自动控制原理及其应用5.3.ppt

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1、第三节控制系统的设计举例一、系统数学模型的建立二、电流环简化及调节器参数的设计三、速度环简化及调节器参数的设计本节以转速、电流双闭环调速系统为例，阐述系统分析的全过程。第五章控制系统的校正与设计一系统数学模型的建立转速、电流双闭环调速系统有两个反馈回路，故称为双闭环。一个是以电流作为被调量的电流环，另一个是以速度作为被控量的速度环。电流环为内环，速度环为外环。第三节控制系统的设计举例系统的构成:控制部分电机机组负载系统的工作过程:第三节控制系统的设计举例PI电流调节器第三节控制系统的设计举例-udidM-TGnusiTAKs-Δ∞++R2uctC2C0i

2、R0/2R0/2ufiC0nR0/2R0/2C0nR0/2R0/2-Δ∞++R1C1usn+C0iR0/2R0/2～ufn双闭环调速系统原理图：PI速度调节器ASRACR晶闸管整流器直流电动机电流检测装置测速发电机电流反馈滤波速度反馈滤波第三节控制系统的设计举例系统的方框图:给定-Usn△UnUsi△UiUctUdUfn=αnβId整流电路触发电路电动机电流调节器速度调节器给定电位器测速发电机电流互感器整流电路速度-αTfns+11T0ns+1△un1T0is+1ceUsn(s)N(s)Knτns+1τnsKiτis+1τisKsTss+11/RdTds

3、+1CeTmsRdUsiUdUfnßTfis+1UfiUctIdEd动态结构图:系统固有参数：Td、Ce、Tm、Ra、Ks、Ts选定的参数：反馈系数β、α滤波时间常数Tfn、Tfi、Toi、Ton设计的参数：调节器参数Ki、τi、Kn、τn双闭环系统是多环控制系统，设计多环系统的步骤是先内环后外环。即先设计电流环，再设计速度环。代入参数后系统的动态结构图第三节控制系统的设计举例10.01s+1△un10.002s+10.1320.0070.01s+1UsnNKnτns+1τnsKiτis+1τis400.0017s+12UsiUdUfn21S0.03+1

4、0.002s+10.05---UfiUctEd二电流环简化及调节器参数的设计1．电流环的简化转速对给定信号的响应比电流对给定信号的响应慢得多，在计算电流的动态响应时，可以把转速看作恒值量，将反电势近似地视为不变，所以在分析电流环动态响应时将反电势忽略不计。先将电流环动态结构图化简，然后再设计。第三节控制系统的设计举例(a)电流环第三节控制系统的设计举例电流环的动态结构图的简化过程：Usi(s)10.002s+1Ed(s)Id(s)--400.0017s+10.050.002s+1τis+1Kiτis20.03s+1Ufi0.050.002s+1Id(s)

5、-400.0017s+1τis+1Kiτis20.03s+1Usi(s)0.05(b)化成单位反馈(c)合并小惯性环节Usi(s)0.05τis+1Kiτis4(0.03s+1)(0.0037s+1)Id(s)_系统固有部分电流调节器2．电流调节器参数的设计一般将电流环设计成典型Ⅰ型系统采用PI电流调节器：第三节控制系统的设计举例系统固有部分的传递函数为：G0(s)=(0.03S+1)(0.0037S+1)4Gc(s)=Ki(τis+1)τis取τi=0.03G(s)=G0(s)Gc(s)=τiS(0.0037S+1)4Ki=S(TS+1)K式中K=4K

6、iτi=133.3KiT=0.0037按二阶最佳取值：K=12Tζ=0.707有2×0.00371=133.3KiKi=1.013校正装置：G(s)=135S(0.0037S+1)Gc(s)=1.013(0.03S+1)0.03S电流环的结构图Usi(s)0.05135S(0.0037S+1)Id(s)_电流环开环传函：3．电流环的对数幅频特性第三节控制系统的设计举例L(ω)/dBω270ω’ci33.30.11dB-40dB/dec-20dB/decL(ω)Lc(ω)L0(ω)403020100-1020lg4=12dBG0(s)对数幅频特性曲线ω1=

7、0.031=33.3ω2=0.00371=270Gc(s)对数幅频特性曲线20lg1.013=0.11dBG(s)对数幅频特性曲线ωci'=135γ`=180o-90o-tg-1135×0.0037=63.5o三速度环简化及调节器参数的设计1．速度环的简化第三节控制系统的设计举例0.05Id(s)Usi(s)0.0037S2+S+135135=0.000027S2+0.0074S+11=电流环的闭环传递函数：0.0074S+120=Id(s)Usi(s)0.0074S+11/0.05~~速度环的动态结构图：第三节控制系统的设计举例10.002s+1Usn

8、(s)Knτns+1τns200.0074s+121sN(s)0.0070.01