对数频率特性对数幅频特性的中频段以-20dB/dec的斜率穿越零分贝线，只要参数的选择能保证足够的中频带宽度，系统就一定是稳定的。1．典型Ⅰ型系统典型Ⅰ型系统的对数幅频特性的幅值为得到相角裕度为K值越大，截止频率c也越大，系统响应越快，相角稳定裕度越小，快速性与稳定性之间存在矛盾。在选择参数K时，须在快速性与稳定性之间取折衷。（当时）1．典型Ⅰ型系统K与开环对数频率特性的关系下图绘出了在不同K值时典型I型系统的开环对数频率特性，箭头表示K值增大时特性变化的方向。1．典型Ⅰ型系统下面我们将建立频域指标和时域指标之间的简明关系，从而方便地通过上述频域指标对调速系统进行工程设

7、计。重点讨论Ⅰ型和Ⅱ型开环系统的中频段特征与闭环动态时域和频域指标之间的对应关系，并做为系统动态设计的依据。（1）动态跟随性能指标典型Ⅰ型系统的闭环传递函数为式中，——自然振荡角频率；——阻尼比。<1，欠阻尼的振荡特性，1，过阻尼的单调特性；=1，临界阻尼。过阻尼动态响应较慢，一般把系统设计成欠阻尼，即0<<1。超调量上升时间峰值时间当调节时间在、误差带为的条件下可近似计算得截止频率（按准确关系计算）相角稳定裕度（1）动态跟随性能指标参数关系KT