1、电气传动控制系统调节器的工程设计方法,电气传动控制系统能稳定、准确、快速工作的,调节器的设计技术,德国西门子公司提出的“调节器最佳整定法”,模最佳,对称最佳,设计思路,分析和归类系统,合理近似简化,典型系统,本节应了解的问题,典型系统的结构、标准形式及频率特性,典型二阶系统的性能指标及与参数间关系,典型三阶系统的性能指标及与参数间关系,非典型系统的典型化处理方法,电气传动控制系统中滤波器的作用和选择,系统归类常用方法 在现代电气传动系统中除电机外，系统中的元器件都是由惯性很小的电力电子器件，集成电路等组成。故一般系统都可以近似为低阶系统；再运用运算放大器（或数字式微处理器）构成比例，积分，微分
2、等控制规律的调节器。把实际系统校正为典型的低阶系统结构。,一、典型系统分析,一般来说，直流电气传动控制系统的开环传递函数都可表示为,上式中，分母中的 sr 项表示该系统在原点处有 r 重极点，或者说，系统含有 r 个积分环节。根据 r=0，1，2，等不同数值，分别称作0型、I型、型、系统。,自动控制理论已经证明，0型系统稳态精度低，而型和型以上的系统很难稳定。因此，为了保证稳定性和较好的稳态精度，多选用I型和II型系统。,1、控制系统的性能指标,1.1动态性能指标含义：电气传动控制系统的动态指标是指系统在给定信号和扰动信号作用下，系统输出在动态响应中的各种指标对给定信号的 跟随性能指标对扰动信
3、号的 抗扰性能指标,1.1.1 跟随性能指标：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：输出量第一次达到稳态值的时间 超调量：输出量超过稳态值与稳态值之比，用百分数表示ts 调节时间：输出量进入稳态值的2%5%，并不在逸出的时间,1.1.2 抗扰性能指标,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：输出量与原稳态值的最大偏差与原稳态值之比tv 恢复时间：输出量进入原稳态值的95%98%范围的时间,1.2 误差性能指标,1.2.1误差性能指标含义：电气传动控制系统的误差性能指标是
4、指稳定系统在给定信号和扰动信号作用下，当暂态过程结束后稳态响应的期望值与实际值之间的误差对给定信号的 跟踪稳态误差 对扰动信号的 扰动稳态误差,1.2.2 跟踪稳态误差：,注意：跟踪稳态误差与开环增益K及输入信号形式与大小有关,1.2.3 扰动稳态误差：,2.典型I型系统（二阶系统）,结构图与传递函数,式中 T 系统的惯性时间常数；K 系统的开环增益。,一个惯性和一个积分,开环对数频率特性,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,或,于是
5、，相角稳定裕度,2.1 典型I型系统性能指标和参数的关系,典型I型系统的开环传递函数如下式所示:它包含两个参数：开环增益 K 和时间常数 T。其中，时间常数 T 在实际系统中往往是控制对象本身固有的，能够由调节器改变的只有开环增益 K，也就是说，K 是唯一的待定参数。设计时，需要按照性能指标选择参数 K 的大小。,K 与开环对数频率特性的关系,下图绘出了在不同 K 值时典型 I 型系统的开环对数频率特性，箭头表示K值增大时特性变化的方向。,K 与截止频率 c（截止频率）的关系,当c 1/T时，特性以20dB/dec斜率穿越零分贝线，系统有较好的稳定性。由图中的特性可知,所以 K=c,（当 c
6、时）,上式表明，K 值越大，截止频率c 也越大，系统响应越快，但相角稳定裕度=90 arctgcT 越小，这也说明快速性与稳定性之间的矛盾。在具体选择参数 K时，须在二者之间取折衷。下面将用数字定量地表示 K 值与各项性能指标之间的关系。,典型I型系统跟随性能指标与参数的关系,（1）稳态跟随性能指标：系统的稳态跟随性能指标可用不同输入信号作用下的稳态误差来表示。,I型系统在不同输入信号作用下的稳态误差,由表可见：在阶跃输入下的 I 型系统稳态时是无差的；但在斜坡输入下则有恒值稳态误差，且与 K 值成反比；在加速度输入下稳态误差为。因此，I型系统不能用于具有加速度输入的随动系统。,（2）动态跟随性能指标,闭环传递函数：典型 I 型系统是一种二阶系统，其闭环传递函数的标准形式为,式中 n 无阻尼时的自然振荡角频率，或 称固有角频率；阻尼比，或称衰减系数。从典型 I 型系统标准形式可以求出,换算得:,且有:,二阶系统的性质当 1 时，系统动态响应是欠阻尼的振 荡特性，当 1 时，系统动态响应是过阻尼的单调特性；当=1 时，系统动态响应是临界阻尼。,由于过阻尼特性动态响应较慢，所以一般常把系统
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