运动控制系统期末复习第2章.ppt

学习内容： 2.1 双闭环调速自动控制系统的组成 问题的提出 采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，单闭环系统就难以满足需要。 1. 主要原因 在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。 在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值Idcr以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。 性能比较 带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动过程如图所示，起动电流达到最大值Idm 后，受电流负反馈的作用降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，加速过程延长。 性能比较（续） 理想起动过程波形如图，这时，起动电流呈方形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的起动过程。 3. 解决思路 为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程。 按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。 ※系统希望能实现： 起动过程，电流反馈起主要作用，维持恒定电流。 稳态时，转速反馈起主要作用，维持恒定速度。 2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图所示。 2. 系统电路结构 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器，以下以控制电压Uc为正电压的情况考虑，分析时还需考虑到运算放大器的倒相作用。 系统原理图 2. 限幅作用 PI调节器两种状况： 饱和——输出达到限幅值 当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；即饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的联系，相当于使该调节环开环。 4. 系统静特性 5 各稳态参数计算 反馈系数计算 两个给定电压的最大值U*nm和U*im由设计者选定，设计原则如下： U*nm受运算放大器允许输入电压和稳压电源的限制； U*im为ASR的输出限幅值。 双闭环直流调速系统的动态数学模型 起动过程分析 动态抗扰性能分析 2.3.1 双闭环直流调速系统的动态数学模型 图中WASR(s)和WACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。如果采用PI调节器，则有： 2.3.2 起动过程分析 由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的I、II、III三个阶段。 第I阶段电流上升的阶段（0 — t1） 突加给定电压 U*n 后，Id 上升，当 Id 小于负载电流 IdL 时，电机还不能转动。 第II阶段恒流升速阶段（t1 -t2） 在这个阶段中，ASR始终是饱和的，系统成为在恒值电流U*im 给定下的电流调节系统，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长。但Id略低于Idm。 第Ⅲ阶段转速调节阶段（t2 以后） 当转速上升到给定值时，转速调节器ASR的输入偏差减少到零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值U*im ，所以电机仍在加速，使转速超调。 2. 分析结果 双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点： （1）?饱和非线性控制； （2）?转速超调； （3） 准时间最优控制。 2.3.3 动态抗扰性能分析 一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能。对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。 1. 抗负载扰动 抗电网电压扰动（续） 4. 分析结果 在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会比单闭环系统小得多。整体抗扰能力优于单闭环系统。 必要性： 经典的动态校正方法设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各方面相互有矛盾的静、动态性能要求，需要设计者有扎实的理论基础和丰富的实践经验，不易掌握，有必要建立实用的设计方法。 问题的提出（续） 可能性： 大多数现代的电力拖动自动控制系统均可由低阶系统近似。若事先深入研究低阶典型系统的特性并制成图表，那么将实际系统校正或简化成典型系统的形式再与图表对照，设计过程就简便多了。这样，就有了建立工程设计方法的可能性。 概念清楚、易懂； 计算公式简明、好记； 不仅给出参数计算