10&11 2.3 调节器的工程设计方法(典1典2)

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1、第2章双闭环直流调速系统2.3调节器的工程设计方法---主要内容---工程设计方法的必要性和可能性工程设计方法的基本思路控制系统的动态性能指标典1系统及其性能指标典2系统及其性能指标非典型系统的典型化一、工程设计方法的可能性及必要性必要性设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各方面相互有矛盾的静、动态性能要求。可能性:电力拖动自动控制系统可由低阶系统近似，事先研究低阶典型系统的特性，将实际系统校正成典型系统，设计过程就简便多了。建立调节器工程设计方法所遵循的原则是：概念清楚、易懂计算公式简明、好记不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向能考虑饱

2、和非线性控制的情况，给出简单的计算公式适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统。二、工程设计方法的基本思路调节器的设计过程分作两步：（I）先选择调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需的稳态精度。（II）再选择调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。控制系统的开环传递函数可表示：讨论：系统型别&稳定性、稳态精度的关系。在选择调节器结构时，采用少量的典型系统，它的参数与系统性能指标的关系都已事先找到，使设计方法规范化，大大减少了设计工作量。典型系统的开环传递函数：三、控制系统的动态性能指标跟随性能指标:上升时间、超调量、调节时间抗扰性能指标通常，调速

3、系统的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态指标以跟随性能为主。（1）动态降落△Cmax％系统稳定运行时，由阶跃扰动所引起的输出量最大降落值△Cmax。用输出量原稳态值C∞的百分数来表示。调速系统突加额定负载扰动时的动态转速降落称为动态速降△nmax％（2）恢复时间tf定义：从阶跃扰动作用开始，到输出量基本恢复稳态，且与新的稳态值C∞之差进入某基准量Cb的±5％或±2％范围内所需的时间，其中Cb称为抗扰指标中输出量的基准值，视具体情况选定。一般反馈控制系统的抗扰性能与跟随性能之间存在一定矛盾，若超调量小，则调整时间大，恢复时间长，反之亦然。2、抗扰性

4、能指标四、典型系统及其性能指标（典I系统----二阶典型系统）典I系统开环传递函数典I系统开环对数频率特性不同K值时典型I型系统的开环对数频率特性典I系统跟随性能指标与参数的关系典I系统抗扰性能指标与参数的关系2、典I系统开环对数频率特性相角稳定裕度：（或）1、典I系统开环传递函数时间常数T在实际系统中往往是控制对象本身固有的，能够由调节器改变的只有开环增益K，K是唯一的待定参数。3、不同K值时典型I型系统的开环对数频率特性不同K值时典型I型系统的开环对数频率特性：讨论：快速性与稳定性之间的矛盾？4、典I系统跟随性能指标与参数的关系（1）稳态跟随性能

5、指标（2）动态跟随性能指标一般把系统设计成欠阻尼状态,0<ξ<1典型I型系统中KT<1，ξ>0.5讨论：不同输入信号作用下的稳态误差?典I系统是一种二阶系统，闭环传递函数的标准形式：（欠阻尼二阶系统）典I系统在零初始条件下的阶跃响应动态指标：超调量：上升时间：峰值时间：调整时间估算：截止频率精确计算：相角稳定裕度：（3）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表2-2典I系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系KT0.250.390.50.691.0阻尼比1.00.80.7070.60.5超调量01.5%4.3%9.5%16.3%上升时间∞

6、6.67T4.72T3.33T2.41T相角稳定裕度76.369.965.559.251.8截止频率0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T调整时间11.7T6.0T8.4T7.1T8.1T二阶最佳系统5．典型I型系统抗扰性能指标与参数的关系在扰动量F（s）作用下的典型I型系统只讨论抗扰性能，令输入变量R=0，输出变量可写成ΔC针对常用的调速系统分析抗扰性能阶跃扰动:二阶最佳参数——控制对象中小时间常数与大时间常数的比值。典型I型系统动态抗扰性能指标与参数的关系（已选定的参数关系KT=0.5)表2-3二阶“最佳”系统动态

7、抗扰性能指标与参数的关系（KT=0.5）m1/51/101/201/30(ΔCmax/Cb)%55.533.218.512.9tm/T2.83.43.84.0tf/T(5%)14.721.728.730.4基准值:典I系统跟随性能与抗扰性能之间的内在联系与矛盾：超调量较大，上升时间较短的系统，其抗扰性能越好；超凋量较小，上升时间较长的系统，其扰动响应的恢复时间也长。这种矛盾在控制对象的时间常数T2较大时尤为突出。二阶“最佳”系统的跟随性能较好，适用于随动系统。若以良好的抗扰性能为主，则应将系统设计成典II系统。五、典型系统及其性能指标（典II系统__

8、____三阶典型系统）1、典II系统开环对数频率特性2、采用Mrmin准则确定参数的典II系统