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第三节 控制系统的设计举例 一、系统数学模型的建立 二、电流环简化及调节器参数的设计 三、速度环简化及调节器参数的设计 本节以转速、电流双闭环调速系统为例，阐述系统分析的全过程。 第六章 控制系统的校正与设计 一 系统数学模型的建立 转速、电流双闭环调速系统有两个反馈回路，故称为双闭环。一个是以电流作为被调量的电流环，另一个是以速度作为被控量的速度环。电流环为内环，速度环为外环。 第三节 控制系统的设计举例 系统的构成: 控制部分 电机机组 负载 系统的工作 过程: 第三节 控制系统的设计举例 PI电流调节器 双闭环调速系统原理图： PI速度调节器 ASR ACR 晶闸管整流器 直流电动机 电流检测装置 测速发电机 电流反馈滤波 速度反馈滤波 第三节 控制系统的设计举例 系统的方框图: 动态结构图: 系统固有参数： Ta、Ce 、Tm 、Ra 、Ks、Ts 选定的参数： 反馈系数β、α 滤波时间常数 Tfn 、Tfi 、Toi、Ton 设计的参数： 调节器参数 Ki 、τi 、Kn、τn 第三节 控制系统的设计举例 双闭环系统是多环控制系统，设计多环系统的步骤是先内环后外环。即先设计电流环，再设计速度环。 代入参数后系统的动态结构图 第三节 控制系统的设计举例 二 电流环简化及调节器参数的设计 1．电流环的简化 转速对给定信号的响应比电流对给定信号的响应慢得多，在计算电流的动态响应时，可以把转速看作恒值量，将反电势近似地视为不变，所以在分析电流环动态响应时将反电势忽略不计。先将电流环动态结构图化简，然后再设计。 第三节 控制系统的设计举例 (a)电流环 电流环的动态结构图的简化过程： (b)化成单位反馈 (c)合并小惯性环节 系统固有部分 电流调节器 第三节 控制系统的设计举例 2．电流调节器参数的设计 一般将电流环设计成典型Ⅰ型系统 采用PI电流调节器： 系统固有部分的传递函数为： 取 τi =0.03 式中 T= 0.0037 按二阶最佳取值： ζ = 0.707 有 Ki =1.013 校正装置： 电流环的结构图 开环传递函数： 第三节 控制系统的设计举例 3．电流环的对数幅频特性 L(ω)/dB ω 270 ω’ci 33.3 0.11dB -40dB/dec -20dB/dec L (ω) Lc(ω) L0(ω) 20lg4=12dB G0(s)对数幅频 特性曲线 Gc(s)对数幅频 特性曲线 20lg1.013=0.11dB G(s)对数幅频 特性曲线 ωci =135 γ`=180o -90o-tg-1135×0.0037= 63.5o 第三节 控制系统的设计举例 三 速度环简化及调节器参数的设计 1．速度环的简化 电流环的闭环传递函数： 第三节 控制系统的设计举例 速度环的动态结构图： 化成单位负反馈： 合并小惯性环节 第三节 控制系统的设计举例 2．速度调节器参数的设计 将速度环设计成典型Ⅱ型系统，采用比例积分控制器： 校正后系统的传递函数为： 其中 T = 0.0174 τ=τn 取 h = 10 σ% = 23% 则 ts = 26T γ = 55° 可求得 τ=hT=10T=0.174s 调节器传递函数： 校正后开环 传递函数： 第三节 控制系统的设计举例 3．速度环的对数幅频特性 L(ω)/dB ω 5.75 L (ω) Lc(ω) L0(ω) 57.5 -40dB/dec -40dB/dec -20dB/dec 20lg3=9.5dB ω1=5.75 ω2 =57.5 20lgKn=15.6dB G0(s)对数幅频 特性曲线 Gc(s)对数幅频 特性曲线 G(s)对数幅频 特性曲线 20lgK=40.4dB ωcn =18.2 ω’cn γ=180o -180o + tg–1ωcT1 -tg-1ωcT2 =tg–118.2×0.174-tg–118.2×0.0174=55° 第三节 控制系统的设计举例