物联网控制技术 课件 B运控第10章单闭环直流电机调速.ppt

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1.5.2反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件由式(1-57)可知,反馈控制闭环直流调速系统的特征方程为(1-58)它的一般表达式为根据三阶系统的劳斯-古尔维茨判据,系统稳定的充分必要条件是式(1-58)的各项系数显然都是大于零的,因此稳定条件就只有或整理后得(1-59)式(1-59)右边称作系统的临界放大系数Kcr,当K≥Kcr时,系统将不稳定。对于一个自动控制系统来说,稳定性是它能否正常工作的首要条件,是必须保证的。1.5.3动态校正——PI调节器的设计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(如例题1-5,或例题1-7中要求更高调速范围时),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和稳态指标两方面的要求。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)?PID调节器的功能由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。一般的调速系统要求以动态稳定和稳态精度为主,对快速性的要求可以差一些,所以主要采用PI调节器;在随动系统中,快速性是主要要求,须用PD或PID调节器。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(BodeDiagram),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。正因为如此,伯德图是自动控制系统设计和应用中普遍使用的方法。在定性地分析闭环系统性能时,通常将伯德图分成低、中、高三个频段,频段的分割界限是大致的,不同文献上的分割方法也不尽相同,这并不影响对系统性能的定性分析。下图绘出了自动控制系统的典型伯德图。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:0L/dB?c?/s-1-20dB/dec低频段中频段高频段图1-37典型的控制系统伯德图伯德图与系统性能的关系中频段以-20dB/dec的斜率穿越0dB,而且这一斜率覆盖足够的频带宽度,则系统的稳定性好;截止频率(或称剪切频率)越高,则系统的快速性越好;低频段的斜率陡、增益高,说明系统的稳态精度高;高频段衰减越快,即高频特性负分贝值越低,说明系统抗高频噪声干扰的能力越强。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°;GM6dB。保留适当的稳定裕度,是考虑到实际系统各环节参数发生变化时不致使系统失去稳定。在一般情况下,稳定裕度也能间接反映系统动态过程的平稳性,稳定裕度大,意味着动态过程振荡弱、超调小。5.设计步骤系统建模——首先应进行总体设计,选择基本部件,按稳态性能指标计算参数,形成基本的闭环控制系统,或称原始系统。系统分析——建立原始系统的动态数学模型,画出其伯德图,检查它的稳定性和其他动态性能。系统设计——如果原始系统不稳定,或动态性能不

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