欢迎您来到武汉市木森电气有限公司!木森电气真诚欢迎各界同仁全面合作,携手共进!
24小时全国免费服务电话:400-002-7608 技术指导:13971685238
服务与支持
销售热线:400-002-7608
     027-87513099
售后服务:027-87596340
传真号码:027-87512899
在线客服: 点击这里给我发消息
电子邮箱:msdq027@126.com

调节器的工程设计方法


2017-04-28 10:30   点击:60
                        
    一、控制系统的动态性能指标
    自动控制系统的动态性能指标包括:
    跟随性能指标   抗扰性能指标
    1. 对给定输入跟随能力的性能指标:
    在给定信号或参考输入信号的作用下,系统输出量的变化情况可用跟随性能指标来描述。常用的阶跃响应跟随性能指标有:
    ·tr — 上升时间
    ·σ — 超调量
    ·ts — 调节时间

    2. 对扰动输入抵抗能力的性能指标
    系统:稳态运行→受扰→稳态
    抗扰性能指标标志着控制系统抵抗扰动的能力。常用的抗扰性能指标有
    ·Cmax — 动态降落
    ·tv — 恢复时间
    一般来说,调速系统的动态指标以抗扰性能为主,而随动系统的动态指标则以跟随性能为主。
    二、突加扰动的动态过程和抗扰性能指标
    1. 典型I型系统
    ① 结构图与传递函数
    式中 T — 系统的惯性时间常数
    (系统固有,不变);
    K — 系统的开环增益(可变)。
    ② 开环对数频率特性
    ③ 性能特性
    典型的I型系统结构简单,其对数幅频特性的中频段以–20 dB/dec 的斜率穿越 0dB 线,只要参数的选择能保证足够的中频带宽度,系统就一定是稳定的,且有足够的稳定裕量,即选择参数满足
    
    于是,相角稳定裕度  
    对于给定作用的跟随性是一阶无静差,σ%较小,但抗扰能力稍差。
    2.典型Ⅱ型系统
    ① 结构图和传递函数
    是Ⅱ型系统中最简单且稳定的结构。许多采用PI调节器的调速系统和随动系统都可以成这种结构形式。
    ② 开环对数频率特性
    
    对于给定作用的跟随性是二阶无静差,而且可以得到比较好的抗扰性能,但 σ% 较大。
典型I型系统跟随性能指标和频域指标与参数的关系
    (ξ与KT的关系服从于式(*))
    具体选择参数时,应根据系统工艺要求选择参数以满足性能指标。
    典型I型系统抗扰性能指标与参数的关系
    (1)稳态抗扰性能指标:由于扰动输入为阶跃信号,其输出为无静差。即,系统受扰后可完全恢复。
    (2)动态抗扰性能指标
    典型 I 型系统
    扰动 F 作用下的典型 I 型系统 a)
    上图是在扰动 F 作用下的典型 I 型系统,其中,W1 (s)是扰动作用点前面部分的传递函数,后面部分是W2 (s) 。
    在一个系统中,扰动作用点是不同的,某种定量的抗扰性能指标只适用于一种特定的扰动作用点。因此,分析抗扰性能指标较复杂。
    在此只分析W1 (s)、W2 (s) 各是一种特定形式的抗扰性能,其它情况可仿此处理。
    三、典型Ⅱ型系统参数和性能指标的关系
    (一)参数
    在典型Ⅱ型系统的开环传递函数式中,与典型 I 型系统相仿,时间常数 T 也是控制对象固有的。所不同的是,待定的参数有两个: K 和 ,这就增加了选择参数工作的复杂性。
    为了分析方便起见,引入一个新的变量 如下图,令
    典型Ⅱ型系统的开环对数幅频特性
典型Ⅱ型系统的开环对数幅频特性和中频宽
    参数之间的一种最佳配合
    采用“振荡指标法”中的闭环幅频特性的谐振峰值最小准则,可以找到和两个参数之间的一种最佳配合:

    只要按照动态性能指标的要求确定了h 值,就可以代入这两个公式计算K 和 τ ,并由此计算调节器的参数。
    (二)性能指标
    1. 典型Ⅱ型系统参数和的跟随性能指标关系
    (1)稳态跟随性能指标
    Ⅱ型系统在不同输入信号作用下的稳态误差列于如下表
    Ⅱ型系统在不同输入信号作用下的稳态误差

    2. 典型Ⅱ型系统参数和抗扰性能指标的关系
    (1)稳态抗扰性能指标:由于扰动输入为阶跃信号,其输出为无静差。即,系统受扰后可完全恢复。
    (2)动态抗扰性能指标
    研究结构图形式相当于双闭环调速系统中的转速环,扰动作用点 F 相当于负载扰动。
    a)
    抗扰系统结构
    b)
典型II型系统在某种扰动作用下的动态结构图
    动扰系统的输出响应
    在阶跃扰动下:
    四、调节器结构的选择和传递函数的近似 处理——非典型系统的典型化
    前面讨论了两类典型系统及其参数的选择方法。在电力拖动自动控制系统中,大部分调节对象只要配上适当的调节器,就可以校正成典型系统。但有一些实际系统不可能校正成典型形式,需要经过近似处理,才能使用本章讨论的工程设计方法。本节首先概况一下调节器的选择方法,然后着重讨论低频段大惯性环节和高频段小惯性环节的近似处理。
    表a 校正成典型I型系统的几种调节器选择
    表b 校正成典型II型系统的几种调节器选择
    (一)传递函数近似处理
    1. 高频段小惯性环节的近似处理
    实际系统中往往有若干个小时间常数的惯性环节,这些小时间常数所对应的频率都处于频率特性的高频段,形成一组小惯性群。例如,系统的开环传递函数为
    当系统有一组小惯性群时,在一定的条件下,可以将它们近似地看成是一个小惯性环节,其时间常数等于小惯性群中各时间常数之和。
    例如:
    近似条件:
    2. 高阶系统的降阶近似处理
    上述小惯性群的近似处理实际上是高阶系统降阶处理的一种特例,它把多阶小惯性环节降为一阶小惯性环节。下面讨论更一般的情况,即如何能忽略特征方程的高次项。以三阶系统为例,设
    其中,a,b,c都是正系数,且bc > a,即系统是稳定的。
    降阶处理
    若能忽略高次项,可得近似的一阶系统的传递函数为
    近似条件
    3. 低频段大惯性环节的近似处理
    表b 中已经指出,当系统中存在一个时间常数特别大的惯性环节时,可以近似地将它看成是积分环节,即

    近似条件
    例如:

相关搜索: 调节器的工程设计方法

上一篇: 单片机定时器/计数器的工作原理
下一篇: 安全电压与电击防护