自动控制系统1_第9章 典型控制系统举例

9.4 典型控制系统举例 9.4.1 串级控制系统 9.4.2 前馈—反馈控制系统
第9章 典型控制系统举例
9.1 单闭环调速系统的性能分析
9.1.1 单闭环有静差调速系统
反馈通道传递函数 开环传递函数
若Tm＞4Td
9.1.1 单闭环有静差调速系统
根据式(9 1)可得闭环传递函数
9.1.1 单闭环有静差调速系统
在系统的开环传递函数表达式中代入已知参数和Kc的值，并对分母作因式分解， 得
可作出系统的开环对数频率特性
3.开环频率特性分析
图9-4 有静差系统的开环对数频率特性曲线
3.开环频率特性分析
图9-5 单闭环无静差调速系统
9.1.2 单闭环无静差调速系统
1.动态性能分析 2.稳态性能分析 对于Ⅰ型系统，在给定信号Ｕn(s)=1/s的作用下， 稳态误差essr=0。 3.开环频率特性分析
将电流环设计成典型Ⅰ型系统。由图9 12c可见，系统固有部分的传递函
采用PI调节器，即有 取τi=0.03s，则可将G0(s)中的大惯性环节对消，校正后的系统开环传 递函数为
2.电流调节器参数的设计 将电流环设计成典型Ⅰ型系统。
图9-12 电流环动态结构图的简化
2.电流调节器参数的设计 将电流环设计成典型Ⅰ型系统。
9.1.2 单闭环无静差调速系统
图9-6 单闭环无静差调速系统的动态结构图 图说
9.1.2 单闭环无静差调速系统
对于分母中的二次因式来说，若Tm＞4Td，则可作因式分解，得 取τ1=T1
1.动态性能分析
将系统参数代入式(9 5)得 对分母中的二次因式进行因式分解，有 取τ1=0.162s
反馈通道传递函数为
1.电流环的简化 因为转速对给定信号的响应时间比电流对给定 信号的响应时间长得多，因此，在计算电流的动态响应时，可以 把转速看作恒值量，即将反电势E近似地视为不变，而恒值量对动 态分量是没有影响的，所以，在分析电流环的动态响应时，可将
反电势E忽略不计。
2.电流调节器参数的设计 将电流环设计成典型Ⅰ型系统。
1.动态性能分析 设系统的参数为：
将参数代入闭环传递函数的表达式，得 这是一个三阶系统，根据劳斯判据，可得系统的稳定条件为
由此得系统在Kc＜5 97时稳定。
9.1.1 单闭环有静差调速系统
图9-1 单闭环有静差调速系统
9.1.1 单闭环有静差调速系统
图9-2 单闭环有静差调速系统的动态结构图 —比例调节器系数 —晶闸管整流器与触发装置的电压放大倍数
—可控硅整流电路的延迟时间常数 —电动机的电磁时间常数 —电枢电阻 —机电时间常数 —反电势系数 —速度反馈系数
1.动态性能分析
考虑到Ts很小，可忽略，将式(9 1)近似写为
闭环传递函数可近似写为 将各参数代入闭环传递函数的表达式，得
这是一个二阶系统，其超调量只与ξ有关。系统性能指标的计算可以采用典型二 对照二阶系统闭环传递函数的标准式，可得
可将系统设计成最佳二阶系统，即
调节时间
2.稳态性能分析 系统的动态结构图可简化为图9-3所示。
统的动态结构图可简化为图9 3 设给定信号作用时，由图9 3可见，系统是0型系统，当Ｕn(s)=1s时，系统存 在稳态误差，其大小可按下式计算
2.稳态性能分析 系统的动态结构图可简化为图9-3所示。
图9-3 简化的系统动态结构图
系统总的稳态误差为ess=essr+essd=0。
3.开环频率特性分析
根据系统的动态结构图可得到系统的开环传递函数为
取τ1=T1=0.162s，并将已知参数和Kc=01 所以有20lgK=20lg13.09=22.34dB
3.开环频率特性分析
图9-7 无静差系统的开环对数频率特性曲线
3.开环频率特性分析
2.稳态性能分析 系统的动态结构图可简化为图9-3所示。
在扰动信号作用时，设〖BF〗〖WTBX〗Ｕ〖WTBZ n(〖WTBX〗 s)=0IL(s)=1ts， 由第6章内容可知扰动作用下的误差传递函数其稳态误差为
将各参数代入上式
则系统总的稳态误差为ess=essr+essd=1.44
3.开环频率特性分析
可作出系统的开环对数频率特性曲线如图9 7所示。由图中可确 ωc=13.09s-1
9.2 双闭环调速系统的设计举例
Байду номын сангаас
9.2.1 双闭环调速系统的组成及系统的数学模型
图9-8 转速、电流双闭环调速系统
9.2.1 双闭环调速系统的组成及系统的数学模型
图9-9 转速、电流双闭环调速系统的方框图
9.2.1 双闭环调速系统的组成及系统的数学模型
图9-10 双闭环调速系统的动态结构
9.2.1 双闭环调速系统的组成及系统的数学模型
图9-11 代入参数后双闭环调速系统的动态结构图
9.2.2 电流环的简化及调节器参数的设计
1.电流环的简化 因为转速对给定信号的响应时间比电流对给定 信号的响应时间长得多，因此，在计算电流的动态响应时，可以 把转速看作恒值量，即将反电势E近似地视为不变，而恒值量对 动态分量是没有影响的，所以，在分析电流环的动态响应时，可 将反电势E忽略不计。 2.电流调节器参数的设计 将电流环设计成典型Ⅰ型系统。 3.电流环的对数幅频特性 电流环的对数幅频特性曲线如图9-14 所示。
9.1 单闭环调速系统的性能分析 9.1.1 单闭环有静差调速系统 0.006 33×0.201 67＞0.000 01(Kc+1) 9.1.2 单闭环无第静9章差调典速型系控统制系统举例 9.2 双闭环调速系统的设计举例 9.2.1 双闭环调速系统的组成及系统的数学模型 9.2.2 电流环的简化及调节器参数的设计 9.2.3 速度环的简化及调节器参数的设计 9.3 随动系统的组成与特点 9.3.1 系统组成 9.3.2 系统框图 9.3.3 控制特点
1.动态性能分析
考虑到Ts=0.001 67s，相对于其他时间常数很小，可忽略不计。因此，系统的 闭环传递函数可近似成
1.动态性能分析
对照二阶系统的标准形式，有
若要求系统ξ=0.707，则可解得 调节时间
2.稳态性能分析
对于Ⅰ型系统，在给定信号Ｕn(s)=1/s的作用下，稳态误差essr=0。 扰动信号作用下的稳态误差可以根据图9 3，将图中的Kc换成 求得