第五章调速系统动态参数的工程设计一、调节器工程设计方法的基本思路先选择调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需要的稳态精度。再选择调节器的参数，以满足动态性能指标。设计多环控制系统的一般原则是：从内环开始，一环一环地逐步向外扩展。在这里是：先从电流环入手，首先设计好电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。双闭环调速系统的动态结构图绘于图5-1，其中的滤波环节图5-1双闭环调速系统动态结构图包括电流滤波、转速滤波和两个给定。由于电流检测信号中常含有交流分量须加低通滤波，其滤波时间常数Toi按需要选定。53滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量，但同时也给反馈信号带来延滞。为了平衡这一延滞作用，在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。其意义是：让给定信号和反馈信号经过同样的延滞，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用Ton表示。根据和电流环一样的道理，在转速给定通道中也配上时间常数为Ton的给定滤波环节。二、电流调节器的设计（一）电流调节器结构的选择电流环的一项重要作用就是保持电枢电流在动态过程中不超过允许值，因而在突加控制作用时不希望有超调，或者超调量越小越好。从这个观点出发，应该把电流环校正成典型Ⅰ型系统。为了提高电流环对电网电压波动及时调节的作用，又希望把电流环校正成典型Ⅱ型系统。究竟应该如何选择，要根据实际系统的具体要求来决定取舍。在一般情况下，当控制对象的两个时间常数之比TTi∑i≤10时，典型Ⅰ型系统的抗扰恢复时间还是可以接受的，因此一般多按典型Ⅰ型系统来设计电流环。54电流环的控制对象是双惯性型的。要校正成典型Ⅰ型系统，显然应该采用PI调节器，其传递函数可以写成τis+1WACR（s）=Kiτis式中Ki--电流调节器的比例系数；τi--电流调节器的超前时间常数。选择τi=Tl则电流环的动态结构图便成为图5-2所示的典型形式，其中图5-2校正成典型Ⅰ型系统电流环的动态结构图KKisβKI=τiR以上的结果是在一系列假定条件下得出的，现将所用过的假定条件归纳如下，具体设计时，必须校验这些条件。1ωci≤3Ts1ωci≥3TTml5511ωci≤3TTsoi（二）电流调节器参数的选择电流调节器的参数包括Ki和τi。时间常数τi已选定为τi=Tl,比例系数Ki取决于所需的ωci和动态性能指标.在一般情况下，希望超调量σ％＜5％时，取阻尼比ξ＝0.707，KTI∑i＝0.5，因此1KI=ωci=2T∑iKKisβ再利用式τi=Tl和KI=，得到τiRTRR⎛T⎞K=l=0.5⎜l⎟i⎜⎟2KTsβ∑iKS⎝T∑i⎠1电流滤波时间常数TRC=oi40oiRiKi=R0τi=RCii三、转速调节器的设计（一）电流环的等效闭环传递函数前已指出，在设计转速调节器时，可把已设计好的电流环看作是转速调节系统中的一个环节，为此，须求出它的等效传递56函数。电流环的闭环传递函数为KIs(T∑i+1)1Woli()s==KTs1+I∑is2++1s(T∑i+1)KIKI转速环的截止频率ωcn一般较低，因此Wcli()s可降阶近似为1W()s≈cli1s+1KI近似条件可由式11c⎫ωc≤min(,)⎪3ba⎬求出：bc>a⎭⎪1KIωcn≤3T∑i若按ξ=0．707，KIT∑i=0．5选择参数，则11W()s=≈cli222Ts+12T∑is+2T∑is+1∑i11近似条件为ω≤=cn4.24T32T∑i∑i取整数，1ωcn≤5T∑i按照电流环闭环传递函数式，电流环原来是一个二阶振荡环节，其阻尼比ξ=0.707，无阻尼自然振荡周期为2T∑i，近似为一阶57惯性环节。当转速环截止频率ωcn较低时，对于转速环的频率特性来说，原系统和近似系统只在高频段有一些差别。*接在转速环内，其输入信号应该是Ui，因此电流环的等效环节应相应地改成I()sW()s1βd=cli≈*β2Ts+1Ui()s∑i应该注意的是，如果电流调节器参数选得不是这样，时间常数2TΣi的大小也要作相应的改变。顺便指出，原来电流环的控制对象可以近似