转速负反馈单闭环直流调速系统ppt课件.ppt

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1、直流调速系统运动控制系统运动控制系统第 2 章篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.3 转速负反馈单闭环直流调速系统转速负反馈单闭环直流调速系统2.3.1 2.3.1 单闭环调速系统的组成及静特性单闭环调速系统的组成及静特性2.3.2 2.3.2 单闭环调速系统的动态分析单闭环调速系统的动态分析2.3.3 2.3.3 无静差调速系统的积分控制规律无静差调速系统的积分控制规律2.3.4 2.3.4 单闭环调速系统的限流保护单闭环调速系统的限流保护篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计

2、时计分系统是一种得分类型的系统2.3.1 单闭环调速系统的组成及静特性单闭环调速系统的组成及静特性控制器控制器功率驱动装置功率驱动装置生产机械生产机械电动机电动机转速给定转速给定电网电网转速反馈转速反馈转速负反馈单闭环调速系统原理框图转速负反馈单闭环调速系统原理框图篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统1.单闭环调速系统的组成单闭环调速系统的组成采用转速负反馈的单闭环调速系统+ATG+UtgnUn U*nMTGIdUnUdUctGT+放大器放大器L测速测速发电机发电机篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的

3、，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.转速负反馈单闭环调速系统的静特性转速负反馈单闭环调速系统的静特性（1）忽忽略略各各种种非非线线性性因因素素，假假定定系系统统中中各各环环节节的的输入输出关系都是线性的；输入输出关系都是线性的；（2）V-M系统工作在开环机械特性的连续段；系统工作在开环机械特性的连续段；（3）忽略控制电源和电位器的等效电阻。）忽略控制电源和电位器的等效电阻。为分析闭环调速系统的稳态特性，先作如下的假定：篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统电压比较环节电压比较环节 放大器放大器 电力电子变换

4、器电力电子变换器 调速系统开环机械特性调速系统开环机械特性 测速反馈环节测速反馈环节 n 各环节静态关系各环节静态关系篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 以上各关系式中以上各关系式中 放大器的电压放大系数；电力电子变换器的电压放大系数；转速反馈系数，（Vmin/r）；UPE的理想空载输出电压；电枢回路总电阻。KpKsRUd0篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统采用转速负反馈的单闭环调速系统+ATG+UtgnUn U*nMTGIdUnUd0UctGT+

5、LKpKs 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统KpKs 1/CeU*nUctUnEnUd0Un+IdR_UnKsn 转速负反馈单闭环调速系统静态结构图转速负反馈单闭环调速系统静态结构图_ 由上述五个关系式可以得到转速负反馈单闭环调速系统静态结构图。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统U*nKpKs 1/CeUcUn n Ud0Un+-+KpKs 1/Ce-IdR nUd0+-Ea）只考虑给定作用时的闭环系统）只考虑给定作用时的闭环系统b）只考虑扰动作

6、用时的闭环系统）只考虑扰动作用时的闭环系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n 静特性方程式静特性方程式 将给定输入和扰动输入下系统的静态方程叠加，推导出整个系统的静特性方程静特性方程式：式中，为闭环系统的放大倍数。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n注意：注意：闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）间的稳态关系，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大不同，故定名为“静静特特性性”，以示区别。篮球比赛是根据运动队在规

7、定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 比较一下开环系统的机械特性和闭环系统的静特性，就能清楚地看出反馈闭环控制的优越性。如果断开反馈回路，则上述系统的开环机械特性为 而闭环时的静特性可写成 3.开环系统机械特性开环系统机械特性 和闭环系统静特性的关系和闭环系统静特性的关系篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 在同样的负载扰动下，两者的转速降落分别为 和 它们的关系是(1)闭环系统机械特性的硬度大大提高闭环系统机械特性的硬度大大提高篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少

8、来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 闭环系统和开环系统的静差率分别为 和 当 n0op=n0cl 时，(2)n0op=n0cl时，闭环系统静差率小许多时，闭环系统静差率小许多篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 如果电动机的最高转速都是nmax；而对最低速静差率的要求相同，那么：开环时，闭环时，再考虑nop和ncl之间的关系，得(3)静差率一定时，闭环系统调速范围大大提高静差率一定时，闭环系统调速范围大大提高篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统

9、是一种得分类型的系统 如要维持系统运行速度不变，需要闭环系统的 是开环系统的(1+K)倍。同时，前三项优点若要有效，也要有足够大的K，因此必须设置放大器。(4)给定电压相同时，闭环系统空载转速大大降低给定电压相同时，闭环系统空载转速大大降低篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器（控制器）须增设电压放大器（控制器）以及检测与反馈装置以及检测与反馈装置。结论结论3：篮球比赛是根据运动队在规定

10、的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n例例2.2 对于例2.1所示的开环系统，采用转速负反馈构成单闭环系统，且已知晶闸管整流器与触发装置的电压放大系数 Ks=30，=0.015Vmin/r，为了满足给定的要求，计算放大器的电压放大系数KP。KpKs 1/CeU*nUctUnEnUd0Un+IdR_UnKs_篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统解：解：在例2.1中已经求得 nop=275 r/min，但为了满足D=20，s 5%的调速要求，须 ncl=2.63 r/min，由式：

11、可得篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统代入已知参数，则得 即只要放大器的放大系数等于或大于46，闭环系统就能满足所需的稳态性能指标。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统nOIdId1Id2AA开环机械特性开环机械特性图2.19 闭环系统静特性和开环机械特性的关系Ud4Ud3Ud2Ud1Kp U*nUnUn+_Un1/CeUctEnUd0+IdRKs_BId3Id4CD闭环静特性闭环静特性篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此

12、，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 由此看来，闭环系统能够减少稳态速降的实实质质在在于于它它的的自自动动调调节节作作用用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 转速反馈单闭环调速系统是一种基本的反馈控制系统，它具有以下三个基本特三个基本特征征，也就是反馈控制的基本规律，各种不另加其他调节器的基本反馈控制系统都服从于这些规律。4.单闭环调速系统的基本特征单闭环调速系统的基本特征篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比

13、赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 闭环系统的稳态速降为 只有 K=，才能使 ncl=0，而这是不可能实现的。因此，这样的调速系统叫做有静差调速系统。实际上，这种系统正是依靠被调量的偏差进行控制的。(1)具有比例放大器的单闭环系统存在静差具有比例放大器的单闭环系统存在静差篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统(2)闭环系统具有较强的抗干扰性能闭环系统具有较强的抗干扰性能调速系统的扰动源：n负载变化的扰动（使Id变化）；n交流电源电压波动的扰动（使Ks变化）；n电动机励磁的变化的扰动（造成Ce 变化）；n放大器输出电压漂移的

14、扰动（使Kp变化）；n温升引起主电路电阻增大的扰动（使R变化）；n检测误差的扰动（使变化）。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n 扰动作用的位置扰动作用的位置图2.20 闭环调速系统的给定作用和扰动作用 励磁变化励磁变化Id变化变化电源波动电源波动Kp变化变化电阻变化电阻变化检测误差检测误差KpKs 1/CeU*nUcUnEnUd0Un+-R 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n反馈控制系统对被反馈环包围的前向通道上的扰动都有抑制功能。n但是，如果

15、在反馈通道上的测速反馈系数受到某种影响而发生变化，它非但不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。n 扰动带来的影响扰动带来的影响篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 反馈控制系统的规律是：一方面能够反馈控制系统的规律是：一方面能够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向通有效地抑制一切被包在负反馈环内前向通道上的扰动作用；另一方面，则紧紧地跟道上的扰动作用；另一方面，则紧紧地跟随着给定作用，对给定信号的任何变化都随着给定作用，对给定信号的任何变化都是唯命是从的。是唯命是从的。结论结论4：篮球比赛是根据运动队在规定的比

16、赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n给给定定精精度度由于给定决定系统输出，输出精度自然取决于给定精度。如果产生给定电压的电源发生波动，反馈控制系统无法鉴别是对给定电压的正常调节还是不应有的电压波动。因此，高精度的调速系统必须有更高精度的给定稳压电源。n检检测测精精度度反馈检测装置的误差也是反馈控制系统无法克服的，因此检测精度决定了系统输出精度。(3)系统的精度依赖于给定和检测元件的精度系统的精度依赖于给定和检测元件的精度篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.3.2 单闭环调速系

17、统的动态分析单闭环调速系统的动态分析 通过稳态性能的研究可知：引入转速负反馈并使放大倍数 K 足够大，就可以减少稳态速降，满足系统的稳态要求。但是放大系放大系数过大，会使数过大，会使闭环系统闭环系统动态性能变差，甚至动态性能变差，甚至造成不稳定造成不稳定，因此有必要对系统进行动态性能的分析。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 为了分析调速系统的稳定性稳定性和动态品质动态品质，必须首先建立描述系统动态物理规律的数学模必须首先建立描述系统动态物理规律的数学模型型，对于连续的线性定常系统，其数学模型是常微分方程，经过拉氏变换，

18、可用传递函数和动态结构图表示。1.单闭环调速系统的动态数学模型单闭环调速系统的动态数学模型篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 建立系统动态数学模型的基本步骤：建立系统动态数学模型的基本步骤：（1）根据系统中各环节的物理规律，列出 描述该环节动态过程的微分方程；（2）求出各环节环节的传递函数；（3）组成系统的动态结构图并求出系统系统的 传递函数。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统+A+UtgnUn U*nMTGIdUnUd0UctGT+L(1)额定励

19、磁下直流电动机的传递函数额定励磁下直流电动机的传递函数篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统TL+MUd0+E R Ln,Te idM图图2.21 直流电动机等效电路直流电动机等效电路 假定主电路电流连续，则电压平衡方程为：电压平衡方程电压平衡方程(1)额定励磁下直流电动机的传递函数额定励磁下直流电动机的传递函数篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统TL+MUd0+E R Ln,Te idM图图2.21 直流电动机等效电路直流电动机等效电路 忽略粘性磨擦及

20、弹性转矩，电机轴上的动力学方程为：转矩平衡方程转矩平衡方程(1)额定励磁下直流电动机的传递函数额定励磁下直流电动机的传递函数飞轮惯量篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统结合 ，并定义下列时间常数 电枢回路电磁时间常数，s；电力拖动系统机电时间常数，s。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统式中 为负载电流。将上述各式进行整理，得到微分方程组n 微分方程微分方程篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得

21、分类型的系统 在零初始条件下，取等式两侧的拉氏变换，得电压与电流间的传递函数电压与电流间的传递函数 电流与电动势间的传递函数电流与电动势间的传递函数 n 传递函数传递函数篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n 动态结构图动态结构图 Id(s)IdL(s)+-E(s)R TmsE(s)Ud0+-1/RTl s+1Id(s)+篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n(s)图图2.22 电流连续时直流电动机的动态结构图电流连续时直流电动机的动态结构图 1/Ce

22、Ud0(s)IdL(s)E(s)Id(s)+-1/R Tl s+1 R Tms篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 由上图可以看出，由上图可以看出，直流电动机有两个直流电动机有两个输入量输入量，一个是施加在电枢上的理想空载，一个是施加在电枢上的理想空载电压电压Ud0，另一个是负载电流，另一个是负载电流IdL。前者是。前者是控制输入量，后者是扰动输入量。如果不控制输入量，后者是扰动输入量。如果不需要在结构图中显现出电流，可将扰动量需要在结构图中显现出电流，可将扰动量的综合点移前，再进行等效变换。的综合点移前，再进行等效变换。

23、篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n(s)Ud0(s)+-1/Ce TmTl s2+Tms+1IdL(s)R(Tl s+1)n 带载时动态结构图的变换和简化带载时动态结构图的变换和简化a.IdL 0篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n(s)1/Ce TmTl s2+Tms+1Ud0(s)n 空载时动态结构图的变换和简化空载时动态结构图的变换和简化b.IdL=0篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是

24、一种得分类型的系统+ATG+UtgnUn U*nMTGIdUnUd0UctGT+L(2)晶闸管触发和整流装置的传递函数晶闸管触发和整流装置的传递函数篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统(2)晶闸管触发和整流装置的传递函数晶闸管触发和整流装置的传递函数 由由于于晶晶闸闸管管整整流流装装置置总总离离不不开开触触发发电电路路，因因此此在在进进行行系系统统分分析析时时，往往往往把把它它们们看作一个整体，作为看作一个整体，作为一个环节一个环节处理。处理。+Ud0UctGT篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因

25、此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 晶闸管触发和整晶闸管触发和整流装置的放大系数可流装置的放大系数可由工作范围内的特性由工作范围内的特性率决定，计算方法是率决定，计算方法是晶闸管触发与整流装置的输入-输出特性和的测定 n 放大系数放大系数Ks的求取的求取 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 如果不能实测特性，只好根据装置的参数估算。如果不能实测特性，只好根据装置的参数估算。n例如：例如：设触发电路控制电压的调节范围为设触发电路控制电压的调节范围为 Uc=010V 相对应的整流电压的变化范围是相对应的整流电压的

26、变化范围是 Ud=0220V 可取可取 Ks=220/10=22篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 晶闸管触发与整流装置的滞后效应是晶闸管触发与整流装置的滞后效应是由晶闸管的由晶闸管的失控时间失控时间引起的。引起的。晶闸管一旦导通后，控制电压的变化晶闸管一旦导通后，控制电压的变化在该器件关断以前就不再起作用在该器件关断以前就不再起作用，直到下，直到下一相触发脉冲来到时才能使输出整流电压一相触发脉冲来到时才能使输出整流电压发生变化，这就造成整流电压滞后于控制发生变化，这就造成整流电压滞后于控制电压的状况。电压的状况。n 滞

27、后时间滞后时间Ts的求取的求取 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统u2udUctt1OUc1Uc21ttOOO22Ud01Ud02Ts图图2.23 晶闸管触发与整流装置的失控时间晶闸管触发与整流装置的失控时间n 失控时间失控时间Ts的分析的分析 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 显然，失控制时间是随机的，它的大小随发显然，失控制时间是随机的，它的大小随发生变化的时刻而改变，最大可能的失控时间就是生变化的时刻而改变，最大可能的失控时间就是两个相邻自

28、然换相点之间的时间，与交流电源频两个相邻自然换相点之间的时间，与交流电源频率和整流电路形式有关，由下式确定率和整流电路形式有关，由下式确定式中式中 交流电流频率；交流电流频率；一周内整流电压的脉冲波数。一周内整流电压的脉冲波数。fmn 最大失控时间最大失控时间Tsmax的计算的计算 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 相对于整个系统的响应时间来说，相对于整个系统的响应时间来说，Ts 是不大的，是不大的，在一般情况下，可取其统计平均值在一般情况下，可取其统计平均值 Ts=Tsmax/2，并，并认为是常数。也有人主张按最严重

29、的情况考虑，取认为是常数。也有人主张按最严重的情况考虑，取Ts=Tsmax。下表列出了不同整流电路的失控时间。下表列出了不同整流电路的失控时间。表表2.2 不同整流电路的失控时间（不同整流电路的失控时间（f=50Hz）n Ts值的选取值的选取 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 由于 Ts 很小，为了分析和设计的方便，当系统的截止频率满足时，可将晶闸管触发和整流装置的传递函数近似成一阶惯性环节，即n 传递函数的近似处理传递函数的近似处理篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系

30、统是一种得分类型的系统Uc(s)Ud0(s)Uc(s)Ud0(s)(a)准确的(b)近似的n 动态结构图动态结构图 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 直流闭环调速系统中的其他环节还有比例放直流闭环调速系统中的其他环节还有比例放大器和测速反馈环节，它们的响应都可以认为是大器和测速反馈环节，它们的响应都可以认为是瞬时的，因此它们的传递函数就是它们的放大系瞬时的，因此它们的传递函数就是它们的放大系数和反馈系数，即数和反馈系数，即 放大器放大器测速反馈测速反馈(3)控制与检测环节的传递函数控制与检测环节的传递函数篮球比赛是根据

31、运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 知道了各环节的传递函数后，把它们知道了各环节的传递函数后，把它们按在系统中的相互关系组合起来，就可以按在系统中的相互关系组合起来，就可以得到闭环直流调速系统的动态结构图。得到闭环直流调速系统的动态结构图。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统图2.24 单闭环调速系统的动态结构图n(s)U*n(s)IdL(s)Uct(s)Un(s)+-KsTss+1KP1/Ce TmTl s2+Tms+1+-R(Tl s+1)Ud0(s)(4)单

32、闭环调速系统的动态结构图和传递函数单闭环调速系统的动态结构图和传递函数Un(s)篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 设设Idl=0，在给定输入下，转速负反馈单闭环直，在给定输入下，转速负反馈单闭环直流调速系统的闭环传递函数是流调速系统的闭环传递函数是 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 上式表明，将晶闸管触发和整流装置按一上式表明，将晶闸管触发和整流装置按一阶惯性环节近似处理后，带比例放大器的单闭阶惯性环节近似处理后，带比例放大器的单闭环调速系统是

33、一个环调速系统是一个三阶线性系统三阶线性系统。当电动机电枢的供电电源采用直流当电动机电枢的供电电源采用直流PWM变变换器时，也可以得到完全相似的系统传递函数。换器时，也可以得到完全相似的系统传递函数。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 下面以转速负反馈单闭环调速系统的下面以转速负反馈单闭环调速系统的动态结构图和闭环传递函数为基础，研究动态结构图和闭环传递函数为基础，研究其稳定性和动态校正问题。其稳定性和动态校正问题。2.单闭环调速系统的稳定性和动态校正单闭环调速系统的稳定性和动态校正篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里

34、得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 由闭环传递函数得到反馈控制闭环直流调速由闭环传递函数得到反馈控制闭环直流调速系统的特征方程为系统的特征方程为 它的一般表达式为它的一般表达式为 (1)稳定条件稳定条件篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 根据三阶系统的劳斯根据三阶系统的劳斯-古尔维茨判据，系统古尔维茨判据，系统稳定的充分必要条件是稳定的充分必要条件是 闭环特征方程的各项系数显然都是大于零的，闭环特征方程的各项系数显然都是大于零的，因此稳定条件就只有因此稳定条件就只有 或或篮球比赛是根据

35、运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统整理后得整理后得 上式右边称作系统的临界放大系数上式右边称作系统的临界放大系数 Kcr，当，当 K Kcr 时，系统将不稳定。时，系统将不稳定。对于一个自动控制系统来说，对于一个自动控制系统来说，稳定性是它稳定性是它能否正常工作的首要条件，是必须保证的能否正常工作的首要条件，是必须保证的。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n例例2.3 对于例对于例2.1的的V-M系统，按例系统，按例2.2要求要求构成转速反馈单闭环调速系统，除了

36、前述构成转速反馈单闭环调速系统，除了前述所有已知条件和性能要求外，又知道晶闸所有已知条件和性能要求外，又知道晶闸管整流装置采用三相桥式全控整流电路，管整流装置采用三相桥式全控整流电路，电枢回路总电感电枢回路总电感 L=2.16mH，整个系统的，整个系统的飞轮惯量飞轮惯量 GD2=78Nm2，试分析系统的稳，试分析系统的稳定性。定性。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统解解 计算系统各时间常数计算系统各时间常数为保证系统稳定，系统的开环放大倍数应为为保证系统稳定，系统的开环放大倍数应为 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里

37、得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 由例由例2.3可知，为使系统稳定，希望可知，为使系统稳定，希望K103.6。可见，稳态精度。可见，稳态精度和动态稳定性的要求是矛盾的，而且一般和动态稳定性的要求是矛盾的，而且一般的闭环调速系统大都如此。的闭环调速系统大都如此。怎么办？怎么办？篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 为了保证系统稳定并具有一定的稳定为了保证系统稳定并具有一定的稳定裕量，同时满足稳态性能的要求，必须采裕量，同时满足稳态性能的要求，必须采用动态校正措施以改造系统，即设计合适用动

38、态校正措施以改造系统，即设计合适的校正装置，才能圆满地达到要求。的校正装置，才能圆满地达到要求。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统(2)单闭环调速系统的动态校正单闭环调速系统的动态校正闭环控制系统的设计步骤：闭环控制系统的设计步骤：系统总体设计系统总体设计基本部件选择基本部件选择稳态参数计算稳态参数计算稳定性分析稳定性分析动态性能分析动态性能分析引入校正装置引入校正装置篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n静静态态设设计计首首先先应应进进行行总总体体

39、设设计计，选选择择基基本本部部件件，按按稳稳态态性性能能指指标标计计算算参参数数，形形成成基基本的闭环控制系统，或称原始系统。本的闭环控制系统，或称原始系统。n动动态态分分析析建建立立原原始始系系统统的的动动态态数数学学模模型型，画画出出其其伯伯德德图图，检检查查它它的的稳稳定定性性和和其其他他动动态态性能。性能。n动动态态校校正正如如果果原原始始系系统统不不稳稳定定，或或动动态态性性能能不不好好，就就必必须须配配置置合合适适的的动动态态校校正正装装置置，使校正后的系统全面满足性能要求。使校正后的系统全面满足性能要求。n 系统设计步骤系统设计步骤篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来

40、决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n 串联校正串联校正n 并联校正并联校正 串联校正结构简单，容易利用运算放串联校正结构简单，容易利用运算放大器实现，而且只要动态要求不是很高，大器实现，而且只要动态要求不是很高，一般都能达到。一般都能达到。运动控制系统中最常用的校正方式：运动控制系统中最常用的校正方式：n 动态校正方式动态校正方式篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 在设计校正装置时，主要的研究工具是在设计校正装置时，主要的研究工具是伯德图（伯德图（Bode Diagram），即开环对数频率），即

41、开环对数频率特性的渐近线。它的绘制方法简便，可以确特性的渐近线。它的绘制方法简便，可以确切地提供稳定性和稳定裕度的信息，而且还切地提供稳定性和稳定裕度的信息，而且还能大致衡量闭环系统稳态和动态的性能。能大致衡量闭环系统稳态和动态的性能。n 系统设计工具系统设计工具篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 在在实实际际系系统统中中，动动态态稳稳定定性性不不仅仅必必须须保保证证，而而且且还还要要有有一一定定的的裕裕度度，以以防防参参数数变变化化和和一一些些未未计计入入因因素素的的影影响响。在在伯伯德德图图上上，用用来来衡衡量量最最

42、小小相相位位系系统统稳稳定定裕裕度度的的指指标标是是：相相角角裕裕度度 和和以以分分贝贝表表示示的的增增益益裕裕度度 Lh。一般要求：。一般要求：=45 70 Lh 6dB n 系统设计要求系统设计要求篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 从图中三个频段的特征可以判断系统从图中三个频段的特征可以判断系统的性能，这些特征包括四个方面：的性能，这些特征包括四个方面：0L/dBc/s-1-20dB/dec低频段低频段中频段中频段高频段高频段图2.25 典型的控制系统伯德图 n 典型控制系统伯德图典型控制系统伯德图篮球比赛是根据运

43、动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n中中频频段段以以-20dB/dec的的斜斜率率穿穿越越0dB，而而且且这这一一斜斜率率覆覆盖盖足足够够的的频频带带宽宽度度，则则系系统统的的稳稳定定性好；性好；n截截止止频频率率（或或称称剪剪切切频频率率）c越越高高，则则系系统统的快速性越好；的快速性越好；n低低频频段段的的斜斜率率陡陡、增增益益高高，说说明明系系统统的的稳稳态态精度高；精度高；n高高频频段段衰衰减减越越快快，即即高高频频特特性性负负分分贝贝值值越越低低，说明系统抗高频噪声干扰的能力越强。说明系统抗高频噪声干扰的能力越强。n 伯德图与

44、系统性能的关系伯德图与系统性能的关系篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 以上四个方面常常是互相矛盾的。对稳态精以上四个方面常常是互相矛盾的。对稳态精度要求很高时，常需要放大系数大，却可能使系度要求很高时，常需要放大系数大，却可能使系统不稳定；加上校正装置后，系统稳定了，又可统不稳定；加上校正装置后，系统稳定了，又可能牺牲快速性；提高截止频率可以加快系统的响能牺牲快速性；提高截止频率可以加快系统的响应，又容易引入高频干扰；如此等等。应，又容易引入高频干扰；如此等等。设计时往往须在稳、准、快和抗干扰这四个设计时往往须在稳、准

45、、快和抗干扰这四个矛盾的方面之间取得折中，才能获得比较满意的矛盾的方面之间取得折中，才能获得比较满意的结果结果。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n 举例说明举例说明利用利用Bode图分析系统稳定性图分析系统稳定性n(s)U*n(s)IdL(s)Uct(s)Un(s)+-KsTss+1Kp1/Ce TmTl s2+Tms+1+-R(Tl s+1)Ud0(s)Un(s)系统的开环传递函数为：篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 一般情况下，一般情况下，

46、Tm 4Tl，因此分母中的二次项，因此分母中的二次项可以分解成两个一次项之积，即可以分解成两个一次项之积，即 这样，开环传递函数变成这样，开环传递函数变成篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 研究研究例例2.3中的系统，已知中的系统，已知 Ts=0.00167s，Tl=0.012s，Tm=0.098s，在这里，在这里，Tm 4Tl，因此，因此分母中的二次项可以分解成两个一次项之积，即分母中的二次项可以分解成两个一次项之积，即 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分

47、类型的系统 满足稳态性能要求的闭环系统的开环放大系数满足稳态性能要求的闭环系统的开环放大系数已取为已取为 于是，原始闭环系统的开环传递函数是于是，原始闭环系统的开环传递函数是 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统其中三个转折频率分别为 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n 系统开环对数幅频及相频特性系统开环对数幅频及相频特性篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 由图可见，相角裕度

48、由图可见，相角裕度 和增益裕度和增益裕度Lh都是负值，所以原始闭环系统不稳定。这都是负值，所以原始闭环系统不稳定。这和和例例2.3中用劳斯判据得到的结论是一致的。中用劳斯判据得到的结论是一致的。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 在单闭环调速系统中实现串联校正，常在单闭环调速系统中实现串联校正，常用运算放大器组成用运算放大器组成PI（滞后）、（滞后）、PD（超前）（超前）、PID（超前（超前滞后）三种校正装置。滞后）三种校正装置。n 串联校正的实现串联校正的实现篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，

49、因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n 串联校正的实现串联校正的实现PI调节器调节器图图2.27 比例积分（比例积分（PI）调节器）调节器 Uex+CRbUinR0+AR1-i1i0-篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n 串联校正的串联校正的工程实现方法工程实现方法Step1 对对消时间常数最大的环节消时间常数最大的环节篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n 串联校正的串联校正的工程实现方法工程实现方法Step2 按照按照 的要求，求得相

50、应的截止的要求，求得相应的截止 频率，满足频率，满足 继而推导出继而推导出 KPI 的值。的值。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.3.3 无静差调速系统和积分控制规律无静差调速系统和积分控制规律 本节将讨论，采用积分（本节将讨论，采用积分（I）调节器或）调节器或比例积分（比例积分（PI）调节器代替比例放大器，构）调节器代替比例放大器，构成无静差调速系统。成无静差调速系统。为什么要讨论无静差调速系统？为什么要讨论无静差调速系统？篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一