3.3双闭环系统设计.ppt

转速、电流反馈控制直流调速系统 3.1 ~的组成及其静特性 3.2 ~的数学模型与动态过程分析 3.3 ~的设计 3.4 ~的仿真 双闭环直流调速系统的设计 3.3.1 控制系统的动态性能指标 3.3.2 调节器的工程设计方法 3.3.3 按工程设计方法设计双闭环直流调速系统的调节器 3.3.1 控制系统的动态性能指标 在控制系统中设置调节器是为了改善系统的静、动态性能。 控制系统的动态性能指标包括 对给定输入信号的跟随性能指标 对扰动输入信号的抗扰性能指标 1、跟随性能指标 以输出量的初始值为零，给定信号阶跃变化下的过渡过程作为典型的跟随过程， 此跟随过程的输出量动态响应称作阶跃响应。 常用的阶跃响应跟随性能指标有上升时间、超调量和调节时间。 2．抗扰性能指标 当调速系统在稳定运行中，突加一个使输出量降低（或上升）的扰动量F之后，输出量由降低（或上升）到恢复到稳态值的过渡过程就是一个抗扰过程。 常用的抗扰性能指标为动态降落和恢复时间。 3.3.2 调节器的工程设计方法 工程设计方法 在设计时，把实际系统校正或简化成典型系统，可以利用现成的公式和图表来进行参数计算，设计过程简便得多。 调节器工程设计方法所遵循的原则 1）概念清楚、易懂； 2）计算公式简明、好记； 3）不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向； 4）能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出简单的计算公式； 5）适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统。 在典型系统设计的基础上，利用MATLAB/SIMULINK进行计算机辅助分析和设计，可设计出实用有效的控制系统。 工程设计方法的基本思路 1.选择调节器结构，使系统典型化并保证稳定和满足稳态精度。 2.设计调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。 r型系统 分母中的sr项表示该系统在s=0处有r重极点，或者说，系统含有r个积分环节，称作r型系统。 为了使系统对阶跃给定无稳态误差，不能使用0型系统（ r =0），至少是Ⅰ型系统（ r =1）；当给定是斜坡输入时，则要求是Ⅱ型系统（ r =2）才能实现稳态无差。 选择调节器的结构，使系统能满足所需的稳态精度。由于Ⅲ型（ r =3）和Ⅲ型以上的系统很难稳定，而0型系统的稳态精度低。因此常把Ⅰ型和Ⅱ型系统作为系统设计的目标。 1．典型Ⅰ型系统 对数幅频特性的中频段以-20dB/dec的斜率穿越零分贝线，只要参数的选择能保证足够的中频带宽度，系统就一定是稳定的。 只包含开环增益K和时间常数T两个参数，时间常数T往往是控制对象本身固有的，唯一可变的只有开环增益K。设计时，需要按照性能指标选择参数K的大小。 参数k 典型Ⅰ型系统的对数幅频特性的幅值为 得到 (3-11) 相角裕度为 K值越大，截止频率?c 也越大，系统响应越快，相角稳定裕度 ? 越小，快速性与稳定性之间存在矛盾。 在选择参数 K时，须在快速性与稳定性之间取折衷。 （1）动态跟随性能指标 超调量 （3-13） 上升时间 （3-14） 峰值时间 （3-15） 当调节时间在 、误差带为 的条件下可近似计算得 （3-16） 截止频率（按准确关系计算） （3-17） 相角稳定裕度 （3-18） （2）动态抗扰性能指标 影响到参数K的选择的第二个因素是它和抗扰性能指标之间的关系， 典型Ⅰ型系统已经规定了系统的结构，分析它的抗扰性能指标的关键因素是扰动作用点， 某种定量的抗扰性能指标只适用于一种特定的扰动作用点。 电压扰动作用点前后各有一个一阶惯性环节， 采用PI调节器 在只讨论抗扰性能时，令输入变量R=0， 将输出量写成ΔC 在阶跃扰动下， ，得到 在选定KT=0.5时，