直流调速系统 课件(教师版)2-4.ppt

2.4 按工程设计方法设计双闭环系统的调节器;图2-22 双闭环调速系统的动态结构框图 ; 双闭环调速系统的实际动态结构图绘于 图2-22，它与前述的图2-6不同之处在于增加 了滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两 个给定信号的滤波环节。其中 Toi — 电流反馈滤波时间常数 Ton — 转速反馈滤波时间常数 ;2. 系统设计原则;设计分为以下几个步骤： 1.电流环结构图的简化 2.电流调节器结构的选择 3.电流调节器的参数计算 4.电流调节器的实现;1. 电流环结构图的简化;1）忽略反电动势的动态影响;★忽略反电动势 的条件： 包含反电动势的部分如右图所示，为方便起见，认为 。;这时，电流环如下图所示。 ; 如果把给定滤波和反馈滤波两个环节 都等效地移到环内，同时把给定信号改成 U*i(s) /? ，则电流环便等效成单位负反馈系 统（图2-23b）。 ; 最后，由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多， 可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性 环节，其时间常数为 T∑i = Ts + Toi ;电流环结构图最终简化成图2-23c。 ;2.电流调节器结构的选择; 图2-23c表明，电流环的控制对象是双 惯性型的，要校正成典型 I 型系统，显然应 采用PI型的电流调节器，其传递函数可以写 成 ; 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 则电流环的动态结构图便成为图2-24a 所示的典型形式，其中 ;K I;3. 电流调节器的参数计算;(2-61) ;4. 电流调节器的实现;电流调节器电路参数的计算公式;设计分为以下几个步骤： 1.电流环的等效闭环传递函数 2.转速调节器结构的选择 3.转速调节器参数的选择 4.转速调节器的实现;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（续）;可以忽略高次项，式（2-65）降阶近似为 ; 接入转速环内，电流环等效环节的输入量应为 U*i(s)，因此电流环在转速环中应等效为 ;2. 转速调节器结构的选择; 和电流环中一样，把转速给定滤波和反 馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成 U*n(s)/?，再把时间常数为 1 / KI 和 Ton 的两个 小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数 为的惯性环节，其中;3）转速环结构简化 ; 为了实现转速无静差，在负载扰动作用 点前面必须有一个积分环节，它应该包含在 转速调节器 ASR 中（见图 2-26b），现在在 扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因 此转速环开环传递函数应共有两个积分环 节，所以应该设计成典型 Ⅱ 型系统，这样的 系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。 ; 由此可见，ASR也应该采用PI调节器， 其传递函数为;这样，调速系统的开环传递函数为;6）校正后的系统结构 ;3. 转速调节器的参数计算 ;4. 转速调节器的实现;2）转速调节器参数计算;★设计举例;设计要求： 稳态指标：转速无静差； 动态指标：电流超调量σi≤5%； 空载起动到额定转速时的转速超调量 σn%≤10%。;2）电流滤波时间常数Toi: 三项桥式电路每个波头的时间是3.33ms，为了 基本滤平波头，应有（1~2）Toi＝3.33ms， 因此取 Toi＝2ms=0.002ms。 3）电流环小时间常数Ti: 按小时间常数近似处理，取Ti=Ts+Toi=0.0037s。;3、选择电流调节器参数;1）晶闸管装置的传递函数近似条件： ;现在， ;（二）转速环的设计;3．选择转速调节器参数 按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则 ASR的超前时间常数为;4．校验近似条件 由式（2-33）转速环截止频率为;现在， ; 当h=5时，由表2-6查得 ， 不能满足设计要求。实际上，由于表2-6是按线性系统计算得到的，而突加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR退饱和的情况重新计算超调量。 ;2.4.3 ASR退饱和转速超调量的计算 ;ASR退饱和转速超调量的计算 （续）;ASR退饱和转速超调量的计算 （续）;ASR退饱和转速超调量的计算 （续）;图2－29a ;图2－29b ;图2－29c ;ASR退饱和转速超调量的计算 （续）;ASR退饱和转速超调量的计算