DOC《摘要》

故该近似条件满足. 忽略反电动势影响的近似条件为 ,现==28.2<

故该近似条件满足. 小时间常数近似处理条件为 ,现==180.8>

故该近似条件满足. (3)转速环设计 电流环经过简化后可视作为转速环中的一个环节,为此,需要求出它的闭环传递函数Wcli(s),忽略高次项,可由近似条件,降阶近似为 接入转速环内,电流环在转速环内应等效为: 这样,原来是双惯性环节的电流环控制对象,经闭环控制后,可以近似的等效为只有较小时间常数1/的一个惯性环节,这就表明,电流的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)的一个重要功能. 转速环动态结构图及简化: 确定时间常数 因=,故转速反馈系数为 ==Vmin/r=0.0067 Vmin/r 电流环的等级时间常数为 2=0.0074s.取转速反馈滤波时间常数 =0.01s,转速环的时间常数为 =0.0074s+0.01s=0.0174s 选择转速调节器结构 设计要求中虽然允许系统有静差,转速调节器的稳态放大系数很大,因此转速调节器如采用比例调节器,将很难满足稳定性要求.为此,转速调节器采用近似PI调节器,按典型II型系统进行设计.这样的系统同时也可满足动态抗扰性能好的要求.至于其阶跃响应超调量较大那是线性系统的计算数据,实际系统中转速调节器的饱和非线性性质会使超调量大大降低,当近似PI调节器的稳态放大系数很大时,其传递函数可表示为 选择转速调节器参数 按跟随性能和抗扰性能较好的原则选择h=5,求出转速超调量δ%和过渡过程时间 .如果能够满足设计要求,则可根据所选的h值计算有关参数;

否则要改变h值重新进行计算,直到满足设计要求为止. 当h=5时,ASR退饱和超调量为 δ%= 式中,为电动机允许过载系数,按题意 =2.1;

z为负载系数,设为理想空载起动,则z=0;

为调速系统开环机械特性的额定稳态速降,= ;

是基准值为时的超调量相对值,而=. 当h=5时,=81.2%,故起动到额定转速,即=时,退饱和超调量为 δ=9.2%10% 满足设计要求. 空载起动到额定转速的过渡过程中,由于在大部分时间内ASR饱和而不起调节作用,使过渡过程时间延长, 可表示为 =+ 其中为恒流升速时间,是退饱和超调过渡过程时间. ==s=0.31s 退饱和超调过渡过程时间等于动态速升的回复时间.当h=5时=8.8=0.153s.但恢复时间是按误差为5%计算的.这里=2TN= =170.4r/min,故5%= 8.5r/min.这就是说,转速进入8.5r/min 的恢复时间为 0.153s.但这里的恢复时间应按转速进入5%来计算,由于5% =75 r/min 〉〉8.5 r/min,显然所需时间将远小于0.153s,故可忽略不计,于是=0.31s.可见,能满足设计要求.这样,就可根据h=5选择转速调节器的参数. ASR的时间常数为 =h=50.0174s=0.087s 转速环开环增益为 == ASR比例系数为 ==8.4 如设调节器输入电阻 =20k,则==8.420 k=168k,取160 k ===0.54,取0.47 ===2,取2 校验近似条件 转速环截止频率为 ===396.40.087 =34.5 电流闭环传递函数简化条件为,现==54.1>

故满足该简化条件. 小时间常数近似处理条件为 ,现==38.75>

故满足该简化条件 5)易犯错误 由例2-2知,此系统是有差系统,ASR似乎可用比例调节器并按典型I型系统进行设计.这时,转速环的开环放大系数为 = 根据设计指标,转速超调量要求δ10%,据此可选择参数为 =0.69 于是 =9.7 上述设计过程的错误是:ASR采用比例调节器,当其放大系数为9.7时,虽可满足动态指标的要求,但却无法满足稳态指标要求.由前述计算可知,发展稳态指标要求时KASR=76.3,即ASR采用比例调节器时无法解决动、稳态之间的矛盾,只有当ASR采用PI调节器(或近似PI调节器)后,才能较好地解决这个矛盾.为此,当系统对稳态指标要求较高时,即使是有差系统,ASR仍应采用PI调节器,并按典型II型系统进行设计. 另外,计算空载起动到额定转速的过渡过程时间时,若查教材表2-6,当h=5时,得=9.55=9.550.174 s = 0.17 s 是不对的,此错误在于:教材表2-6所列数据是系统处于线性状态下得到的跟随性指标,它只适用与线性系统.而实际系统在突加给定后,由于ASR饱和不再起调节作用,因此其过渡过程时间 将延长,其值主要由恒流升速的过程时间所决定. Ⅱ 用西门子调节器最佳整定法设计 (1)电流环的动态校正 双闭环系统中电流环的动态结构图,如教材中图2-27所示.对于这种调节对象由一个大惯性环节和一个小惯性群所组成的系统,电流调节器可以采用PI调节器,即 如果调节器按下列调节选择参数,电流环即将被校正为二阶最佳闭环调节系统 所得调节器参数为 ==0.07 == s = 0.021 s 因=20k,故==1.05,取1,于是= =70 ,取68.这时电流环可达到的动态指标为:最大超调量 %=4%, 上升时间 =4.7=4.7* 0.0037s=0.017. (2)转速环的动态校正 将电流环与上述的工程设计方法同样处理,可画出转速环的动态机构图如教材中图2-33所示.对于这种调节对象由一个积分环节和一个小惯性群组成的系统,转速调节器可以采用PI调节器,即 如果调节器按下述条件选择参数,系统即被校正为三阶最佳闭环调节系统 == 所得调节器参数为 ==4*0.0174s=0.0696s ==7 因=20k,故==7*20 k=140 k,取=130 k,则==0.54F,取=0.47F.给定滤波器的时间常数为 =4=0.0696s 当转速调节器采用上述参数,并在输入端加给定滤波器后,系统可以达到的动态指标为:转速最大超调量δ=8.1%,过渡过程时间=16.4=16.4*0.0174s=0.265s. Ⅲ 两种设计方法的分析比较 (1)西门子设计方法中的二阶最佳系统,与工程设计方法中的典型I型系统在结构上是一样的.前者选择参数的条件,相当于典型I型系统中选 的情况. (2)西门子设计方法中三阶最佳系统与工程设计方法中的典型II型系统在结构上是一样的.前者选择参数的条件,相当于典型II型系统中选中频宽h=4的情况. (3)西门子设计方法的主要缺点是转速超调量计算未考虑ASR饱和,因此给出的δ 过大;