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当前位置:首页 > 建筑/环境 > 设计及方案 > 2.4调节器设计(校验退饱和超调)解读
复习上节内容•典型Ⅰ、Ⅱ系统适合于不同情况的稳态要求。典型Ⅰ系统在动态跟随性能上可以做到超调小、抗扰性能稍差。典型Ⅱ系统超调相对大一些、抗扰性能比较好。表2-2典型I型系统跟随性能指标和频域指标与参数的关系(与KT的关系服从于式2-16)参数关系KT0.250.390.50.691.0阻尼比超调量上升时间tr峰值时间tp相角稳定裕度截止频率c1.00%76.3°0.243/T0.81.5%6.6T8.3T69.9°0.367/T0.7074.3%4.7T6.2T65.5°0.455/T0.69.5%3.3T4.7T59.2°0.596/T0.516.3%2.4T3.2T51.8°0.786/T221TTTTm51101201301%100maxbCC55.5%33.2%18.5%12.9%tm/T2.83.43.84.0tv/T14.721.728.730.4表2-3典型I型系统动态抗扰性能指标与参数的关系(KT=0.5,Cb=FK2/2)当控制对象的两个时间常数相距较大时,动态降落减小,但恢复时间却拖得较长。表2-6典型II型系统阶跃输入跟随性能指标(按Mrmin准则确定关系)h345678910tr/Tts/Tk52.6%2.412.15343.6%2.6511.65237.6%2.859.55233.2%3.010.45129.8%3.111.30127.2%3.212.25125.0%3.313.25123.3%3.3514.201(2)动态跟随性能指标h=5调节时间最短典型II型系统动态抗扰性能指标与参数的关系h345678910Cmax/Cbtm/Ttv/T72.2%2.4513.6077.5%2.7010.4581.2%2.858.8084.0%3.0012.9586.3%3.1516.8588.1%3.2519.8089.6%3.3022.8090.8%3.4025.85(参数关系符合最小Mr准则)h=5时抗扰的各项性能指标2.4按工程设计方法设计双闭环系统的调节器本节将应用前述的工程设计方法来设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器。主要内容为•系统设计对象•系统设计原则•系统设计步骤-IdLUd0Un+--+-UiACR1/RTls+1RTmsU*iUcKsTss+1Id1Ce+ET0is+11T0is+1ASR1T0ns+1T0ns+1U*nn电流内环图2-22双闭环调速系统的动态结构图双闭环调速系统转速、电流调节器。1、设计对象(增加了滤波环节)T0i—电流反馈滤波时间常数T0n—转速反馈滤波时间常数2、系统设计原则•系统设计的一般原则:“先内环后外环”首先设计电流调节器,然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器。设计分为以下几个步骤:1.电流环结构图的简化2.电流调节器结构的选择3.电流调节器的参数计算4.电流调节器的实现2.4.1电流调节器的设计•不作任何简化时的电流环动态结构图1、电流环结构图的简化首先解决反电势的交叉反应?简化内容:•忽略反电动势的动态影响条件:lmciTT13Id1/RTls+1Ud0KsTss+1WACRβTois+1UI*UIUct1Tois+1+-图2-23aKs/R(Tls+1)(Tss+1)IdWACRUIUct+-UI*/ββTois+1Ks/R(Tls+1)(TΣis+1)IdWACRUI+-UI*/β小惯性环节近似处理条件:sciT31oisciTT131等效成单位负反馈系统条件:图2-23c图2-23b2、电流调节器结构的选择•①典型系统的选择:从稳态要求上看,希望电流无静差,由图2-23c可以看出,采用I型系统就够了。从动态要求上看,电枢电流电流在动态过程中不允许有太大的超调而超过允许值电流环应以跟随性能为主,应选用典型I型系统。•②电流调节器选择电流环的控制对象是双惯性型的,要校正成典型I型系统,显然应采用PI型的电流调节器,其传递函数可以写成ssKsWiiiACR)1()((2-57)式中Ki—电流调节器的比例系数;i—电流调节器的超前时间常数。+-ACRUc(s)Ks/R(Tls+1)(Tis+1)Id(s)U*i(s)+-Uc(s)Ks/R(Tls+1)(Tis+1)Id(s)U*i(s)简化后的电流环结构图按典型I型系统设计,ACR选PI调节器。RKKKisiIKIs(TΣis+1)IdUI+-UI*/β校正后电流环的结构,其中3、电流调节器的参数计算电流调节器的参数有:Ki和i,其中i选定为剩下的只有比例系数Ki,可根据所需要的动态性能指标选取。liT•在一般情况下,希望电流超调量i5%,由表2-2,可选=0.707,KITi=0.5,则iciI21TK)(22isisiTTKRTKRTKll(2-60)(2-61)再利用式(2-59)和式(2-58)得到•注意:如果实际系统要求的跟随性能指标不同,式(2-60)和式(2-61)当然应作相应的改变。此外,如果对电流环的抗扰性能也有具体的要求,还得再校验一下抗扰性能指标是否满足。4、电流调节器的实现•模拟式电流调节器电路U*i—为电流给定电压;Id—为电流负反馈电压;Uc—电力电子变换器的控制电压。图2-25含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器•电流调节器电路参数的计算公式0iiRRKiiiCRoi0oi41CRT(2-62)(2-63)(2-64)•例题2-1•电流调节器设计举例.doc设计步骤:1.电流环的等效闭环传递函数2.转速调节器结构的选择3.转速调节器参数的选择4.转速调节器的实现2.4.2转速调节器的设计1.电流环的等效闭环传递函数•电流环闭环传递函数电流环经简化后可视作转速环中的一个环节,为此,须求出它的闭环传递函数。由图2-24a可知111)1(1)1(/)()()(I2IiiIiI*idclisKsKTsTsKsTsKsUsIsW(2-65)•传递函数化简忽略高次项,上式可降阶近似为111)(IclisKsW(2-66)iIcn31TK近似条件可由式(2-52)求出(2-67)式中cn—转速环开环频率特性的截止频率。111)()()(Icli*idsKsWsUsI电流环等效传递函数原来双惯性环节的电流环控制对象,经闭环控制后,可以近似地等效成只有较小时间常数的一阶惯性环节。接入转速环内,电流环等效环节的输入量应为U*i(s),因此电流环在转速环中应等效为电流闭环控制的意义电流闭环控制改造了控制对象,加快了电流的跟随作用,这是局部闭环(内环)控制的一个重要功能。2、转速调节器结构的选择•转速环的动态结构用电流环的等效环节代替图2-22中的电流环后,整个转速控制系统的动态结构图便如图2-26a所示。图2-26转速环的动态结构图及其简化系统等效和小惯性的近似处理•和电流环中一样,把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内•同时将给定信号改成U*n(s)/•再把时间常数为1/KI和T0n的两个小惯性环节合并起来,近似成一个时间常数为的惯性环节,其中onIn1TKT(2-69)简化后的转速环结构n(s)+-ASRCeTmsRU*n(s)/Id(s)/Tns+1+-IdL(s)•为了实现转速无静差,在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节,它应该包含在转速调节器ASR中(见图2-26b)。•现在扰动作用点后面已经有了一个积分环节,因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节,所以应该设计成典型Ⅱ型系统,这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。3、转速调节器的参数计算ASR采用PI调节器ssKsWnnnASR)1()(•调速系统的开环传递函数)1()1()1()1()(n2mennnnmennnnsTsTCsRKsTsTCRssKsW令转速环开环增益为mennNTCRKK)1()1()(n2nNnsTssKsW(2-72)则(2-71)n(s)+-U*n(s))1()1(n2nNsTssK校正后的调速系统按照典型Ⅱ型系统的参数关系,nnhT2n2N21ThhKnmen2)1(RThTChK因此•参数选择至于中频宽h应选择多少,要看动态性能的要求决定。无特殊要求时,一般可选择5h4、转速调节器的实现•模拟式转速调节器电路图2-27含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器U*n—为转速给定电压,-n—为转速负反馈电压,U*i—调节器的输出是电流调节器的给定电压。•转速调节器参数计算0nnRRK(2-77)nnnCRon0on41CRT(2-78)(2-79)问题:按典型II型系统设计的ASR使转速超调量过大,难以满足设计要求。典型系统是线性的,不符合起动时ASR饱和的非线性条件,必须按实际条件重新计算转速超调量。2.4.3转速调节器退饱和超调起动时,转速调节系统不服从典型系统的线性规律,超调量不等于典型II型系统跟随性能指标中的数值,而是经历了饱和非线性过程后的超调,称作“退饱和超调”。分析表明,可以利用典型II型系统抗扰性能指标中负载由突降到的动态速升与恢复过程来计算退饱和超调量。dmIdLInOOttIdmIdIIIIIIt4t3t2t1*ndLI图2-7双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形退饱和转速超调n的基准值在典型II型系统抗扰性能指标中,C的基准值:medLdmnbTCIIRTn)(2换算到退饱和转速超调n的基准值:由于,,TFKCb22mnNTTnz)(2dLdmIIFmeTCRK2nTT则其中,,dNdmIIdNdLzIIedNCRIn退饱和超调量转速超调量的基准值应该是mnNbbbnTTnnzCCnnCC*max*max))((2)(*n经基准值换算后得n•例题2-2•转速调节器设计举例.doc转速环与电流环的关系外环的响应比内环慢,这是按上述工程设计方法设计多环控制系统的特点。这样做,虽然不利于快速性,但每个控制环本身都是稳定的,对系统的组成和调试工作非常有利。•ACR设计步骤:•确定时间常数按整流电路型式确定整流装置的滞后时间常数Ts按整流电路型式确定整流滤波时间常数Toi按小时间常数近似处理,确定电流环小时间常数T∑i•2.选择ACR结构间常数-电流调节器的超前时电流调节器的比例系数iiiiiACRKssKW1•3.选择ACR参数•按超调要求查表得KIT∑I。计算出KiliTsiIiKRKK•4.校验近似条件:•近似处理为小惯性环节的条件•忽略E的条件•SCR作为一阶惯性环节oisciTT131lmciTT13sciT31•5.计算ACR的电阻电容值:004RTCRCRKRoioiiiiii•ASR设计步骤:•确定时间常数电流环时间常数2T∑i转速滤波时间常数Ton按所用测速机纹波大小决定,一般取Ton=0.01s按小时间常数近似处理,确定转速环小时间常数T∑n=Ton+2T∑i2.选择ASR结构间常数-电流调节器的超前时电流调节器的比例系数nnnnnASRKssKW1•3.选择ASR参数•对于一般的系统h=5nnhTRhTTChKThhKnmennN2)1(2122•4.校验近似条件:onicnncnTTT213151•5.计算ASR的电阻电容值:004RTCRCRKRononnnnnn•核算超调量nnnombnTTnnCCz*max%))((2%作业•单闭环调速系统动态性能的MATLAB仿真分析•双闭环调速系统动态性能的MATLAB仿真分析•此部分作业做好后发送到:lhl0668@126.com•1、有一转速、电流双闭环调速系统(ASR和ACR均采用PI调
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