电气传动控制系统调节器的

• K 與開環對數頻率特性的關係
下圖繪出了在不同 K 值時典型 I 型系統的開 環對數頻率特性，箭頭表示K值增大時特性變 化的方向。
• K 與截止頻率 c （截止頻率）的關係
當c < 1 / T時，特性以–20dB/dec斜率穿 越零分貝線，系統有較好的穩定性。由圖 中的特性可知
20 lg K 20(lg c lg 1) 20 lg c
180 90 arctg cT 90 arctg cT 45
2. 1 典型I型系統性能指標和參數的關係
典型I型系統的開環傳遞函數如下式所示: K W ( s) s(Ts 1)
它包含兩個參數：開環增益 K 和時間常 數 T 。其中，時間常數 T 在實際系統中往 往是控制對象本身固有的，能夠由調節器 改變的只有開環增益 K ，也就是說，K 是 唯一的待定參數。設計時，需要按照性能 指標選擇參數 K 的大小。
•典型I型系統跟隨性能指標與參數的關係
（1）穩態跟隨性能指標：系統的穩態跟隨性 能指標可用不同輸入信號作用下的穩態誤差 來表示。
I型系統在不同輸入信號作用下的穩態誤差
輸入信號 階躍輸入
穩態誤差 0
斜坡輸入
加速度輸入

v0 / K
由表可見： 在階躍輸入下的 I 型系統穩態時是無差的； 但在斜坡輸入下則有恆值穩態誤差，且 與 K 值成反比； 在加速度輸入下穩態誤差為 。 因此，I型系統不能用於具有加速度輸入 的隨動系統。
1.1. 1 跟隨性能指標： 在給定信號或參考輸入信號的作用下， 系統輸出量的變化情況可用跟隨性能指標 來描述。常用的階躍回應跟隨性能指標有
tr — 上升時間：輸出量第一次達到穩
態值的時間 — 超調量：輸出量超過穩態值與穩 態值之比，用百分數表示 ts — 調節時間：輸出量進入穩態值的 ±2%～5%，並不在逸出的時間
電氣傳動控制系統調節器的 工程設計方法
電氣傳動控制系統能
穩定、準確、快速工作的
關 鍵
調節器的設計技術 對稱 最佳
方 法
模最 佳
德國西門子公司提出的
“調節器最佳整定法”
設計思路
分析和歸 類系統
合理近似 簡化
典型系統
本節應瞭解的問題
•典型系統的結構、標準形式及頻率特性
•典型二階系統的性能指標及與參數間關係 •典型三階系統的性能指標及與參數間關係
1.1.2 抗擾性能指標
抗擾性能指標標誌著控制系統抵抗擾動 的能力。常用的抗擾性能指標有
Cmax — 動態降落：輸出量與原穩態 值的最大偏差與原穩態值之比
tv — 恢復時間：輸出量進入原穩態
值的95%～98%範圍的時間
1.2 誤差性能指標
1.2.1誤差性能指標含義：
電氣傳動控制系統的誤差性能指標 是指穩定系統在給定信號和擾動信號作 用下，當暫態過程結束後穩態回應的期 望值與實際值之間的誤差 對給定信號的
（2）動態跟隨性能指標
• 閉環傳遞函數：典型 I 型系統是一種二階 系統，其閉環傳遞函數的標準形式為 2 C ( s) n Wcl ( s ) 2 2 R( s ) s 2n s n
d d 2 1 2
R( s ) 0
F (s)
W1 ( s)
W2 ( s)
C ( s)
2. 典型I型系統（二階系統）
• 結構圖與傳遞函數
R( s)
K s (Ts 1)
C (s)
K W ( s) s(Ts 1)
一個慣性和 一個積分
式中 T — 系統的慣性時間常數； K — 系統的開環增益。
• 開環對數頻率特性
dB/dec
dB/dec
• 性能Baidu Nhomakorabea性
典型的I型系統結構簡單，其對數幅頻特 性的中頻段以 –20 dB/dec 的斜率穿越 0dB 線，只要參數的選擇能保證足夠的中頻帶 寬度，系統就一定是穩定的，且有足夠的 穩定裕量，即選擇參數滿足
1 c T
或
cT 1
於是，相角穩定裕度
對擾動信號的
跟蹤穩態誤差
擾動穩態誤差
1.2.2 跟蹤穩態誤差： 在給定作用下輸出回應希望值 R( s) 與實際 值 C ( s)之差
即：
R( s)
E ( s) R( s) C ( s) W ( s )W ( s ) R( s) R( s) 1 W ( s )W ( s )
r 1 2 1 2
•非典型系統的典型化處理方法
•電氣傳動控制系統中濾波器的作用和選擇
系統歸類常用方法
在現代電氣傳動系統中除電機外， 系統中的元器件都是由慣性很小的電 力電子器件，積體電路等組成。故一 般系統都可以近似為低階系統；再運 用運算放大器（或數字式微處理器） 構成比例，積分，微分等控制規律的 調節器。把實際系統校正為典型的低 階系統結構。
一、典型系統分析
一般來說，直流電氣傳動控制系統的開 環傳遞函數都可表示為
R(s)
W ( s)
m
C(s)
W ( s)
K ( j s 1) s r (Ti s 1)
i 1 j 1 n
上式中，分母中的 sr 項表示該系統在原 點處有 r 重極點，或者說，系統含有 r 個 積分環節。根據 r=0，1，2，…等不同數 值，分別稱作0型、I型、Ⅱ型、…系統。
自動控制理論已經證明，0型系統穩 態精度低，而Ⅲ型和Ⅲ型以上的系統 很難穩定。
因此，為了保證穩定性和較好的 穩態精度，多選用I型和II型系統。
1、控制系統的性能指標
1.1動態性能指標含義：
電氣傳動控制系統的動態指標是指 系統在給定信號和擾動信號作用下，系 統輸出在動態回應中的各種指標 對給定信號的 跟隨性能指標 對擾動信號的 抗擾性能指標
F ( s) 0
W1 ( s)
W2 ( s)
C ( s)
注意：跟蹤穩態誤差與開環增益 K及輸入信號形式與大小有關
1.2.3 擾動穩態誤差：
擾動作用下輸出希望值 0 與實際值 C ( s) 之差
d
即：
E (s) 0 C (s) W (s) F (s) 1 W ( s )W ( s )
所以 K = c （當
1 c T
時）
上式表明，K 值越大，截止頻率c 也越大，系統回應越快，但相角穩定 裕度 = 90°– arctgcT 越小，這也 說明快速性與穩定性之間的矛盾。在 具體選擇參數 K時，須在二者之間取 折衷。
下麵將用數字定量地表示 K 值與各 項性能指標之間的關係。