自动调速系统的工程设计.ppt

第6章 自动调速系统的工程设计 6．1典型系统 6．2调速系统的串联校正 6．3双闭环调速系统的设计 6．4调速系统的并联微分校正 问题的提出 必要性: 用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，而初学者则不易掌握，于是有必要建立实用的设计方法。 (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。 工程设计方法的基本思路 1.选择调节器结构,使系统典型化并满足稳定和稳态精度。 2.设计调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。 控制系统的动态性能指标 自动控制系统的动态性能指标包括： 跟随性能指标 抗扰性能指标 控制系统的动态性能指标 1. 跟随性能指标： 在给定信号或参考输入信号的作用下，系统输出量的变化情况可用跟随性能指标来描述。常用的阶跃响应跟随性能指标有 tr — 上升时间 ? — 超调量 ts — 调节时间 系统典型的阶跃响应曲线 2. 抗扰性能指标 抗扰性能指标标志着控制系统抵抗扰动的能力。常用的抗扰性能指标有 ?Cmax — 动态降落 tv — 恢复时间 一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态指标则以跟随性能为主。 突加扰动的动态过程和抗扰性能指标 6.1 典型系统 一般来说，许多控制系统的开环传递函数都可表示为 6.1 典型系统 上式中，分母中的 sr 项表示该系统在原点处有 r 重极点，或者说，系统含有 r 个积分环节。根据 r=0，1，2，…等不同数值，分别称作0型、I型、Ⅱ型、…系统。 自动控制理论已经证明，0型系统稳态精度低，而Ⅲ型和Ⅲ型以上的系统很难稳定。 因此，为了保证稳定性和较好的稳态精度，多选用I型和II型系统。 一、 典型I型系统 结构图与传递函数 开环对数频率特性 性能特性 典型的I型系统结构简单，其对数幅频特性的中频段以 –20 dB/dec 的斜率穿越 0dB 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，且有足够的稳定裕量，即选择参数满足 典型I型系统性能指标和参数的关系 典型I型系统的开环传递函数包含两个参数：开环增益 K 和时间常数 T 。其中，时间常数 T 在实际系统中往往是控制对象本身固有的，能够由调节器改变的只有开环增益 K ，也就是说，K 是唯一的待定参数。设计时，需要按照性能指标选择参数 K 的大小。 K 与开环对数频率特性的关系 图绘出了在不同 K 值时典型 I 型系统的开环对数频率特性，箭头表示K值增大时特性变化的方向。 K 与截止频率 ?c 的关系 当?c 1 / T时，特性以–20dB/dec斜率穿越零分贝线，系统有较好的稳定性。由图中的特性可知 表I型系统在不同输入信号作用下的稳态误差 （2）动态跟随性能指标 闭环传递函数：典型 I 型系统是一种二阶系统，其闭环传递函数的一般形式为 K、T与标准形式中的参数的换算关系 二阶系统的性质 当 ? 1 时，系统动态响应是欠阻尼的振荡特性， 当 ? ? 1 时，系统动态响应是过阻尼的单调特性； 当 ? = 1 时，系统动态响应是临界阻尼。 由于过阻尼特性动态响应较慢，所以一般常把系统设计成欠阻尼状态，即 0 ? 1 由于在典 I 系统中 KT 1，代入上式得 ? 0.5。因此在典型 I 型系统中应取 下面列出欠阻尼二阶系统在零初始条件下的阶跃响应动态指标计算公式 性能指标和系统参数之间的关系 表典型I型系统跟随性能指标和频域指标与参数的关系 具体选择参数时，应根据系统工艺要求选择参数以满足性能指标。 图 时不同K值的阶跃响应  2. 典型I型系统抗扰性能指标与参数的关系 图2-15a是在扰动 F 作用下的典型 I 型系统，其中，W1(