电气传动自动控制系统课程设计(一)2013

1、电气传动自动控制系统课 程 设 计（一）双闭环直流不可逆调速系统设计双闭环直流不可逆调速系统设计ASRACR MU*n U*i Uct Ui+Ud_L+_UnTG速度环电流环设计核心设计核心双闭环调速系统系统设计理论双闭环调速系统系统设计理论设计思路： 给定系统静、动态性能指标 实验获取系统固有设备原始参数 系统数学建模 系统模型处理（典型化） 设计调节器结构和参数 构建和调试系统双闭环调速系统设计理论双闭环调速系统设计理论调速控制系统的一般动态性能指标：调速控制系统的一般动态性能指标：跟随性能跟随性能超调量超调量 （%） 反映系统的动态调节稳定性能反映系统的动态调节稳定性能上升时间上升时间

2、tr 反映系统的动态调节快速性能反映系统的动态调节快速性能调节时间调节时间 ts 反映系统的动态调节过渡周期反映系统的动态调节过渡周期抗扰性能抗扰性能动态降落比动态降落比 Cmax% 反映系统扰动引起的最大动态误差反映系统扰动引起的最大动态误差恢复时间恢复时间 tr 反映系统的动态抗扰调节快速性能反映系统的动态抗扰调节快速性能上述指标对应的给定和扰动均为上述指标对应的给定和扰动均为阶跃信号阶跃信号设计理论之设计理论之 - 典型结构系统的参数与性能的关系典型结构系统的参数与性能的关系典型典型型系统型系统)1()1()(2 TsssKsW ；开环传递函数；开环传递函数典型典型型系统型系统；开环传递

3、函数；开环传递函数)1()( TssKsW结构简单，易于稳定利用比例微分环节，补偿 s2 引起的相位滞后，保证稳定性典型典型型系统的稳态及动态性能与参数型系统的稳态及动态性能与参数 二阶系统闭环传递函数：二阶系统闭环传递函数：典型典型型系统特性参数：型系统特性参数：设计理论之设计理论之 - 典型结构系统的参数与性能的关系典型结构系统的参数与性能的关系2222)(nnnctsssW TKn KT121 ；固有角频率；固有角频率；阻尼比；阻尼比典型典型型系统的参数型系统的参数KT与跟随性能与跟随性能稳态跟随性能：稳态跟随性能： 动态跟随性能：动态跟随性能：典型典型型系统的抗扰性能：型系统的抗扰性能

4、： u假定系统经串联校正后开环传函为假定系统经串联校正后开环传函为 W(s)u系统前向通道被扰动输入点分为系统前向通道被扰动输入点分为W1(s)、W2(s)两部分两部分u其中其中W1(s)内含内含 PI 调节器调节器较快欠阻尼状态稳定而响应 15 . 0) 1Ts( sK) s (W典型典型型系统的稳态及动态性能与参数型系统的稳态及动态性能与参数 典型典型型系统特征参数：型系统特征参数：设计理论之设计理论之 - 典型结构系统的参数与性能的关系典型结构系统的参数与性能的关系)1()1()(2 TsssKsW Th ；中频宽；中频宽设计理论设计理论 - 非典型型系统的典型化之一非典型型系统的典型化

5、之一选择调节器结构的一般原则：选择调节器结构的一般原则：根据系统调节性能要求，选择典型根据系统调节性能要求，选择典型、 型系统目标模型型系统目标模型调节器串联进原始对象模型的前向通道后，通过传递函数的调节器串联进原始对象模型的前向通道后，通过传递函数的乘积或对消运算应能将系统改造为乘积或对消运算应能将系统改造为 期望期望 的典型的典型或或 型系型系统结构统结构设计理论设计理论 - 非典型型系统的典型化之二非典型型系统的典型化之二当系统的原始模型具有高阶较复杂形式时的一般处理：当系统的原始模型具有高阶较复杂形式时的一般处理：小惯性环节的近似处理小惯性环节的近似处理高阶系统的降阶近似处理高阶系统的

6、降阶近似处理大惯性环节的近似处理大惯性环节的近似处理特别提示特别提示：每一种近似处理都存在工程约束条件，使每一种近似处理都存在工程约束条件，使用时须校验是否满足约束条件用时须校验是否满足约束条件电流环模型U*n(s) + U*i + Uct Ud0 Id E n(s)设计理论设计理论 - 双环调速系统动态结构示意图双环调速系统动态结构示意图 11 sTon1 sTKss1/1 sTRlsTRmeC11 sToi 1 sTon ACRASRE(s) IdL(s) 被控电动机模型设计思路设计思路由内向外由内向外11 sToi E0，断开电机电动势反，断开电机电动势反 T i=Ts+Toi，小时间常

7、数近似处理，小时间常数近似处理 将电流环校正为典型将电流环校正为典型型系统，保证电流调节型系统，保证电流调节有较强跟随性；有较强跟随性； 由性能指标及所选结构确定开环增益由性能指标及所选结构确定开环增益KI和比和比例放大系数例放大系数 Ki ；Ki = Ri/R0 i = RiCi ；设计理论设计理论 - 双环调速系统电流调节器（双环调速系统电流调节器（ACR ）的设计）的设计 TL Tm Ts，Toi TLTL/ Tm 10计算计算PI调节参数调节参数)1)(1(/ sTsTRKiLs U*i(s)/ Id(s) ) 1sT)(1sT(R/KiLsACR电流调节器的实现 UctUin Ro

8、/2 Ro /2 +U*in Ro /2 Ro /2 Ri CiRba1ACoiCoi设计理论设计理论 - 双环调速系统速度调节器（双环调速系统速度调节器（ASR ）的设计）的设计 电流环等效处理电流环等效处理 ； T n = 2T i +Ton ，小时间常数近似处理，小时间常数近似处理 ； 将速度环校正为典型将速度环校正为典型型系统，保证速度调节有较强抗扰性；型系统，保证速度调节有较强抗扰性； 由性能指标及所选结构确定开环增益由性能指标及所选结构确定开环增益 KN 和比例放大系数和比例放大系数 Kn ； Kn = Rn/R0 n = RnCn ；121)( sTsWicli cn 1/5 T i U*n(s)/ Id (s) n(s) ASR )1(/ sTn sTCRme IdL(s)双闭环调速系统设计目标双闭环调速系统设计目标性能指标：性能指标：静态：静态： s% 5% D = 3动态：动态： i% 5% n% 10% 已知条件：已知条件：最大速度给定最大速度给定 U*nm = 5v最大电流给定最大电流给定 U*im = 5v最大电枢电流最大电枢电流 Idm