金陵科技学院运动控制系统课件第1篇第3章 转速、电流反馈控制的直流调速系统（1）.ppt

2. 电流调节器的作用 在转速外环的调节过程中，使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。 对电网电压的波动起及时抗扰的作用。 在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流。 当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。 3.3 转速、电流反馈控制直流调速系统的设计 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和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。 图3-8 典型的阶跃响应过程和跟随性能指标 上升时间 峰值时间 调节时间 超调量σ 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。 图3-9 突加扰动的动态过程和抗扰性能指标 动态降落 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是： （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。 控制系统的开环传递函数都可以表示成 （3-9） 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 作为典型的I型系统，其开环传递函数选择为 （3-10） 式中， T——系统的惯性时间常数； K——系统的开环增益。 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。 图3-10 典型Ⅰ型系统 (a)闭环系统结构图 (b)开环对数频率特性 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。 （当 时） （1）动态跟随性能指标 典型Ⅰ型系统的闭环传递函数为 （3-12） 式中， ——自然振荡角频率； ——阻尼比。 ? 1，欠阻尼的振荡特性， ? ? 1，过阻尼的单调特性； ? = 1，临界阻尼。 过阻尼动态响应较慢，一般把系统设计成欠阻尼，即 0 ? 1。 超调量 （3-13） 上升时间