转速反馈控制-13

1、3.3.3根据工程设计方法，从速度、电流反馈控制直流调速系统的调节器、自动化大学、2、首先从电流回路(内环)开始，进行必要的转换和处理；然后，根据电流回路的控制要求，确定要校准的典型系统(或类型系统)。然后根据控制对象确定电流调节器类型(p或pi)。最后，根据动态性能指标要求确定电流调节器的参数(k，)。也就是达到调节器设计的最终目标。作为工程设计方法，设计速度、电流反馈控制直流调速系统的原则是内环后外环。具体程序如下：完成电流环设计后，将电流环作为速度环(外环)的一部分均匀地设计，并采用相同的方法设计速度环。3，双闭环调速系统的实际动态图如图3-18所示，添加了包括电流过滤、速度过滤和两个给

2、定信号的过滤链路的过滤链路。需要设置过滤器：由于反馈信号检测包含谐波和其他扰动杨怡，因此需要低通滤波器来抑制对各种扰动杨怡系统的影响。过滤链接的传递函数根据需要将过滤时间常数表示为选定的主惯性链接。在抑制扰动量的同时，滤波环也延迟反馈信号的作用。为了抵消这种延迟，在给定的信号通道上添加一个称为给定滤波器链路的相同时间常数的惯性环。这意味着给定的信号和反馈信号经过相同的延迟时间，随着时间的推移适当地配合，带来设计上的便利。4，Toi电流反馈滤波时间常数；音调速度反馈滤波器时间常数，图3-18双闭环速度调节系统的动态原理图，* 1低通滤波器，传递函数是惯性链路，在反馈中过滤高频谐波干扰，*，*，5

3、，1电流调节器的设计，逆电动势是电流环的扰动输入，与速度成正比。一般来说，系统的电磁时间常数Tl比机电时间常数Tm小得多，因此转速的变化往往比电流的变化慢得多。在电流环中，逆电动势是变化缓慢的扰动，可以认为在电流的瞬态过程中，逆电动势基本上是不变的E 0。因此，按动态性能设计电流环时，可以不考虑反电动势变化的动态影响。即消除反电动势的作用，获得忽略电动势影响的电流回路近似结构图(图3-19 a)。忽略反电动势对电流环影响的近似条件为：式：ci电流环开环频率特性的截止频率。6，图3-19电流回路的动态结构图及其简化，忽略逆电动势的动态影响，7，将给定滤波器和反馈滤波器同时移动到环的前通道，并将给

4、定信号转换为电流U*i(s)/，电流环等价于声音反馈系统。ACR的输入保持不变。图3-19电流环的动态结构图和简化(b)等效负反馈系统，8，Ti=Ts Toi，电流环结构通常比Tl小得多，因此图3-19(c)，简化的近似条件(3-38)设计小惯性链路近似，9，电流调节器时，考虑必须首先补偿电流环的系统类型。在稳态要求中考虑：电流不需要静态电流来获得理想的阻塞特性，采用的系统可以满足要求。从动态要求考虑：实际系统不允许电枢电流在突然的控制效果下过大的溢出，这可以防止电流超过动态中允许的值，对电网中电压波动的及时扰动作用只是次要因素。因此，电流回路必须以一般系统后续性能为主。如图3-19(c)所示

5、，如10所示，电流回路的控制对象是具有两个时间常数大小较大的双惯性的控制对象。选择电流调节器：传输函数为：Ki电流调节器的比例系数PI型电流调节器；I电流调节器的高级时间常数。，待定系数：电流回路开环传递函数：11，电流回路的动态结构图如图3-20a所示，图3-20b显示了校正电流回路的开环对数振幅频率特性。由于Tl Ti，选择PI调节器参数i=Tl，并使用调节器零从控制对象中移除大的时间常数极，以补偿到一般I型系统，因此开环传递函数(其中，12，图3-20补偿到一般I型系统的电流环a)动态结构b)开环日志振幅频率特性，13，(3-20)Id电流负反馈电压；Uc电源电子转换器控制电压。图3-2

6、1，包含给定滤波器和反馈过滤的PI型电流调节器，15，电流调节器的等效模型，典型系统设计的电流回路的闭环传递函数为：16，使用高阶系统的约简处理方法，忽略高阶，Wcli(s)，17，因此，电流的闭环控制改变了控制对象，双惯性连接的电流回路控制对象大致等效于小时间常数1/KI的主惯性环，加速了电流的后续作用，这是局部闭环(内环)控制的重要功能。18，案例3-1，晶闸管电源双闭环直流速度控制系统，使用三相桥式电路的整流器，基本数据：直流电动机：220V，136A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r晶闸管装置放大系数：ks=40电枢电路的总电阻：r=0.5时间常数：Tl=0.03s，T

7、m=0.18s；电流反馈系数：=0.05V/A(10V/1.5IN)。设计要求电流调节器设计，电流超调要求，19，解决方案，(1)表2-2，三相桥式整流器延迟时间常数Ts=0.0017s电流过滤器时间常数Toi=2ms=0.002s确定时间常数。To=谐波周期/(12) Toi电流回路小时间常数之和，近似为小时间常数，Ti=Ts Toi=0.0037s。(2)选择电流调节器结构需要i5%，通过确保稳态电流没有差异，按典型I型系统设计电流调节器。使用PI型电流调节器。20，(3)计算电流调节器参数电流调节器前置时间常数。i=Tl=0.03s。电流回路开环增益：KITi=0.5，因此ACR的比例系

8、数为，21，2，设计速度调节器，电流环为二次振荡环，因此速度环不是设计为一般系统(典型的I，II系统的开环传递函数不包括振荡环)的解决方法：电流环路等效传递函数、给定滤波器链路、23、图3-22速度环路的动态结构图和简化(b) 1单位负反馈系统和小惯性的近似处理，将给定速度滤波器和反馈滤波器部分移动到环中，给定信号移动到u * n(s)/；转换为，将时间常数为1/KI和Ton的两个小惯性链接结合起来，近似于时间常数为Tn的惯性环，24，这意味着ASR也是速度环的控制对象必须使用带有积分环的PI调节器。为了确保转速不变，载荷扰动作用点前必须有积分环，并且必须包含在速度调节器ASR中。Kn速度调节

9、器比例系数；n速度调节器的高级时间常数。因为是待定参数，所以转速开环传递函数必须有两个积分环，这取决于一般的系统设计。这些系统还可以满足动态抗干扰性能的要求。对于阶跃响应超驰的许多问题，由于实际系统中速度调节器的饱和非线性特性，超驰的杨怡大大减少。，25，调速系统的开环传递函数如下：如果使速度环开环增益KN等于，则无论负载扰动IdL如何，速度控制系统均补偿为具有动态结构图的典型系统，如图3-22c所示。26，图3-22在转速回路的动态结构图和简化(c)校正后，一般系统由、和样式(3-29)获得，因此中间带宽h的值由动态性能要求确定。根据表3-4、3-5中的数据，在没有特殊要求的情况下，通常建议

10、选择h=5。根据一般系统参数关系，类型(3-29)，例如，27，速度调节器模拟电路硬件实现，U*n速度给定电压；-n速度负反馈电压；指定给U*i电流调节器的电压。在图3-23中，具有指定过滤器和反馈过滤器的基于PI的速度调节器，28，示例3-2，示例3-1中，除非给定数据，否则已知：速度反馈系数=0.07Vmin/r(10V/nN根据工程设计方法设计速度调节器，并确保满足速度超调的要求。29，解，(1)确定时间常数1)电流回路等效时间常数。示例3-1，KITi=0.5，2)速度过滤器时间常数。根据使用的速度发电机纹波情况，取吨=0.01 s。3)速度环小时间常数。选择速度调节器结构PI调节器，

11、3)计算速度调节器参数h=5 ASR的高级时间常数是速度环路开环增益，ASR的比例系数=0，31，31，(6)检查速度溢出h=5表3-4，n %=33表3-4作为线性系统计算，ASR饱和后，系统变为非线性，表3-4中的n不成立。如果ASR在突然步进计时饱和，ASR饱和，则需要重新计算过冲。32，3.4速度，电流反馈控制直流调速系统的仿真，速度，电流反馈控制采用直流调速系统，设计者选择ASR和ACR两种调节器PI参数的有效方法是使用调节器的工程设计方法。工程设计是在特定的近似条件下获得的，然后使用MATLAB仿真软件进行模拟，从而可以根据仿真结果调整所需的修改和设计参数。33，1电流环模拟，图3

12、-27电流环模拟模型，考虑反电动势变化的动态影响的E，Id，Uc，Ui=10V，滤波链路，反馈滤波链路，34，图3-28 Saturation模块对话框，饱和非线性，将“饱和下限”更改为-10。35，图3-29电流回路的仿真结果，PI参数为根据示例3-1计算的结果设置(P83)，在直流电动机恒流上升速度阶段，电流值小于200A，这是因为电流调节系统被电动机逆电动势干扰。36，图3-30没有过冲的模拟结果，PI调节器的传递函数为，37，图3-31过冲的模拟结果，PI调节器的传递函数为，38，2速度环的系统模拟，图3-32速度环的模拟模型，1/Ce，输入量2，40，图3-34速度环空载高速启动波形，ASR调节器的传递函数如下。双击步长输入模块，以延长启动时间并减少不饱和过载，如图3-35所示，速度环满载快速启动波形图，负载电流为136，满载启动，速度和