电力拖动直流篇复习ppt课件

1、直流部分复习开环机械特性；闭环静特性闭环系统参数变化对速度的影响PI调理器的特性及在双闭环系统中的作用典，型系统的特点及设计可逆系统的环流及抑制可逆系统的制动过程三个阶段单闭环系统参数计算D，S，Kp等计算双闭环系统设计直流调速系统直流调速系统电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统 运动控制系统运动控制系统第 1 篇根据直流电机转速方程 eKIRUnq 直流调速方法直流调速方法有三种方法调理电动机的转速： 1调理电枢供电电压 U； 2减弱励磁磁通 ； 3改动电枢回路电阻 R。第第2章章 转速反响控制的直流调速系统转速反响控制的直流调速系统 电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统 运动控制系

2、统运动控制系统内 容 提 要 直流调速系统用的可控直流电源 稳态调速性能目的和直流调速系统的机械特性 转速反响控制的直流调速系统 直流调速系统的数字控制 转速反响控制直流调速系统的限流维护 转速反响控制直流调速系统的仿真2.1.1 晶闸管整流器-电动机系统图21 晶闸管整流器-电动机调速系统V-M系统原理图在理想情况下，Ud和Uc之间呈线性关系：2-1式中， Ud平均整流电压， Uc 控制电压， Ks晶闸管整流器放大系数。csdUKUdtdiLRiEuddd0(2-2)式中 E电动机反电动势(V)； id整流电流瞬时值(A)； L主电路总电感(H)； R主电路总电阻(), ；瞬时电压平衡方程式

3、图2-2 V-M系统主电路的等效电路图 3晶闸管整流器-电动机系统的机械特性 当电流波形延续时，V-M系统的机械特性方程式为2-7 式中，Ce电动机在额定磁通下的电动势 系数)RIU(C1nd0deNeeKC图2-5 电流延续时V-M系统的机械特性图26 V-M系统机械特性在电流延续区，显示出较硬的机械特性；在电流断续区，机械特性很软，理想空载转速翘得很高。 传送函数的近似处置 按泰勒级数展开，可得 33s22ssssTssTsssT! 31sT!21sT1KeKeK)s(Wssn 根据工程近似处置的原那么，可忽略高次项，把整流安装近似看作一阶惯性环节 sT1K)s(Wsss2-16 图29

4、晶闸管触发与整流安装动态构造图准确的近似的2.2.1转速控制的要求和稳态调速性能目的转速控制的要求和稳态调速性能目的1、调速范围、调速范围消费机械要求电动机提供的最高转速消费机械要求电动机提供的最高转速nmax和最低转和最低转速速nmin之比称为调速范围，用字母之比称为调速范围，用字母D表示，即表示，即2-27nmax和和nmin是电动机在额定负载时的最高和最低是电动机在额定负载时的最高和最低转速，转速，对于少数负载很轻的机械，也可用实践负载时的最对于少数负载很轻的机械，也可用实践负载时的最高和最低转速。高和最低转速。minmaxnnD 2、静差率、静差率s当系统在某一转速下运转时，负载由理想

5、空当系统在某一转速下运转时，负载由理想空载添加到额定值所对应的转速降落载添加到额定值所对应的转速降落nN与与理想空载转速理想空载转速n0之比：之比：2-28用百分数表示用百分数表示2-290nnsN%1000nnsN静差率与机械特性硬度的区别图2-14 不同转速下的静差率 特性a和b的硬度一样， 特性a和b额定速降一样， 特性a和b的静差率不一样。 3. 调速范围、静差率和额定速降之间的关系2-30对于同一个调速系统，nN值是定值。要求s值越小时，系统可以允许的调速范围D也越小。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。)1 (snsnDNN图215 开环调速系统

6、的原理图2.2.2 直流调速系统的机械特性直流调速系统的机械特性机械特性机械特性 开环调速系统中各环节的稳态关系如下：电力电子变换器直流电动机 开环调速系统的机械特性为 csdUKU0ed0dCRIUnedecsed0dCRICUKCRIUn2-31 图2-16 开环调速系统稳态构造图2.3.1 转速反响控制直流调速系统的 数学模型图2-18 带转速负反响的闭环直流调速系统原理框图 1转速反响控制直流调速系统的静特性 稳态关系 电压比较环节 比例调理器 测速反响环节 电力电子变换器 直流电动机 n*nnUUUnpcUKUnUncsdUKU0ed0dCRIUnKp比例调理器的比例系数转速反响系数

7、Vmin/r静特性方程式 *(1/)(1)(1)psndpsndepseeeK K UI RK K URInCK KCCKCK2-32 式中: 闭环系统的开环 放大系数 闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流或转矩间的稳态关系。 espCKKK图2-17 开环直流调速系统的机械特性KpKs 1/CeU*nUcUnEnUd0Un+- IdR-UnKs闭环系统的稳态构造框图图2-19 转速负反响闭环直流调速系统稳态构造图a闭环调速系统 比例放大器的传送函数 电力电子变换器的传送函数 测速反响的传送函数1)(sTKsWsss(2-33) pncaKsUsUsW)()()(2-42 )(

8、)()(snsUsWnfn(2-43) 2转速反响控制直流调速系统的动态数学模型图2-20 他励直流电动机在额定励磁下的等效电路 假定主电路电流延续， 动态电压方程： (2-34) 忽略粘性摩擦及弹性转矩， 电动机轴上的动力学方程： (2-35)EdtdILRIUddd0dtdnGDTTLe3752 额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为 (2-36) (2-37) 包括电动机空载转矩在内的负载转矩，Nm 电力拖动安装折算到电动机轴上的飞轮惯量，(Nm2) 电动机额定励磁下的转矩系数，(Nm/A) 再定义以下时间常数： 电枢回路电磁时间常数(s) 电力拖动系统机电时间常数(s)nCEedmeI

9、CT LT2GDemCC30RLTlmemCCRGDT3752 直流电动机有两个输入量： 一个是施加在电枢上的理想空载电压Ud0，是控制输入量， 另一个是负载电流IdL，是扰动输入量。 假设不需求在构造图中显现出电流，可将扰动量的综合点移前，再进展等效变换，得图2-22。 额定励磁下的直流电动机是一个二阶线性环节， 时间常数Tm表示机电惯性 时间常数Tl表示电磁惯性。 图2-22 直流电动机动态构造框图的变换 图2-23 转速反响控制直流调速系统的动态构造框图由图可见，将电力电子变换器按一阶惯性环节处置后，带比例放大器的闭环直流调速系统可以看作是一个三阶线性系统。2.3.2 比例控制的直流调速

10、系统1开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系开环机械特性为 (2-46) 式中， 表示开环系统的理想空载转速， 表示开环系统的稳态速降。比例控制闭环系统的静特性为 (2-47) 式中， 表示闭环系统的理想空载转速， 表示闭环系统的稳态速降。opopedenspeddnnCRICUKKCRIUn0*0clcledenspnnKCRIKCUKKn0*)1 ()1 (opn0opn0clncln1闭环系统静特性可以比开环系统 机械特性硬得多 在同样的负载扰动下， 开环系统的转速降落 闭环系统的转速降落 它们的关系是 (2-48)edopCRIn)1 (KCRInedclKnnopcl12闭环

11、系统的静差率要比开环系统 小得多 闭环系统的静差率为 开环系统的静差率为 当 时， 2-49clclclnns0opopopnns0clopnn00Kssopcl13假设所要求的静差率一定，那么 闭环系统可以大大提高伐速范围 假设电动机的最高转速都是nN，最低速静差率都是s，可得 开环时， 闭环时， 得到 2-50)1 (snsnDopNop)1 (snsnDclNclopclDKD)1 ( 结论结论2： 把以上三点概括起来，可得下述结论： 比值控制的直流闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，可以提高伐速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以

12、及转速检测与反响安装。 图2-24 闭环系统静特性和开环系统机械特性的关系闭环系统静特性和开环机械特性2反响控制规律1比例控制的反响控制系统是被调量有静差的比例控制的反响控制系统是被调量有静差的控制系统控制系统 比例控制反响控制系统的开环放大系数值越大，比例控制反响控制系统的开环放大系数值越大，系统的稳态性能越好。系统的稳态性能越好。但只需比例放大系数但只需比例放大系数Kp常数，开环放大系数常数，开环放大系数K，反响控制就只能减小稳态误差，而不能消，反响控制就只能减小稳态误差，而不能消除它，除它，这样的控制系统叫做有静差控制系统。这样的控制系统叫做有静差控制系统。比例控制的闭环直流调速系统是一

13、种根本的反响控制系统，它具有以下三个根本特征，也就是反响控制的根本规律，2反响控制系统的作用是：抵抗扰动反响控制系统的作用是：抵抗扰动, 服从给定服从给定反响控制系统具有良好的抗扰性能，它能有效地抑反响控制系统具有良好的抗扰性能，它能有效地抑制一切被负反响环所包围的前向通道上的扰动作制一切被负反响环所包围的前向通道上的扰动作用，用，对于给定作用的变化唯命是从。对于给定作用的变化唯命是从。扰动扰动除给定信号外，作用在控制系统各环节上除给定信号外，作用在控制系统各环节上的一切会引起输出量变化的要素都叫做的一切会引起输出量变化的要素都叫做“扰动作扰动作用。用。调速系统的扰动源 负载变化的扰动使Id变

14、化； 交流电源电压动摇的扰动使Ks变化； 电动机励磁的变化的扰动呵斥Ce 变化 ； 放大器输出电压漂移的扰动使Kp变化； 温升引起主电路电阻增大的扰动使R变化； 检测误差的扰动使变化 。 在图2-25中，各种扰动作用都在稳态构造框图上表示出来了，一切这些要素最终都要影响到转速。图2-25 闭环调速系统的给定作用和扰动作用n 结论3： 反响控制系统的规律是：一方面可以有效地抑制一切被包在负反响环内前向通道上的扰动作用；另一方面，那么紧紧地跟随着给定作用，对给定信号的任何变化都是唯命是从的。3系统的精度依赖于给定和反响检测的精系统的精度依赖于给定和反响检测的精度度反响控制系统无法鉴别是对给定电压的

15、正常调反响控制系统无法鉴别是对给定电压的正常调理还是不应有的给定电压的电源动摇。理还是不应有的给定电压的电源动摇。反响检测安装的误差也是反响控制系统无法抑反响检测安装的误差也是反响控制系统无法抑制的。制的。现代调速系统的开展趋势是用数字给定和数字现代调速系统的开展趋势是用数字给定和数字测速来提高伐速系统的精度。测速来提高伐速系统的精度。 2.3.3 比例积分控制的无静差 直流调速系统 比例与积分控制的比较 比例调理器的输出只取决于输入偏向量的现状；而积分调理器的输出那么包含了输入偏向量的全部历史。 比例积分控制规律 比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又抑制了各自的缺陷，扬长避

16、短，相互补充。比例部分能迅速呼应控制造用，积分部分那么最终消除稳态偏向。n在比例控制直流V-M调速系统中，稳态性能和动态稳定性的要求经常是相互矛盾的。 在t=0时就有Uex(t)=KpUin，实现了快速控制； 随后Uex(t)按积分规律增长， 在t=t1时，Uin=0， 图2-29 PI调理器的输入输出特性ininpexUtUKtU)(in1exUtU 在闭环调速系统中，采用PI调理器输出部分Uc由两部分组成， 比例部分和Un成正比， 积分部分表示了从t=0到此时辰对Un(t)的积分值， Uc是这两部分之和。图2-30 闭环系统中PI调理器的输入和输出动态过程2.5 转速反响控制直流调速系统的

17、 限流维护2.5.1 转速反响控制直流调速系统的过流问题转速反响控制直流调速系统的过流问题在转速反响控制直流调速系统上突加给定电压时，在转速反响控制直流调速系统上突加给定电压时，电枢电压立刻到达它的最高值，对电动机来说，电枢电压立刻到达它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，会呵斥电动机过流。相当于全压起动，会呵斥电动机过流。当直流电动机被堵转时，电流将远远超越允许值。当直流电动机被堵转时，电流将远远超越允许值。假设只依托过流继电器或熔断器来维护，过载假设只依托过流继电器或熔断器来维护，过载时就跳闸。时就跳闸。处理方法处理方法 系统中必需有自动限制电枢电流的环节。 引入电流负反响，可以使它不

18、超越允许值。但这种作用只应在起动和堵转时存在，在正常的稳速运转时又得取消。 当电流大到一定程度时才出现的电流负反响，叫做电流截止负反响。图2-40 带电流截止负反响的闭环直流调速系统稳态构造框图2带电流截止负反响比例控制闭环直流调速系统的稳态构造框图和静特性系统稳态构造图2-41带电流截止负反响比例控制闭环直流调速系统的静特性 CA段 : 2-32 电流负反响被截止 AB段 : 2-94 电流负反响起作用 3带电流截止的无静差直流调速系统图2-42 无静差直流调速系统图2-43 无静差直流调速系统稳态构造框图IdIdcr 转速反响系数(2-99) 式中 nmax电动机调压时的最高转速； U*n

19、max相应的最高给定电压。max*maxnUn图2-44 带电流截止的无静差直流调速系统的静特性带电流截止的无静差直流调速系统的静特性第第3章章 转速、电流反响控制转速、电流反响控制的直流调速系统的直流调速系统 电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统 运动控制系统运动控制系统3.1.1 转速、电流反响控制直流调速系统的组成实现方法实现方法在系统中设置两个调理器，分别引入转速负在系统中设置两个调理器，分别引入转速负反响和电流负反响以调理转速和电流，反响和电流负反响以调理转速和电流，把转速调理器的输出当作电流调理器的输入，把转速调理器的输出当作电流调理器的输入，再用电流调理器的输出去控制电力电子

20、变再用电流调理器的输出去控制电力电子变换器换器UPE。从闭环构造上看，电流环在里面，称作内环；从闭环构造上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。构成了转速、转速环在外边，称作外环。构成了转速、电流反响控制直流调速系统简称双闭环电流反响控制直流调速系统简称双闭环系统。系统。3.1.2 稳态构造图与参数计算图3-2 转速、电流反响控制直流调速系统原理图ASR转速调理器 ACR电流调理器 TG测速发电机 1. 稳态构造图和静特性 转速调理器ASR的输出限幅电压U*im决议了电流给定的最大值，电流调理器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm 当调理器饱和时，输

21、出到达限幅值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调理器退出饱和； 当调理器不饱和时，PI调理器任务在线性调理形状，其作用是使输入偏向电压在稳态时为零。 对于静特性来说，只需转速调理器饱和与不饱和两种情况，电流调理器不进入饱和形状 。图3-3 双闭环直流调速系统的稳态构造图转速反响系数 电流反响系数n 稳态构造图n 限幅作用 存在两种情况：饱和输出到达限幅值 当调理器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调理器退出饱和；换句话说，饱和的调理器暂时隔断了输入和输出间的联络，相当于使该调理环开环。不饱和输出未到达限幅值 当调理器不饱和时，PI 作用使输入偏

22、向电压在稳态时总是零。n 系统静特性di*i0n*nIUUnnUU0*nnUn1转速调理器不饱和图2-5 双闭环直流调速系统的静特性 n0IdIdmIdNOnABC2转速调理器饱和dm*imdIUI那么得静特性的CA段那么得静特性的AB段2. 各变量的稳态任务点和稳态参数计算各变量的稳态任务点和稳态参数计算 双闭环调速系统在稳态任务中，当两个调理器都不饱和时，各变量之间有以下关系 0n*nnnUUdLdi*iIIUUsdL*nesdesd0c/KRIUCKRInCKUU(3-3) (3-5) (3-4) 上述关系阐明，在稳态任务点上， 转速 n 是由给定电压U*n决议的； ASR的输出量:U*

23、i是由负载电流 IdL 决议的； ACR的输出量:控制电压 Uc 的大小那么同时取决于 n 和 Id，或者说，同时取决于U*n 和 IdL。n PI调理器不同于P调理器的特点。 P调理器的输出量总是正比于其输入量， PI调理器输出量的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需求决议的。后面需求PI调理器提供多么大的输出值，它就能提供多少，直到饱和为止。n 反响系数计算 鉴于这一特点，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类似，即根据各调理器的给定与反响值计算有关的反响系数： 转速反响系数 电流反响系数 max*nmnUdm*imIU(3-6) (3-7)

24、 3.2 转速、电流反响控制直流调速系统的数学模型与动态过程分析3.2.1 转速、电流反响控制直流调速系统的动态数学模型图3-5 双闭环直流调速系统的动态构造图1. 系统动态构造2.调理器的数学模型 图中WASR(s)和WACR(s)分别表示转速调理器和电流调理器的传送函数。假设采用PI调理器，那么有 ssKsWnnnASR1)(ssKsWiiiACR1)(3.2.2转速、电流反响控制直流调速系统的动态过程分析 对调速系统而言，被控制的对象是转速。 跟随性能可以用阶跃给定下的动态呼应描画。 能否实现所期望的恒加速过程，最终以时间最优的方式到达所要求的性能目的，是设置双闭环控制的一个重要的追求目

25、的。图3-6双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形n OOttIdm IdL Id n* IIIIIIt4 t3 t2 t1 1. 起动过程分析起动过程分析2分析结果 双闭环直流调速系统的起动过程有三个特点： 1 饱和非线性控制； 2 转速超调； 3 准时间最优控制。 1 起动过程由于在起动过程中转速调理器ASR阅历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的I电流上升、II 恒流升速 、III 转速调整三个阶段。2动态抗扰性能分析 双闭环系统与单闭环系统的差别在于多了一个电流反响环和电流调理器。 调速系统，最主要的抗扰性能是指抗负载扰动和抗电网电压扰动性能， 闭环系统的抗

26、扰才干与其作用点的位置有关。 1抗负载扰动 负载扰动作用在电流环之后，只能靠转速调理器ASR来产生抗负载扰动的作用。 在设计ASR时，要求有较好的抗扰性能目的。 图3-7 直流调速系统的动态抗扰作用负载扰动2抗电网电压扰动 电压动摇可以经过电流反响得到比较及时的调理，使抗扰性能得到改善。 在双闭环系统中，由电网电压动摇引起的转速变化会比单闭环系统小得多。 图3-7 直流调速系统的动态抗扰作用电网电压扰动n 转速调理器的作用转速调理器是调速系统的主导调理器，它使转速很快地跟随给定电压变化, 假设采用PI调理器，那么可实现无静差。对负载变化起抗扰作用。其输出限幅值决议电动机允许的最大电流。n 电流

27、调理器的作用在转速外环的调理过程中，使电流紧紧跟随其给定电压即外环调理器的输出量变化。对电网电压的动摇起及时抗扰的作用。在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流。当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动维护作用。一旦缺点消逝，系统立刻自动恢复正常。3.3 转速、电流反响控制直流调速系统的设计3.3.1 控制系统的动态性能目的在控制系统中设置调理器是为了改善系统的静、动态性能。控制系统的动态性能目的包括：对给定输入信号的跟随性能目的对扰动输入信号的抗扰性能目的1、跟随性能目的 在给定信号或参考输入信号的作用下，系统输出量的变化情况可用跟随性能目的来描画。 通常以输出量的初始

28、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呼应称作阶跃呼应。 常用的阶跃呼应跟随性能目的有上升时间、超调量和调理时间。 图3-8 典型的阶跃呼应过程和跟随性能目的%100maxCCC上升时间 峰值时间 调理时间 超调量 1、跟随性能目的跟随性能目的：跟随性能目的： tr 上升时间：反映动态呼应的快速性上升时间：反映动态呼应的快速性 超调量：超调量： 反映系统的相对稳定性反映系统的相对稳定性ts 调理时间：反映系统的快速性和稳定性调理时间：反映系统的快速性和稳定性%100maxCCC2抗扰性能目的 当调速系统在稳定运转中，突加一个使输出量降低或上升的扰动量F

29、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。 常用的抗扰性能目的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目的动态降落 恢复时间 抗扰性能目的标志着控制系统抵抗扰动的才干。抗扰性能目的： Cmax 动态降落 tv 恢复时间 普通来说，调速系统的动态目的以抗扰性能为主，而随动系统的动态目的那么以跟随性能为主。3.3.2 调理器的工程设计方法 作为典型的I型系统，其开环传送函数选择为 3-10 式中， T系统的惯性时间常数； K系统的开环增益。 对数幅频特性的中频段以-20dB/dec的斜率穿越零分贝线，只需参数的选择能保证足够的中频带宽度，系统就一定是稳定

30、的。 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，独一可变的只需开环增益K 。设计时，需求按照性能目的选择参数K的大小。) 1()(TssKsW1典型型系统图3-10 典型型系统(a)闭环系统构造图(b)开环对数频率特性1动态跟随性能目的 详细选择参数时，应根据系统工艺要求选择参数以满足性能目的。参数关系KT0.250.39 0.50.69 1.0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c 1.0 0 % 76.30.243/T 0.8 1.5% 6.6T8.3T69.90.367/T 0.707 4.3 % 4.7T6.2T 65.50

31、.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表表3-1 典型典型I型系统跟随性能目的和频域目的与参数的关系型系统跟随性能目的和频域目的与参数的关系 分析结果： 由表3-1中的数据可以看出，当系统的时间常数T为知时，随着K的增大，系统的快属性加强，而稳定性变差。 详细选择参数时，应根据系统工艺要求选择参数以满足性能目的。2动态抗扰性能目的 影响到参数K的选择的第二个要素是它和抗扰性能目的之间的关系， 典型型系统曾经规定了系统的构造，分析它的抗扰性能目的的关键要素是扰动作用点， 某种定量的抗扰性能目的只

32、适用于一种特定的扰动作用点。221TTTTm51101201301%100maxbCC27.8%12.6%9.3%6.5%tm / T2.83.43.84.0tv / T14.721.728.730.4表3-2 典型I型系统动态抗扰性能目的与参数的关系控制构造和扰动作用点如图3-12所示5 . 0KT2bCFK 分析结果： 由表3-2中的数据可以看出，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。2.典型型系统 典型型系统的开环传送函数表示为3-22 典型II型系统的时间常数T也是控制对象固有的，而待定的参数有两个： K 和 。 定义中频宽：(3-23) 中频宽表示了

33、斜率为-20dB/sec的中频的宽度对数坐标，是一个与性能目的严密相关的参数。) 1() 1()(2TsssKsW12Th图3-13 典型型系统(a)闭环系统构造图 (b)开环对数频率特性 工程设计方法中典型型系统参数计算 采用“振荡目的法中的闭环幅频特性峰值Mr最小准那么，可以找到h和c 的最正确配合，可以得出以下公式： 22121ThhKc 只需按照动态性能目的的要求确定了h值，就可以代入这两个公式计算K 和 ，并由此计算调理器的参数。 hT3-29 3-30 表3-4 典型II型系统阶跃输入跟随性能目的按Mrmin准那么确定关系时 h 3 4 56 7 8 9 10 tr / Tts /

34、 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以h=5的动态跟随性能比较适中。 表3-5 典型II型系统动态抗扰性能目的与参数的关系 控制构造和阶跃扰动作用点如图3-15，参数关系符合最小Mr准那么 h 3 4 56 7 8 9 10 Cmax/Cbtm / T tv / T 72.2% 2.4513.60 77.5% 2.70 10.4581.2% 2

35、.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 25.85 两种系统比较 比较分析的结果可以看出，典型I型系统和典型型系统除了在稳态误差上的区别以外，在动态性能中， 典型 I 型系统在跟随性能上可以做到超调小，但抗扰性能稍差， 典型型系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好。 这是设计时选择典型系统的重要根据。3.控制对象的工程近似处置方法1高频段小惯性环节的近似处置 ) 1)(1)(1() 1()(321sTsTsTssKsW小惯性环节可以合并1)(1) 1)(1(1323

36、2sTTsTsT例如：(3-37) 近似条件32c31TT(3-38) 2高阶系统的降阶近似处置 其中 a，b，c都是正系数，且bc a，即系统是稳定的。1)(23csbsasKsW(3-41) 降阶处置： 近似条件 1)(csKsW(3-42) ),1min(31cacb(3-43) 3低频段大惯性环节的近似处置 11TsTs1 近似条件 T3c(3-44) ) 1() 1()(221bsTsTsKsW) 1)(1() 1()(21asTsTssKsW例如：3.3.3按工程设计方法设计转速、电流反响控制直流调速系统的调理器 本节将运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理

37、器。主要内容为系统设计对象系统设计原那么系统设计步骤-IdLUd0Un+-+-UiACR1/RTl s+1RTmsU*iUcKs Tss+1Id1Ce+E T0is+11 T0is+1ASR1 T0ns+1 T0ns+1U*nn电流内环图3-18 双闭环调速系统的动态构造图 转速、电流双闭环调速系统。n 系统设计对象Toi电流反响滤波时间常数； Ton转速反响滤波时间常数n 系统设计原那么 系统设计的普通原那么： “先内环后外环 从内环开场，逐渐向外扩展。在这里，首先设计电流调理器，然后把整个电流环看作是转速调理系统中的一个环节，再设计转速调理器。设计分为以下几个步骤：1) 电流环构造图的简化

38、2) 电流调理器构造的选择3) 电流调理器的参数计算4) 电流调理器的实现5) 校验近似条件1. 电流调理器的设计电流调理器的设计ssKsWiiiACR) 1()(3-48 lTi3- 简化内容： 忽略反电动势的动态影响 等效成单位负反响系统 小惯性环节近似处置RKKKisiI3- 当i 5%，那么 KI Ti =0.5n 电流环设计校验近似条件 1电力电子变换器纯滞后的近似处置 2忽略反电势变化对电流环的动态影响 3电流环小惯性群的近似处置lmciTT13sciT31oisciTT131设计分为以下几个步骤：1转速环构造图的简化2.转速调理器构造的选择3.转速调理器参数的选择4.转速调理器的

39、实现5.校验近似条件2. 转速调理器的设计转速调理器的设计111)(IclisKsW(3-59) 简化内容： 电流环等效闭环传送函数 等效成单位负反响系统 小惯性环节近似处置ssKsWnnnASR) 1()(3-61 nnhT3-64 2n2N21ThhK3-65 普通可选择 h =5mennNTCRKK3-62 n 转速环设计校验近似条件 1电流环闭环后近似为一个惯性环节的条件 2转速环二个小惯性环节合并的条件 iIcnTK31onIcnTK31 转速环与电流环的关系： 外环的呼应比内环慢，这是按上述工程设计方法设计多环控制系统的特点。这样做，虽然不利于快速性，但每个控制环本身都是稳定的，对

40、系统的组成和调试任务非常有利。 电流环的物理意义： 电流的闭环控制改造了控制对象，加快了电流的跟随作用，这是部分闭环内环控制的一个重要功能。 3转速调理器退饱和时转速超调量的计算 当转速超越给定值之后，转速调理器ASR由饱和限幅形状进入线性调理形状，此时的转速环由开环进入闭环控制，迫使电流由最大值Idm降到负载电流Idl 。 ASR开场退饱和时，由于电动机电流Id仍大于负载电流Idl ，电动机继续加速，直到Id Idl时，转速才降低。 这不是按线性系统规律的超调，而是阅历了饱和非线性区域之后的超调，称作“退饱和超调。图3-24 ASR饱和时转速环按典型II型系统设计的 调速系统起动过程 退饱和超调量可以由表3-5列出的数据经基准值换算后求得，即 mnNbbbnTTnnzCCnnCC*max*max)%)(2%)(% 电动机允许的过载倍数， z负载系数， (3-72)dNdmIIdNdLzII第第4章章 可逆控制和弱磁控制可逆控制和弱磁控制的直流调速系统的直流调速系统电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统 运动控制系统运动控制系统4.1.4 单片微机控制的单片微机控制的PWM可逆直流调速系统可逆直流调速系统图4-6 微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件构造图转速给定：-n*max 0 +n*max占空比：= 0 1 平