《双闭环系统设计》PPT课件

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1、3.1~的组成及其静特性3.2~的数学模型与动态过程分析3.3~的设计3.4~的仿真转速、电流反馈控制直流调速系统双闭环直流调速系统的设计3.3.1控制系统的动态性能指标3.3.2调节器的工程设计方法3.3.3按工程设计方法设计双闭环直流调速系统的调节器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对扰动输入信号的抗扰性能指标1、跟随性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

2、能指标有上升时间、超调量和调节时间。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σ2．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1）概念清楚、易懂；2）计算公式简明、好

3、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。在典型系统设计的基础上，利用MATLAB/SIMULINK进行计算机辅助分析和设计，可设计出实用有效的控制系统。工程设计方法的基本思路1.选择调节器结构，使系统典型化并保证稳定和满足稳态精度。2.设计调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。这样，把稳、准、快、抗干扰之间相互交叉的矛盾问题分成两步。第一步：解决主要矛盾—动态稳定性和稳态精度第二步：进一步满足其他动态性能指标r型系统分母中的sr项表示该系统

4、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。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）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。控制系统的开环传递函数都可以表示成（3-9）1．典型Ⅰ型系统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。只包含开环增益K

5、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。作为典型的I型系统，其开环传递函数选择为（3-10）式中，T——系统的惯性时间常数；K——系统的开环增益。图3-10典型Ⅰ型系统(a)闭环系统结构图(b)开环对数频率特性参数k典型Ⅰ型系统的对数幅频特性的幅值为得到(3-11)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）动态跟随性能指标典型Ⅰ型系统的闭环传递函数为（3-1

6、2）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（3-13）上升时间（3-14）峰值时间（3-15）当调节时间在、误差带为的条件下可近似计算得（3-16）截止频率（按准确关系计算）（3-17）相角稳定裕度（3-18）参数关系KT0.250.390.50.691.0阻尼比超调量上升时间tr峰值时间tp相角稳定裕度截止频率c1.00%76.3°0.243/T0.81.5%6.6T8.3T69.9°0.367/T0.7074.3

7、%4.7T6.2T65.5°0.455/T0.69.5%3.3T4.7T59.2°0.596/T0.516.3%2.4T3.2T51.8°0.786/T表3-1典型Ⅰ型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系（2）动态抗扰性能指标影响到参数K的选择的第二个因素是它和抗扰性能指标之间的关系，典型Ⅰ型系统已经规定了系统的结构，分析它的抗扰性能指标的关键因素是扰动作用点，某种定量的抗扰性能指标只适用于一种特定的扰动作用点。图3-11电流环的在电压扰动作用下的动态结构图电压扰动作用点前后各有一个一阶惯性环节，采用PI调节器在只讨论抗扰性能时，令输入变量R=0，将输出

8、量写成ΔC图3-12电流环校正成一类典