运动控制系统5-1_V1.ppt

51 5.1 转速闭环直流调速系统设计 1. 概 述 在设计闭环调速系统时，常常会遇到动态稳定性与稳态性能指标发生矛盾的情况，这时，必须设计合适的动态校正装置，用来改造系统，使它同时满足动态稳定性和稳态性能指标两方面的要求。 2. 动态校正的方法 √串联校正 √并联校正 √反馈校正 而且对于一个系统来说，能够符合要求的校正方案也不是唯一的。 在电力拖动自动控制系统中，最常用的是串联校正和反馈校正。串联校正比较简单，也容易实现。 串联校正方法： ?无源网络校正——RC网络； ?有源网络校正——PID调节器。 对于带电力电子变换器的直流闭环调速系统，由于其传递函数的阶次较低，一般采用PID调节器的串联校正方案就能完成动态校正的任务。 PID调节器的类型： 比例微分（PD） 比例积分（PI） 比例积分微分（PID） 由PD调节器构成的超前校正，可提高系统的稳定裕度，并获得足够的快速性，但稳态精度可能受到影响； 由PI调节器构成的滞后校正，可以保证稳态精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定的； 用PID调节器实现的滞后—超前校正则兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但具体实现与调试要复杂一些。 3. 系统设计工具 在设计校正装置时，主要的研究工具是伯德图（Bode Diagram），即开环对数频率特性的渐近线。它的绘制方法简便，可以确切地提供稳定性和稳定裕度的信息，而且还能大致衡量闭环系统稳态和动态的性能。 伯德图是自动控制系统设计和应用中普遍使用的方法。 典型伯德图 从图中三个频段的特征可以判断系统的性能，这些特征包括以下四个方面： 以上四个方面常常是互相矛盾的。对稳态精度要求很高时，常需要放大系数大，却可能使系统不稳定；加上校正装置后，系统稳定了，又可能牺牲快速性；提高截止频率可以加快系统的响应，又容易引入高频干扰；如此等等。 设计时往往须在稳、准、快和抗干扰这四个矛盾的方面之间取得折中，才能获得比较满意的结果。 4. 系统设计要求 在实际系统中，动态稳定性不仅必须保证，而且还要有一定的裕度，以防参数变化和一些未计入因素的影响。 在伯德图上，用来衡量最小相位系统稳定裕度的指标是：相角裕度? 和以分贝表示的增益裕度GM。一般要求： ? = 30°~ 60° GM 6dB 5. 设计步骤 6. 设计方法 凑试法——设计时往往须用多种手段，反复试凑。 工程设计法。 转速闭环调速系统设计举例 于是，转速反馈系数的计算结果是 V·min/r = 0.01158V·min/r 电位器的选择方法如下：为了使测速发电机的电枢压降对转速检测信号的线性度没有显著影响，取测速发电机输出最高电压时，其电流约为额定值的20%，则 =1379? 系统稳定性分析 计算系统中各环节的时间常数： 电磁时间常数 机电时间常数 为保证系统稳定，开环放大系数应满足式（1-59）的稳定条件 按稳态调速性能指标要求K ≥53.3 ，因此闭环系统是不稳定的。 *7 系统设计举例与参数计算 （1）被控对象的开环频率特性分析 系统开环对数幅频及相频特性 其中三个转折频率（或称交接频率）分别为 （2） PI调节器设计 PI调节器对数频率特性 系统校正的对数频率特性 （3）调节器参数计算 从上图中特性②可以看出 已知 Kp = 21 因此 而且 于是，PI调节器的传递函数为 最后，选择PI调节器的参数。已知 R0=40k?，则 取 R1= 22k? 为了使系统稳定，设置PI调节器，设计时须绘出其对数频率特性。 考虑到原始系统中已包含了放大系