运动控制系统期末复习第2章

1、第第 2 章章2.1 双闭环调速自动控制系统的组成双闭环调速自动控制系统的组成2.2 双闭环直流调速自动控制系统的静特性和稳双闭环直流调速自动控制系统的静特性和稳态参数计算态参数计算2.3双闭环直流调速自动控制系统的动态特性双闭环直流调速自动控制系统的动态特性2.4 直流调速自动控制系统的工程设计方法直流调速自动控制系统的工程设计方法2.5 双闭环直流调速自动控制系统的工程设计方双闭环直流调速自动控制系统的工程设计方法法 问题的提出问题的提出 采用转速负反馈和采用转速负反馈和PIPI调节器的单闭环直流调调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无速系统可以在保证系统稳定的前提

2、下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：例如：要求快速起制动，单闭环系统就难以满足要求快速起制动，单闭环系统就难以满足需要。需要。 在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。转矩的动态过程。 在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值临界电流值Idcr以后，靠强烈的负反馈作用限以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动制电流的冲击，并不能

3、很理想地控制电流的动态波形。态波形。 带电流截止负反馈的单带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动闭环直流调速系统起动过程如图所示，起动电过程如图所示，起动电流达到最大值流达到最大值Idm 后，受后，受电流负反馈的作用降低电流负反馈的作用降低下来，电机的电磁转矩下来，电机的电磁转矩也随之减小，加速过程也随之减小，加速过程延长。延长。 ILnt tI Id dO OIdm mIdcr2. 起动过程起动过程 理想起动过程波形理想起动过程波形如图，这时，起动如图，这时，起动电流呈方形波，转电流呈方形波，转速按线性增长。这速按线性增长。这是在最大电流（转是在最大电流（转矩）受限制时调速矩）受限制时调速

4、系统所能获得的最系统所能获得的最快的起动过程。快的起动过程。IdLnt tI Id dO OIdmu为了实现在允许条件下的最快起动，关键是为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过的恒流过程。程。u按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电电流负反馈流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。应该能够得到近似的恒流过程。 系统希望能实现：系统希望能实现：起动过程，电流反馈起主要作用，维持恒起动过程，电流反馈起主要作用，维持恒定电流

5、。定电流。稳态时，转速反馈起主要作用，维持恒定稳态时，转速反馈起主要作用，维持恒定速度。速度。 转速，电流双闭环控制转速，电流双闭环控制 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图所示。级）联接如下图所示。TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPE-+转速、电流双闭环直流调速系统结构转速、电流双闭环直流调

6、速系统结构 1. 系统的组成系统的组成ASR转速调节器转速调节器 ACR电流调节器电流调节器 TG测速发电机测速发电机TA电流互感器电流互感器 UPE电力电子变换器电力电子变换器内环内环 外外 环环 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用节器一般都采用PIPI调节器，以下以控制电压调节器，以下以控制电压U Uc c为正电为正电压压的情况考虑，分析时还需考虑到运算放大器的倒相的情况考虑，分析时还需考虑到运算放大器的倒相作用。作用。双闭环直流调速系统电路原理图双闭环直流调速系统电路原理图 +-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0U

7、cUiTALIdRiCiUd+-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLM1. 系统稳态结构图系统稳态结构图双闭环直流调速系统的稳态结构图双闭环直流调速系统的稳态结构图 转速反馈系数转速反馈系数; 电流反馈系数电流反馈系数 Ks 1/CeU*nUcIdEnUd0Un+-ASR+U*i- R ACR-UiUPE2.2 双闭环直流调速自动控制系统的双闭环直流调速自动控制系统的静特性和稳态参数计算静特性和稳态参数计算PIPI调节器两种状况：调节器两种状况：饱和饱和输出达到限幅值输出达到限幅值 当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，

8、除非有反向的输入信号使化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；即饱和的调节器暂时隔断调节器退出饱和；即饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的联系，了输入和输出间的联系，相当于使该调节环相当于使该调节环开环开环。不饱和不饱和输出未达到限幅值输出未达到限幅值 当调节器不饱和时，当调节器不饱和时，PI PI 作用使输入偏差电作用使输入偏差电压在稳态时总是零。压在稳态时总是零。 一般，在正常运行时，一般，在正常运行时，电流调节器是不会达到电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和速调节器饱和与不饱和两种情况。两种

9、情况。双闭环直流调速系统的双闭环直流调速系统的静特性如图所示，静特性如图所示，双闭环直流调速系统的静特性双闭环直流调速系统的静特性 n0IdIdmIdnomOnABC双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系和时，各变量之间有下列关系 nUUn*ndLdi*iIIUUsdL*nesdesd0c/KRIUCKRInCKUU双闭环调速系统的稳态参数计算与单闭环有静差双闭环调速系统的稳态参数计算与单闭环有静差系统完全不同，而是和无静差系统的稳态计算相系统完全不同，而是和无静差系统的稳态计算相似，即根据各调节器的给定与反馈值计

10、算有关的似，即根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数：反馈系数： 转速反馈系数转速反馈系数 电流反馈系数电流反馈系数 max*nmnUdm*imIUn两个给定电压的最大值两个给定电压的最大值U*nm和和U*im由设计者选由设计者选定，设计原则如下：定，设计原则如下： U*nm受运算放大器允许输入电压和稳压电源的受运算放大器允许输入电压和稳压电源的限制；限制； U*im为为ASR的输出限幅值。的输出限幅值。讨论讨论: :1 1 在双闭环调速系统中在双闭环调速系统中, ,若要调节电机的转速若要调节电机的转速可以调什么参数可以调什么参数? ?若要调节堵转电流需要调节若要调节堵转电流需要调节什么

11、参数什么参数? ?2 2 转速转速, ,电流双闭环系统稳态运行时电流双闭环系统稳态运行时, ,两个调两个调节器的输入偏差和输出电压各是多少节器的输入偏差和输出电压各是多少? ?3 3 双闭环调速系统中双闭环调速系统中, ,均用均用PIPI调节器调节器, ,当当ASR输出输出Ui*达到达到8V时时, ,电流达到最大电流电流达到最大电流80A, ,问问: :当负载电流由当负载电流由40A增加到增加到70A时时, ,Ui*如何变化如何变化? ? 双闭环直流调速系统的动态数学模型双闭环直流调速系统的动态数学模型 起动过程分析起动过程分析 动态抗扰性能分析动态抗扰性能分析2.3 双闭环直流调速自动控制系

12、统的动态特性双闭环直流调速自动控制系统的动态特性双闭环直流调速系统的动态结构图双闭环直流调速系统的动态结构图 U*n Uc-IdLnUd0Un+- +-UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E 图中图中W WASRASR(s)(s)和和W WACRACR(s)(s)分别表示转速调节器和电分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。如果采用流调节器的传递函数。如果采用PIPI调节器，则调节器，则有：有：ssKsWnnnASR1)(ssKsWiiiACR1)(双双闭闭环环系系统统起起动动时时的的转转速速和和电电流流波波形形 n OOttIdm

13、IdL Id n* IIIIIIt4 t3 t2 t1 由于在起动过由于在起动过程中转速调节程中转速调节器器ASR经历了经历了不饱和、饱和、不饱和、饱和、退饱和三种情退饱和三种情况，整个动态况，整个动态过程就分成图过程就分成图中标明的中标明的I、II、III三个阶段。三个阶段。 q 突加给定电压突加给定电压 U U* *n n 后，后，I Id d 上升，上升，当当 I Id d 小于负载小于负载电流电流 I IdL dL 时，电时，电机还不能转动。机还不能转动。IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 ttq当当 I Id d I IdLdL 后，后，电机开始起

14、动，由电机开始起动，由于机电惯性作用，于机电惯性作用，转速不会很快增长，转速不会很快增长，因而转速调节器因而转速调节器ASRASR的输入偏差电的输入偏差电压的数值仍较大，压的数值仍较大，其输出电压保持限其输出电压保持限幅值幅值 U U* *imim，强迫电，强迫电流流 I Id d 迅速上升。迅速上升。q直到，直到，I Id d = = I Idmdm ， U Ui i = = U U* *imim 电流调电流调节器很快就压制节器很快就压制 I Id d 了的增长，标了的增长，标志着这一阶段的志着这一阶段的结束。结束。在这一阶段中，在这一阶段中，ASRASR很快进入并保很快进入并保持饱和状态，

15、而持饱和状态，而ACRACR一般不饱和。一般不饱和。q 在这个阶段中，在这个阶段中，ASR始终是饱和始终是饱和的，系统成为在的，系统成为在恒值电流恒值电流U*im 给给定下的电流调节定下的电流调节系统，因而系统系统，因而系统的加速度恒定，的加速度恒定，转速呈线性增长。转速呈线性增长。但但Id略低于略低于Idm。n IdL Id n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 ttq 当转速上升到当转速上升到给定值时，转给定值时，转速调节器速调节器ASR的输入偏差减的输入偏差减少到零，但其少到零，但其输出却由于积输出却由于积分作用还维持分作用还维持在限幅值在限幅值U*im ，所以电机仍在所

16、以电机仍在加速，使转速加速，使转速超调。超调。q转速超调后，转速超调后，ASR输入偏差输入偏差电压变负，使电压变负，使它开始退出饱它开始退出饱和状态，和状态， U*i 和和 Id 很快下降。很快下降。但是，只要但是，只要 Id 仍大于负载电仍大于负载电流流 IdL ，转速就，转速就继续上升。继续上升。IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 ttq直到直到Id = IdL时，转时，转矩矩Te= TL ，则则dn/dt = 0，转速转速n才到才到达峰值（达峰值（t = t3时）。时）。q此后，电动机此后，电动机开始在负载的开始在负载的阻力下减速，阻力下减速，与此相应

17、，在与此相应，在一小段时间内一小段时间内（ t3 t4 ），）， Id 45 典型典型I型系统的开环传递函数型系统的开环传递函数:)1()(TssKsW时间常数时间常数 T 在实际系统中往往是控制对象本身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固有的，能够由调节器改变的只有开环增益 K ，也就是说，也就是说，K 是唯一的待定参数是唯一的待定参数。设计时，需。设计时，需要按照性能指标选择参数要按照性能指标选择参数 K 的大小。的大小。 K = c) 1()(TssKsW输入信号输入信号阶跃输入阶跃输入斜坡输入斜坡输入加速度输入加速度输入稳态误差稳态误差 0v0 / K

18、 0)(RtRtvtR0)(2)(20tatR （1 1）与稳态跟随性能指标的关系：系统的稳态跟）与稳态跟随性能指标的关系：系统的稳态跟随性能指标可用不同输入信号作用下的稳态误差随性能指标可用不同输入信号作用下的稳态误差来表示。来表示。 结论：结论：l在阶跃输入下的在阶跃输入下的 I 型系统稳态时是无差的；型系统稳态时是无差的；l但在斜坡输入下则有恒值稳态误差，且与但在斜坡输入下则有恒值稳态误差，且与 K 值成反比；值成反比；l在加速度输入下稳态误差为在加速度输入下稳态误差为 。 因此，因此，I型系统不能用于具有加速度输入的随型系统不能用于具有加速度输入的随动系统。动系统。n闭环传递函数：典型

19、闭环传递函数：典型I型系统是一种二阶系型系统是一种二阶系统，二阶系统标准形式：统，二阶系统标准形式：2nn22ncl2)()()(sssRsCsWl当当 1 时，系统动态响应是欠阻尼的振荡特性，时，系统动态响应是欠阻尼的振荡特性，l当当 1 时，系统动态响应是过阻尼的单调特性；时，系统动态响应是过阻尼的单调特性；l当当 = 1 时，系统动态响应是临界阻尼。时，系统动态响应是临界阻尼。 一般常把系统设计成欠阻尼状态，即一般常把系统设计成欠阻尼状态，即0 12nn22ncl2)()()(sssRsCsWTKnKT121T21n由于在典型由于在典型I系统中系统中 KT 1，设计时应使：，设计时应使：

20、15 . 0n性能指标和系统参数之间的关系性能指标和系统参数之间的关系 %100e%)1/(2)arccos(122rTt2np1t超调量超调量 上升时间上升时间 峰值时间峰值时间 调节时间调节时间 ts=3/n KT121 具体选择参数时，应根据系统工艺要求选择参数具体选择参数时，应根据系统工艺要求选择参数以满足性能指标。以满足性能指标。（eg1:53 例题例题2-2)参数关系参数关系KT0.250.39 0.50.69 1.0阻尼比阻尼比 超调量超调量 上升时间上升时间 tr峰值时间峰值时间 tp 相角稳定裕度相角稳定裕度 截止频率截止频率 c 1.0 0 % 76.30.243/T 0.

21、8 1.5% 6.6T8.3T69.90.367/T 0.707 4.3 % 4.7T6.2T 65.50.455/T 0.6 9.5 % 3.3T4.7T59.2 0.596/T 0.5 16.3 % 2.4T3.2T 51.8 0.786/T 下图是在扰动下图是在扰动 F（任意设定）（任意设定） 作用下的典型作用下的典型I型系统，型系统，) 1()()()(21TssKsWsWsW)(sF0)(sR)(2sW)(1sW)()(sCsC只讨论抗扰性能时，令输入作用只讨论抗扰性能时，令输入作用 R = 0，得，得到下图所示的等效结构图。到下图所示的等效结构图。)(11sW)(2sW)(sC 由

22、于抗扰性能与由于抗扰性能与 W W1 1( (s s) ) 有关，因此抗扰性能有关，因此抗扰性能指标也不定，随着扰动点的变化而变化。在此，指标也不定，随着扰动点的变化而变化。在此，针对常用的形式，分析书针对常用的形式，分析书p47p47中图中图2-162-16的一种情的一种情况，经过计算推导可得到表况，经过计算推导可得到表2-32-3所示的数据。所示的数据。221TTTTm51101201301%100maxbCC55.5%33.2%18.5%12.9%tm / T2.83.43.84.0tv / T14.721.728.730.4表表3 典型典型I型系统动态抗扰性能指标与参数的关系型系统动态

23、抗扰性能指标与参数的关系结论：当控制对象的两个时间常数相距较大时，动态降落减结论：当控制对象的两个时间常数相距较大时，动态降落减小，但恢复时间却拖得较长。小，但恢复时间却拖得较长。 结构图和传递函数结构图和传递函数 ) 1() 1()(2TsssKsW)(sR)(sC) 1() 1(2TsssK 开环对数频率特性开环对数频率特性O1/ 性能特性性能特性 典型的典型的II型系统也是以型系统也是以 20dB/dec 的斜率穿越的斜率穿越零分贝线。以保证系统稳定，即应零分贝线。以保证系统稳定，即应选择参数选择参数满足满足 T11cT或或 且且 比比 T 大得越多，系统的稳定性越好。大得越多，系统的稳

24、定性越好。 典型典型II型系统的开环传递函数型系统的开环传递函数12Th)1()1()(2TsssKsW待定的参数为待定的参数为K K和和,为研究的方便，引进一参数为研究的方便，引进一参数h:h:dBL/0 11T12hKlg20-20 40 -40 / s-1c=120dB/dec40dB/dec40dB/dec典型典型型系统的开环对数幅频特性和中频宽型系统的开环对数幅频特性和中频宽中频宽度中频宽度1 C 12Th输入信号输入信号阶跃输入阶跃输入斜坡输入斜坡输入加速度输入加速度输入稳态误差稳态误差00 a0/K（1）稳态跟随性能指标稳态跟随性能指标在在“振荡指标法振荡指标法”中，有：中，有：

25、1 h/(h+1)c/ 1=(h+1)/212Th1 C前已有：前已有：所以：所以：(h+1)/2h2T2 h 3 4 56 7 8 9 10 tr / Tts / T k 52.6% 2.412.15 3 43.6% 2.65 11.65 237.6% 2.85 9.55 2 33.2% 3.0 10.45 129.8% 3.1 11.30 127.2% 3.2 12.25 125.0% 3.3 13.25 1 23.3% 3.35 14.20 1（2）动态跟随性能指标动态跟随性能指标 h 3 4 56 7 8 9 10 tr / Tts / T k 52.6% 2.412.15 3 43.

26、6% 2.65 11.65 237.6% 2.85 9.55 2 33.2% 3.0 10.45 129.8% 3.1 11.30 127.2% 3.2 12.25 125.0% 3.3 13.25 1 23.3% 3.35 14.20 1h h减小时，上升时间快，减小时，上升时间快， h h增大时，超调量小一增大时，超调量小一般取般取h h为折中状态为折中状态 抗扰系统结构抗扰系统结构+ ) 1() 1(1TsshTsKsK2)(sF)(sC)(1sW- )(2sW h 3 4 56 7 8 9 10 Cmax/Cbtm / T tv / T 72.2% 2.4513.60 77.5% 2.

27、70 10.4581.2% 2.85 8.80 84.0% 3.00 12.9586.3% 3.15 16.8588.1% 3.25 19.8089.6% 3.30 22.80 90.8% 3.40 25.85h 值越小，值越小， Cmax/Cb 也越小，也越小， tm 和和 tv 都短，因而抗扰性能都短，因而抗扰性能越好，但是，当越好，但是，当 h 5 时，由于振荡次数的增加，时，由于振荡次数的增加， h 再小，恢再小，恢复时间复时间 tv 反而拖长了。把典型反而拖长了。把典型型系统跟随和抗扰的各项性能型系统跟随和抗扰的各项性能指标综合起来看，指标综合起来看，h = 5应该是一个很好的选择。

28、应该是一个很好的选择。 两种系统比较总结：两种系统比较总结： 典型典型I I型系统在跟随性能上可以做到超调小，型系统在跟随性能上可以做到超调小，但抗扰性能稍差但抗扰性能稍差 典型典型型系统的超调量相对较大，抗扰性型系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好能却比较好。 以上是设计时选择典型系统的重要依据。以上是设计时选择典型系统的重要依据。（1 1）高频段小惯性环节的近似处理）高频段小惯性环节的近似处理 实际系统中往往有若干个小时间常数的实际系统中往往有若干个小时间常数的惯性环节，这些小时间常数所对应的频率都惯性环节，这些小时间常数所对应的频率都处于频率特性的高频段，形成一组小惯性群。处于频率特性

29、的高频段，形成一组小惯性群。例如，系统的开环传递函数为例如，系统的开环传递函数为 ) 1)(1)(1() 1()(321sTsTsTssKsW小惯性环节可以合并小惯性环节可以合并 当系统有一组小惯性群时，在一定的当系统有一组小惯性群时，在一定的条件下，可以将它们近似地看成是一个小条件下，可以将它们近似地看成是一个小惯性环节，其时间常数等于小惯性群中各惯性环节，其时间常数等于小惯性群中各时间常数之和。时间常数之和。 1)(1) 1)(1(13232sTTsTsT例如：例如：近似条件近似条件32c31TT注意：注意：Wc为为校正后的系统校正后的系统的截止频率。的截止频率。 上述小惯性群的近似处理实

30、际上是高上述小惯性群的近似处理实际上是高阶系统降阶处理的一种特例，它把多阶小阶系统降阶处理的一种特例，它把多阶小惯性环节降为一阶小惯性环节。下面讨论惯性环节降为一阶小惯性环节。下面讨论更一般的情况，即如何能忽略特征方程的更一般的情况，即如何能忽略特征方程的高次项。以三阶系统为例，设高次项。以三阶系统为例，设 其中其中 a a，b b，c c都是正系数，且都是正系数，且bc bc a a，即系统，即系统是稳定的。是稳定的。1)(23csbsasKsW 降阶处理：降阶处理： 若能忽略高次项，可得近似的一阶系统的传若能忽略高次项，可得近似的一阶系统的传递函数为递函数为 近似条件近似条件 ),1min

31、(31cacb1)(23csbsasKsW1)(csKsW（3 3）低频段大惯性环节的近似处理）低频段大惯性环节的近似处理当系统中存在一个时间常数特别大的惯性当系统中存在一个时间常数特别大的惯性环节时，可以近似地将它看成是积分环节，环节时，可以近似地将它看成是积分环节，即即 11TsTs1 近似条件近似条件 T3c) 1)(1() 1()(21asTsTssKsW) 1() 1()(221bsTsTsKsW例如：例如：控制控制对象对象调节调节器器参数参数配合配合) 1)(1)(1(3212sTsTsTK) 1)(1(212sTsTKT1、T2 T312TsK) 1(2TssK) 1)(1)(1

32、(3212sTsTsTK321,TTT ssK11pi) 1(sKipKssK11pi) 1(11T2211,TT3211,TTTTT1 T2表表2 校正成典型校正成典型II型系统的几种调节器选择型系统的几种调节器选择控控制制对对象象调调节节器器参参数数配配合合) 1(2TssK21212) 1)(1(TTsTsTK相近21212,)1)(1(TTsTsTsK都很小21212,) 1)(1(TTsTsTsK3213212) 1)(1)(1(TTTsTsTsTK、ssK11pi) 1(ssK11pi1hT121hTsTTs11111)(211TTh)(321TThsTsT11111ssK11pi

33、1ssK11pi1l理解和掌握设计思路；理解和掌握设计思路；l掌握典型环节的参数与指标的关系并记掌握典型环节的参数与指标的关系并记忆一般折中参数；忆一般折中参数；l掌握系统的典型化；掌握系统的典型化；l会运用公式，会查表设计。会运用公式，会查表设计。工程设计方法重点总结：工程设计方法重点总结： 本节将应用前述的工程设计方法来设计本节将应用前述的工程设计方法来设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器。转速、电流双闭环调速系统的两个调节器。 主要内容为：主要内容为： 系统设计对象系统设计对象 系统设计原则系统设计原则 系统设计方法系统设计方法-IdLUd0Un+-+-UiACR1/RTl s+1R

34、TmsU*iUcKs Tss+1Id1Ce+E T0is+11 T0is+1ASR1 T0ns+1 T0ns+1U*nn电流电流 内环内环 双闭环调速系统的动态结构图双闭环调速系统的动态结构图 转速、电流双闭环调速系统。转速、电流双闭环调速系统。 系统设计的一般原则：系统设计的一般原则： “先内环后外环先内环后外环” 从内环开始，逐步向外扩展。首先设计电从内环开始，逐步向外扩展。首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。节系统中的一个环节，再设计转速调节器。 设计分为以下几个步骤：设计分为以下几个步骤：（1 1）

35、电流环结构图的简化）电流环结构图的简化（2 2）电流调节器结构的选择）电流调节器结构的选择（3 3）电流调节器的参数计算）电流调节器的参数计算（4 4）电流调节器的实现）电流调节器的实现 电流调节器的设计电流调节器的设计n忽略反电动势的动态影响忽略反电动势的动态影响 -IdLUd0Un+-+-UiACR1/RTl s+1RTmsU*iUcKs Tss+1Id1Ce+E T0is+11 T0is+1ASR1 T0ns+1 T0ns+1U*nnUd0(s)+-Ui (s)ACR1/RTl s+1U*i(s)Uc (s)Ks Tss+1Id (s) T0is+11 T0is+1 忽略反电动势的电流环

36、忽略反电动势的电流环 +-ACRUc (s)Ks /R (Tss+1)(Tl s+1)Id (s)U*i(s) T0is+1 小惯性环节近似处理小惯性环节近似处理简化的近似条件为简化的近似条件为: : oisci131TT+-ACRUc (s)Ks /R (Tss+1)(Tl s+1)Id (s)U*i(s) T0is+1电流环结构图最终简化成下图。电流环结构图最终简化成下图。 +-ACRUc (s)Ks /R (Tls+1)(Tis+1)Id (s)U*i(s)+-ACRUc (s)Ks /R (Tls+1)(Tis+1)Id (s)U*i(s) 典型系统的选择：典型系统的选择：l从稳态要求

37、上看，希望电流无静差，由上图可以看出，从稳态要求上看，希望电流无静差，由上图可以看出，采用采用 I I 型系统就够了。型系统就够了。l从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，电流环应以跟随性能为主，应选用典型应选用典型I I型系统。型系统。 +-ACRUc (s)Ks /R (Tls+1)(Tis+1)

38、Id (s)U*i(s)+-ACRUc (s)Ks /R (Tls+1)(Tis+1)Id (s)U*i(s) 电流调节器选择电流调节器选择-PI-PI调节器调节器 ssKsWiiiACR) 1()(式中式中 K Ki i 电流调节器的比例系数；电流调节器的比例系数； i i 电流调节器的超前时间常数。电流调节器的超前时间常数。 为了让调节器零点与控制对象的大时为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择：间常数极点对消，选择： lTiK I s(T is+1)Id (s)+ +- -U*i(s) RKKKisiI 电流调节器需要确定的参数有：电流调节器需要确定的参数有：Ki 和和 i

39、， 其中其中 i=Tl已选定，剩下的只有比例系数已选定，剩下的只有比例系数 Ki， 可根据可根据所需要的动态性能指标选取。所需要的动态性能指标选取。 参数选择参数选择 在一般情况下，希望电流超调量在一般情况下，希望电流超调量 i 5%，由表，由表2-2，可选，可选 =0.707，KI T i =0.5，则，则iciI21TK)(22isisiTTKRTKRTKllRKKKisiI 模拟式电流调节器电路模拟式电流调节器电路含给定滤波与反馈滤波的含给定滤波与反馈滤波的PIPI型电流调节器型电流调节器 电流调节器电路参数的计算公式电流调节器电路参数的计算公式0iiRRK iiiCRoi0oi41CR

40、T 设计分为以下几个步骤：设计分为以下几个步骤：（1 1）电流环的等效闭环传递函数）电流环的等效闭环传递函数（2 2）转速调节器结构的选择）转速调节器结构的选择（3 3）转速调节器参数的选择）转速调节器参数的选择（4 4）转速调节器的实现）转速调节器的实现 转速调节器的设计转速调节器的设计 电流环闭环传递函数电流环闭环传递函数 电流环经简化后可视作转速环中的一电流环经简化后可视作转速环中的一个环节，为此，须求出它的闭环传递函数。个环节，为此，须求出它的闭环传递函数。111) 1(1) 1(/ )()()(I2IiiIiI*idclisKsKTsTsKsTsKsUsIsWK I s(T is+1)Id (s)+ +- -U*i(s) 传递函数化简：传递函数化简：111)(IclisKsWiIcn31TK近似条件可由式（近似条件可由式（2-522-52）求出）求出 式中式中 cn cn 转速环开环频率特性的截止频率。转速环开环频率特性的截止频率。 电流环等效传递函数电流环等效传递函数 接入转速环内，电流环等效环节的输入量应接入转速环内，电流环等效环节的输入量应为为U*i(s)，因此电流环在转速环中应等效为