控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉例.ppt

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1、第三節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉例一、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立二、電流環(huán)簡化及調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計(jì)三、速度環(huán)簡化及調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計(jì)本節(jié)以轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為例，闡述系統(tǒng)分析的全過程。第六章控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)一系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有兩個(gè)反饋回路，故稱為雙閉環(huán)。一個(gè)是以電流作為被調(diào)量的電流環(huán)，另一個(gè)是以速度作為被控量的速度環(huán)。電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，速度環(huán)為外環(huán)。第三節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉例系統(tǒng)的構(gòu)成:控制部分電機(jī)機(jī)組負(fù)載系統(tǒng)的工作過程:第三節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉例PI電流調(diào)節(jié)器-udidM-TGnusiTAKs-Δ∞++R2uctC2C0iR0/2R0/2ufiC0nR0/2R0/2C0nR0/2R0/

2、2-Δ∞++R1C1usn+C0iR0/2R0/2～ufn雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖：PI速度調(diào)節(jié)器ASRACR晶閘管整流器直流電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)裝置測(cè)速發(fā)電機(jī)電流反饋濾波速度反饋濾波第三節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉例系統(tǒng)的方框圖:給定-Usn△UnUsi△UiUctUdUfn=αnβId整流電路觸發(fā)電路電動(dòng)機(jī)電流調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器給定電位器測(cè)速發(fā)電機(jī)電流互感器整流電路速度-αTfns+11T0ns+1△un1T0is+1ceUsn(s)N(s)Knτns+1τnsKiτis+1τisKsTss+11/RaTas+1CeTmsRaUsiUdUfn?Tfis+1UfiUctIdEb動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖:系統(tǒng)固有參數(shù)：Ta、Ce

3、、Tm、Ra、Ks、Ts選定的參數(shù)：反饋系數(shù)β、α濾波時(shí)間常數(shù)Tfn、Tfi、Toi、Ton設(shè)計(jì)的參數(shù)：調(diào)節(jié)器參數(shù)Ki、τi、Kn、τn第三節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉例雙閉環(huán)系統(tǒng)是多環(huán)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)多環(huán)系統(tǒng)的步驟是先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。即先設(shè)計(jì)電流環(huán)，再設(shè)計(jì)速度環(huán)。代入?yún)?shù)后系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖10.01s+1△un10.002s+10.1320.0070.01s+1UsnNKnτns+1τnsKiτis+1τis400.0017s+12UsiUdUfn21S0.03+10.002s+10.05---UfiUctEb第三節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉例二電流環(huán)簡化及調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計(jì)1．電流環(huán)的簡化轉(zhuǎn)速對(duì)給定信號(hào)的響應(yīng)比電流對(duì)

4、給定信號(hào)的響應(yīng)慢得多，在計(jì)算電流的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)，可以把轉(zhuǎn)速看作恒值量，將反電勢(shì)近似地視為不變，所以在分析電流環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)將反電勢(shì)忽略不計(jì)。先將電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖化簡，然后再設(shè)計(jì)。第三節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉例(a)電流環(huán)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡化過程：Usi(s)10.002s+1Eb(s)Id(s)--400.0017s+10.050.002s+1τis+1Kiτis20.03s+1Ufi0.050.002s+1Id(s)-400.0017s+1τis+1Kiτis20.03s+1Usi(s)0.05(b)化成單位反饋(c)合并小慣性環(huán)節(jié)Usi(s)0.05τis+1Kiτis4(0.03s+1)(0.

5、0037s+1)Id(s)_系統(tǒng)固有部分電流調(diào)節(jié)器第三節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉例2．電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計(jì)一般將電流環(huán)設(shè)計(jì)成典型Ⅰ型系統(tǒng)采用PI電流調(diào)節(jié)器：系統(tǒng)固有部分的傳遞函數(shù)為：G0(s)=(0.03S+1)(0.0037S+1)4Gc(s)=Ki(τis+1)τis取τi=0.03G(s)=G0(s)Gc(s)=τiS(0.0037S+1)4Ki=S(TS+1)K式中K=4Kiτi=133.3KiT=0.0037按二階最佳取值：K=12Tζ=0.707有2×0.00371=133.3KiKi=1.013校正裝置：G(s)=135S(0.0037S+1)Gc(s)=1.013(0.03S+1)0.

6、03S電流環(huán)的結(jié)構(gòu)圖Usi(s)0.05135S(0.0037S+1)Id(s)_開環(huán)傳遞函數(shù)：第三節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉例3．電流環(huán)的對(duì)數(shù)幅頻特性L(ω)/dBω270ω’ci33.30.11dB-40dB/dec-20dB/decL(ω)Lc(ω)L0(ω)403020100-1020lg4=12dBG0(s)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線ω1=0.031=33.3ω2=0.00371=270Gc(s)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線20lg1.013=0.11dBG(s)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線ωci'=135γ`=180o-90o-tg-1135×0.0037=63.5o第三節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉例三速度環(huán)簡化及調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計(jì)1

7、．速度環(huán)的簡化0.05Id(s)Usi(s)0.0037S2+S+135135=0.000027S2+0.0074S+11=電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)：0.0074S+120=Id(s)Usi(s)0.0074S+11/0.05~~第三節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉例速度環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖：10.002s+1Usn(s)Knτns+1τns200.0074s+121sN(s)0.0070.01s+1_化成單位負(fù)反饋：0