运动控制章节二

1、运动控制，自动化系屈伟，知识复习，自动化系统，开环调速系统，机械特性软，闭环调速系统(p)，阻止过度电流，加上电流截止负反馈，系统是静态、速度非静态系统(PI)，起始波形不够理想，问题、自动化教研室，接到命令后，如果机械强度、火炮身管的承载能力和马达超载容量等条件允许，以最快的速度开始，最好是大的，开始想起最短的移动时间马达额定激励下的扭矩系数(nm/a)；电机轴的动态方程：额定激励下的电磁转矩，(Id为电枢电流)；负载扭矩(Nm)，包括马达空载扭矩，GD2:电力牵引系统转换为马达轴的飞轮惯性矩(Nm2)，充分利用马达过载能力：通过确保在整个启动过程中电枢电流Id等于适当的允许值，可以解决最小

2、时间启动问题。仅考虑静态性能，不考虑动态性能，如果系统快速要求高，则不适合。转速、电流共享一个调节器的单闭环系统不能保证两个调节过程同时具有良好的动态质量。速度单闭环调速系统的限制，解决方案：电流，分离调速系统，各使用两个调节器；速度环是外环，速度环的输出是电流环的规格。速度、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法、自动化教务室、速度、电流双闭环控制直流速度控制系统是应用最广泛的性能好的直流速度控制系统。本章重点介绍了各种交流/直流电源拖动自动控制系统的重要基础，控制规则、性能特性和设计方法。速度、电流双闭环直流调速系统和静态特性；双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析；调节器工程设

3、计方法；根据工程设计方法，设计双闭环系统的调节器弱磁控制直流调速系统。速度、电流双闭环系统的配置、ASR速度调节器、ACR电流调节器、电流环路内部环路速度环外部环路、一个控制系统中多个反馈物理量必须配置闭环，如果这些反馈物理量由相同的物理量引起，则延迟时间最短的那个物理量的反馈环建立在最内部，延迟时间最长的那个物理量的反馈环建立在最外部，ASR的输出电压Ui*是ACR的电流给定信号，Uim为最大电流指定值，ASR的限值完全取决于电动机允许的过载容量和系统对最大加速度的要求。ACR的输出电压限制值Ucm表示最小角度的限制，还表示电力电子转换器输出电压的限制。ASR:在启动期间或指定的信号振幅过大

4、时，会产生饱和，在其他期间不应产生饱和。ASR的饱和阻止了外环的内环干扰，使系统在启动过程中出现为用于恒流启动的单个电流回路的特征。ACR:在任何时间饱和、系统结构、调节器ASR不饱和的情况下，ASR、ACR都不饱和，输入偏差电压为零。旋转速度保持不变.双闭环调速系统的稳态结构方框图，静态特性的情况有两种(稳态)，调节器ASR饱和时，ASR输出达到极限值，速度外环为开环状态，电流不变。ASR不饱和(CA段)、ASR饱和(AB段)、负载电流达到Idm时速度调节器的饱和输出Uim*。此时，电流调节器作为主调节，系统在电流中没有静态状态，并受到过电流的自动保护。双闭环调速系统的静态特性在负载电流低于

5、Idm时无静态速度，速度负反馈起主要调节作用。，稳态时：两个调节器都不饱和(由于输入偏差为零，偏差的积分，调节器有一定电压输出，输出没有达到饱和值)，双回路系统稳态参数计算，ASR饱和时的： U*i=U*im，反馈系数：PI调节器的输出量取决于动态过程中输入量的积分正常状态下：p调节器的输出量始终与输入量成正比，如果PI调节器不饱和，则相应输出量的正常状态值是输入的积分，最终需要PI调节器输入为零才能停止积分。ACR的输出：ASR的输出：双环系统PI调节器的特性：双闭环调速系统的已知数据如下：马达：UN=220v，IN=20A，nN=1000r/min，电枢电路总电阻r=1 。Unm*=Uim

6、*=Ucm=10V，电枢电路最大电流Idm=40A，Ks=40，ASR和ACR均使用PI调节器。试一试：(1)电流反馈系数和速度反馈系数。(2)全速发生阻塞时电动机的Ud、Ui*和Uc值。示例，解决方案：(1)电流反馈系数=0.25V/A，速度反馈系数=0.01V.min/r. (2)在全速下电动机阻塞时查看稳态图。转速0、ASR饱和、Ui*=Uim*=10V。e为0，Ud0-IdR=0。此时Idm=40A，r=1，因此ud=40vsks=40，Uc=1V Ui=Idm=10V。在双闭环调速系统中，速度调节器和电流调节器的输出限制值应分别根据什么要求设置？解决方法：(1)速度调节器的输出限值由

7、最大电流Idm和电流反馈系数调整。是，(2)电流调节器的输出限制值必须向下设置，并保证最小控制角度限制。双闭环直流调速系统的动态数学模型、自动化教务室、WASR(s):调速系统的传递函数WACR(s):电流调节器的传递函数、直流电动机、直流电动机的动态结构框图、自动化教务室、IdL 0、主电路(1)偏差信号U采用阶跃信号时间(2)偏差信号U最初是突然的，随着输出UUT的增加而慢慢减小，(3)偏差信号U最初是突然的，在输出UUT急剧增加的情况下采用一个PI调节器调速系统动态结构图：对于速度调节系统，Uin是恒定值。PI调节器是Ucp和Uci的比例部分，即图(a):偏差信号U是相位信号，图(b):

8、偏差信号U最初是突然信号，随着输出Uout的增加而慢慢减小时，控制对象的惯性时间常数大于调节器的积分时间常数。系统的输出Uout缓慢增加U缓慢减少。Uc的比例部分Ucp随U减少而减少，Uc的积分部分Uci因U衰减慢，累积时间长而继续增加，Uc在U减少到0之前达到限制值。图(c):偏差信号U在最初急剧增加后，由于输出UUT的急剧增加而急剧下降时，控制对象的时间常数较大时，U由于UUT的急剧增加而急剧下降，Ucp衰减非常快。Uci仍然增长Uc，但是U下降得太快，U下降到0，Uc无法达到限制值Ucm。此时调节器不饱和，UC=ucidl，电磁扭矩Te大于负载扭矩TL，因此速度不断提高。在T3-t4段内

9、，马达开始在负载扭矩的作用下减速，直到稳定的工作状态，Id IdL为。如果调节器参数调整得不够，可能还会有一些振动过程。在最后的转速调节阶段，ASR和ACR都不饱和，ASR起到主导的速度调节作用，而ACR试图尽快跟随Id指定的值U*i，或者电流内部环路是电流后续子系统。双闭环直流调速系统启动过程特性，饱和非线性控制(1) ASR饱和时，速度回路开环，系统表现为恒电流调节单闭环系统；(2)在ASR不饱和的情况下，速度环作为闭环，整个系统是非定期速度调节系统，电流内环作为电流伺服系统出现。(3)从控制角度来看，电流速度闭环系统是典型可变结构的线性系统，必须以分段线性化的方式进行处理。速度溢出ASR

10、采用了饱和非线性控制，因此启动过程结束到速度调节阶段后，必须溢出速度，以便ASR的输入偏差电压Un变为负值，才能使ASR关闭饱和。这样，使用PI调节器的双闭环调速系统的速度响应只能有超驰。准时间最优控制启动过程的主要阶段是恒流上升速度阶段。步骤2。其特点是在ASR的饱和非线性控制下保持电流恒定。通常，此电流常数值是允许电动机充分发挥其过载能力的最大值，以便尽可能快地启动过程。此阶段属于电流限制条件下的最小时间控制或最佳时间控制。但是启动过程的一、二阶段电流不能变化，与理想的快速启动过程相比，整个启动过程有些差异，但两阶段短时间只是整个启动时间的一小部分，因此双闭环调速系统的启动过程可以说是“准

11、时间最优控制”过程。使用饱和非线性控制方法实现准时间最优控制是各种多回路控制系统中常用的非常实用的控制策略。自动化教研室，注意事项：对于不可逆的电力电子变换器，双闭环控制只能保证良好的启动性能，不会发生反馈制动，制动时电流降到零，只能自由停车。制动要快的时候，只能使用电阻能耗制动或电磁刹车。动态抗干扰性能分析，自动化教研室，负荷扰动，负荷扰动，电网电压波动，电网电压波动，单闭环调速系统中电网电压扰动的工作点离调节量较远，调节作用受多链路延迟的影响，因此单闭环调速系统抗电压扰动的性能较差。在双闭环系统中，由于额外的电流内环，电压波动可以通过电流反馈进行相对及时的调整，因此无需等待影响转速，即可再

12、次获得反馈，抗干扰性能大大提高。在双闭环系统中，电网电压波动引起的速度动态变化比单闭环系统小得多。ASR和ACR的作用、ASR的作用(1)速度调节器是速度调节系统的主导调节器，使速度n能够快速跟上指定的电压变化，在正常状态下减少速度错误，使用PI调节器时无需静态速度调节。(2)对载荷变化的抗力。(3)输出阈值确定电动机允许的最大电流。ACR的作用(1)是内环的调节器，其作用是在调节外环速度的同时使电流密切跟随给定电压(即外环调节器的输出量)。(2)对电网电压波动起到及时的抗干扰作用。(3)在转速动态过程中，确保电机允许的最大电流，加快动态过程。(4)电动机过载或甚至切断时，限制电枢电流的最大值

13、，起到快速自动保护的作用。一旦故障消失，系统将立即自动恢复正常。自动化教研室、是的、速度、电流双闭环调速系统中的调节器ASR、ACR都使用PI调节器。当ASR输出达到Uim*=8V时，主电路电流达到最大电流80A。负载电路从40A增加到70A时(1)，Ui*如何变更？(2)Uc应如何更改？(3)Uc值由哪些条件决定？用自动化教研室、调节器的工程设计方法、自动化教务室、o、经典动态校正方法设计调节器，需要同时解决稳定性、准、速度、抗干扰等各个方面相反的静态、动态性能要求，设计者有坚实的理论基础和丰富的实践经验，初学者不易掌握，需要构建实用的设计方法。、电动机、晶闸管触发器和整流器：根据负荷的工艺

14、要求，选择和设计速度和电流反馈系统：通过稳态参数计算，速度和电流调节器的结构和参数：工程设计方法，自动化研究和研究部门，直流调速系统动态参数的工程设计，深入研究一些简单的典型低级系统，确定适合给定性能指标的控制规则；确定系统预期的开环传递函数和开环频率特性的形式。选择调节器结构以计算调节器参数。这使得系统的工程过程简单、明确、精度高。设计方法的原则：(1)清晰易懂的概念；(2)计算公式简洁，容易记忆。(3)指示调整参数的方向以及参数计算的公式。(4)可以考虑饱和非线性控制，并给出了简单的计算公式。(5)适用于可简化为典型系统的多种反馈控制系统。最新的速度控制系统除了马达外，还由惯性极小的电力电

15、子装置、集成运算放大器或数字控制系统组成，实现了PID控制的精确实现，将各种控制系统简化和近似为一般低阶系统，将典型系统的开环对数振幅特性作为预期特性。了解这些典型系统参数和动态性能之间的关系，制作简单的公式和图表，并利用这些图表和公式极大地简化设计过程。典型系统、自动化教研室、Sr:表示系统在原点具有r极点。也就是说，系统中有r积分环。开环传递函数，r=1，t-系统的惯性时间常数；K-系统的开环增益。日志幅度-频率特性的中间带以水平-20 dB/dec的斜率通过0dB线，只要参数选择确保足够的中频带宽度，系统就具有稳定和足够的稳定性裕量。也就是说，选择参数满足，一般系统，自动化教务室，r=2

16、，t-系统的惯性时间常数。K-系统的开环增益。典型的II类型系统以-20dB/dec的坡度横跨0分贝线。在分母中，S2项的相位频率特性为180，后面还有一个惯性环，在分子中添加比例微分链接(s 1)，目的是提高相位频率特性180线以上，以确保系统稳定性。也就是说，选择参数必须大于t，系统的稳定性毛利必须大于t。控制系统的动态性能指标、自动化教研室和工程设计的一般步骤如下：(1)根据控制和所需的性能指标确定预期的典型系统(代码I或代码ii系统)。(2)根据典型系统，首先选择调节器的结构，然后确定调节器的工程最佳参数；(3)计算系统回路参数。性能指标、自动化教研室、图2-11一般阶跃响应曲线和性能

17、指标跟随可以根据指定信号或参考输入信号的作用，跟随系统输出量的变化。典型的阶跃响应跟随性能指标包括tr-上升时间-超出ts-调整时间、上升时间tr系统输出C(t)从0上升到正常状态值C所需的时间称为上升时间，表示动态响应的快速性。溢出输出超过正常状态值的最大偏差与正常状态值的比率。以百分比表示，称为overstort。超调反映了系统的相对稳定性。过冲越小，系统的相对稳定性越高，动态响应越稳定。调整时间ts表示系统对步长响应的输出C(t)和正常状态值C之间的差值不超过容差范围的5%或2%所需的最小时间。调整时间会减慢系统的整个动态过程。抗干扰性能指标、自动化教务室、抗干扰性能指标控制系统的抗干扰能力。一般来说，Cmax-动态着陆TV-恢复时间，动态着陆 Cmax系统稳定运行时由步进扰动引起的