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第八讲 2.4 按工程设计方法设计双闭环系统的 调节器 *2.6 弱磁控制的直流调速系统 2.4 按工程设计方法设计双闭环系统的 调节器 本节将应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节器。主要内容为 系统设计对象 系统设计原则 系统设计步骤 1. 系统设计对象 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 T0i — 电流反馈滤波时间常数 T0n — 转速反馈滤波时间常数 2. 系统设计原则 系统设计的一般原则： “先内环后外环” 从内环开始，逐步向外扩展。在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。 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 简化内容： 忽略反电动势的动态影响 等效成单位负反馈系统 小惯性环节近似处理 忽略反电动势的动态影响 在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即?E≈0。这时，电流环如下图所示。 等效成单位负反馈系统 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）。 小惯性环节近似处理 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 典型系统的选择： 从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，由图2-23c可以看出，采用 I 型系统就够了。 从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I型系统。 电流调节器选择 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 3. 电流调节器的参数计算 式（2-57）给出，电流调节器的参数有：Ki 和 ?i， 其中 ?i 已选定，见式（2-58），剩下的只有比例系数 Ki， 可根据所需要的动态性能指标选取。 参数选择 在一般情况下，希望电流超调量?i 5%，由表2-2，可选 ? =0.707，KI T?i =0.5，则 注意： 如果实际系统要求的跟随性能指标不同，式（2-60）和式（2-61）当然应作相应的改变。 此外，如果对电流环的抗扰性能也有具体的要求，还得再校验一下抗扰性能指标是否满足。 4. 电流调节器的实现 模拟式电流调节器电路 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 电流环闭环传递函数 电流环经简化后可视作转速环中的一个环节，为此，须求出它的闭环传递函数。由图2-24a可知 传递函数化简 忽略高次项，上式可降阶近似为 电流环等效传递函数 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 物理意义： 这就表明，电流的闭环控制改造了控制对象，加快了电流的跟随作用，这是局部闭环（内环）控制的一个重要功能。 2. 转速调节器结构的选择 转速环的动态结构 用电流环的等效环节代替图2-22 中的电流环后，整个转速控制系统的动态结构图便如图2-26a所示。 系统等效和小惯性的近似处理 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 T0n 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 转速环结构简化 转速调节器选择 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