2-4 按工程设计方法设计双闭环

n( s )
Ton s 1
1）滤波环节移入环内 2）给定信号 U * ( s ) / n 3）Tn Ton 2Ti


Ton s 1
ASR
-
1/ 2Ti s 1
Id ( s )
I dL ( s ) R
C eTm s
n(s)
U* ( s ) n
I dL ( s )

ASR
Id ( s )
§2-4 按工程设计方法设计双闭环系统
(二）电流调节器结构选择
超调量I型 抗扰性能II型 Tl / Ti 10
is 1 G ACR ( s ) ki is
U* ( s ) i

ACR -
( Tl s 1 )( Ti s 1 )
k s / R
Id ( s )
n(s)
则 n hTn 5 0.0174 0.087s 由式(2-75)得转速调节器增益
h1 6 KN 2 2 396.4s 2 2 2 2h Tn 2 5 0.0174
于是，根据(2-76)可得ASR的比例系数
(h 1)CeTm 6 0.05 0.132 0.18 Kn 11.7 2hRTn 2 5 0.007 0.5 0.0174
KN h1
2 2 h2Tn
U* ( s ) n
I dL ( s )

ASR
/
Tn s 1
Id ( s )
-
( h 1 )CeTm Kn 2 hRTn
-
R C eTm s
n(s)
h=5
§2-4 按工程设计方法设计双闭环系统
（四）转速调节器的实现
ns 1 G AS 某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流 装置采用三相桥式电路，基本数据如下 直流电动机：220V,136A,1460r/min, Ce=0.132Vmin/r, 允许过载倍数λ＝1.5 晶闸管装置放大倍数：Ks=40 电枢回路总电阻：R=0.5Ω 时间常数：Tl=0.03s,Tm=0.18s 电流反馈系数：β=0.05V/A(≈10V/1.5Inom) 设计要求：设计电流调节器，要求电流超调量 σi%≤5%;
I 2.选择电流调节结构 k s / R ACR ( Tl s 1 )( Ti s 1 ) 根据设计要求 i 5% 并保证稳态电流无差 可按典型I型系统设计电流调节器 电流环控制对象为双惯性型的，可用PI调节器 3.计算电流调节器参数 电流调节器超前时间常数 i Tl 0.03s
0.03 Ci F 0.75 106 F 0.75F Ri 40 103
4T0 i 4 0.002 C0i 0.2 10 6 F 0.2F R0 40 103
§2-4 按工程设计方法设计双闭环系统
U i* ( s )
二、转速调节器的设计

-
KI s (Ti s 1)
K I Ti 0.5
U i* ( s )

-
KI s (Ti s 1)
C ( s )

ACR -
( Tl s 1 )( Ti s 1 )
k s / R
Id ( s )
§2-4 按工程设计方法设计双闭环系统
（四）电流调节器的实现
U* i
R0 2 R0 2 R0 2
Ri
Ci
U ct
n
取
C0n
0.2F
4T0n 4 0.01 1 106 F 1F R0 40 103
四、设计举例
某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置 采用三相桥式电路，基本数据如下 直流电动机：220V,136A,1460r/min, Ce=0.132Vmin/r, 允许过载倍数λ＝1.5 晶闸管装置放大倍数：Ks=40 电枢回路总电阻：R=0.5Ω 时间常数：Tl=0.03s,Tm=0.18s 电流反馈系数：β=0.05V/A(≈10V/1.5Inom) 转速反馈系数：α=0.007Vmin/r(≈10V/nnom) 设计要求： 稳态指标：无静差 动态指标：电流超调量σi%≤5%;空载起动到额 定转速时的转速超调量σn%≤10%;

U* ( s ) i
d(s)
电流环开环增益 根据设计要求 i 5% 应取 K I Ti 0.5 得
0.5 0.5 KI 135.1s 1 Ti 0.0037
ACR的比例系数
K I i R 135.1 0.03 0.5 Ki 1.013 Ks 40 0.05
C ( s )
（一）电流环的等效闭环传递函数
KI s( Ti s 1 ) 1 Gcli ( s ) KI Ti 2 s 1 s 1 s( Ti s 1 ) K I KI
cli
1 1 s1 KI
近似条件
cn
1 KI 3 Ti
若按ζ＝0.707
K I Ti 0.5
Rn C n
5.计算调节器电阻和电容 取 R0 40k
Rn K n R0 11.7 40 468k
U* n
R0 2 R0 2
R0 2
C on
R0 2
+
Rbal
U* i
I d
C on
取 Rn 470k
0.087 6 Cn F 0.185 10 F 0.185F 3 Rn 40 10
s1 G ASR ( s ) K n n ns
ASR
-
Tn s 1
Id ( s )
R C eTm s
n(s)
K nR( n s 1) K N ( n s 1) Gn ( s ) 2 2 n C eTm s (Tn s 1) s (Tn s 1)
1 2Ti KI
1 Gcli ( s ) 2Ti s 1
§2-4 按工程设计方法设计双闭环系统
（二）转速调节器结构的选择
I dL ( s )
U* ( s ) n
Ui ( s )
1 Ton s 1
ASR
U* ( s ) n
1/ 2Ti s 1
Id ( s )
-

R C eTm s
§2-4 按工程设计方法设计双闭环系统
（三）电流调节器参数选择
i Tl
% 5% 0.707
1 K i K s KI 2Ti i R
Tl R Tl R Ki 0.5 ( ) 2 K s Ti K s Ti
U* ( s ) i
is 1 G ACR ( s ) ki is
Ri
Ci
U ct
5.计算调节器电阻和电容
按所用运算放大器取
U* i
R0 2 R0 2
R0 2
A +
Rbal
C oi
R0 2
R0 40k
各电阻电容值为
I d
C oi
图2-30 含给定滤波与反馈滤波 的PI型电流调节器
Ri K i R0 1.013 40 40.52k
i
取 Ri 40k
§2-4 按工程设计方法设计双闭环系统
电流环 电压环
u* ( s ) n
1 Ton s 1
un
U* ( s ) i
ASR
1 Toi s 1
uct
ACR
Ks Ts s 1
ud 0

-
I dL
1/ R Tl s 1
-
- un
电流环
Ui
R Tm s
E
1 Ce
n
Toi s 1

Ton s 1
A +
Rbal
U in
R0 2
A
C oi
R0 2
I d
C oi
R0 2
C oi
图2-30 含给定滤波与反馈滤波 的PI型电流调节器
图2-31 含滤波环节的输入 等效电路
1 Ia ( s ) U in ( s ) C oi s U in ( s ) R0 R0 1 1 R0 ( Toi s 1 ) R0 2 C oi s 2 C oi s 1 R0 1 2 其中 Toi 4 R0 C oi 2 C ois
Rn Kn R0
U* n
Rn C n
R0 2 R0 2 R0 2
C on
R0 2
+
Rbal
U* i
n RnCn
1 Ton R0C 0 n 4
I d
C on
图2-34 含给定滤波与反馈滤波 的PI型转速调节器
例题2-2 在p79 例题2-1的基础上，除已给数据外，已知 转速反馈系数：α=0.007Vmin/r(≈10V/nnom) 设计要求：转速无静差 动态指标： 空载起动到额定转速时的转速超调量 σn%≤10%; 解：1.确定时间常数 1)电流环等效时间常数1/KI 由例题2-1，已取 K I Ti 0.5 则
图2-26 双闭环调速系统动态结构图
§2-4 按工程设计方法设计双闭环系统
一、电流调节器的设计 （一）电流环结构图的简化 1）电动势交叉反馈：Tl<<Tm,ΔE≈0 电动势反馈作用去掉 2）滤波环节移到环内
U* ( s ) i
3）TΣi=Ts+Toi
U* ( s ) i
1 Toi s 1
uct
C ( s ) ki－电流调节器的比例系数 K s (T s 1) i －电流调节器的超前时间 对消控制对象的大时间常数极点 图2-29 校正成典型I型 系统的电流环 i Tl