双闭环直流调速系统工程设计方法
要点：
主要介绍典型系统的数学模型、参数和性能指标关系，系统结构的近似处理和非典型系统的典型化，速度、电流双闭环直流调速系统工程设计方法
在双闭环调速系统中，电动机、晶闸管整流装置、触发装置都可按负载的工艺要求来选择和设计。根据生产机械和工艺的要求提出系统的稳态和动态性能指标，而系统的固有部分往往不能满足性能指标要求，所以需要设计合适的校正环节来达到。
校正方法有许多种类，而且对一个系统来说，能够满足性能指标的校正方案也不是唯一的。在直流调速系统中，常用的校正方法有串联校正和并联校正两种，其中串联校正简便，且可利用系统固有部分中的运算放大器构成有源校正网络来实现。因此，本章重点讨论直流调速系统的串联校正方法。
自动控制原理中，为了区分系统的稳态精度，按照系统中所含积分环节的个数，把系统分为0型、I型、II型…系统 。系统型别越高，系统的准确度越高，但相对稳定性变差。0型系统的稳态精度最低，而III型及III型以上的系统则不易稳定，实际上极少应用。因此，为了保证一定的稳态精度和相对稳定性，通常在I型和II型系统中各选一种作为典型，称为典型I型和II型系统，作为工程设计方法的基础。
一、典型I型系统数学模型
1）框图及标准传递函数
典型I型系统的框图如图7-1所示，其开环传递函数为：
其中，参数有二个：K、和T ，T一般为系统保留下来的固有参数，K为需要选定的参数。
2
2）参数和性能指标关系
典型I型系统为二阶系统，典型二阶系统的参数和性能指标关系在第三章中已分析由图7-1可得典型I 型系统的闭环传递函数为：所以
根据第三章讲过的公式，可以算出不同K值下系统的性能指标。见表7-1
K
ξtrσp%φMo
1
0.911.1T0.15
0.86.67T1.5
0.7074.71T4.3
0.63.32T9.5
0.52.42T16.3
0
76.3o73.5o69.6o65.5o59.2o51.8o
由上表可见，当开环放大倍数K越大，对应的阻尼比ξ越小，则相位裕量愈大，最大超调量愈小，但同时快速性将变差。3）“二阶最佳”设计
为使系统既有较好的相对稳定性，又有较快的响应。对典型I型系统通常取，（对应ξ=0.707），即为三阶最佳条件。此时σp=4.3%二、典型II型系统
数学模型
1）框图及标准传递函数
典型II型系统的框图如图7-2所示，其开环传递函数为：
其中，参数有三个：K、T1和T2 ，T2一般为固有参数，K和T1为需要选定的参数。
由稳定性的判断条件可知，只有当T1>T2时，K为大于零的任何值，系统都是稳定的。这也是典型II型系统的条件。
2）参数和性能指标关系
我们常采用最大相位裕量法（即φ=φm准则），这是因为相位裕量φ越大，超调量越小，系统的稳定性越好。
为分析问题方便，引入一个新参数h，并定义为中频宽：
用最大相位裕量法求得参数为：
不同h值，跟随指标是不一样的，见表7-2。h2.53457.5tsφM
1026T255
25T225
19T230
16.6T235
17.5T242
19T250
由上表可见，当h取得愈宽，则相位裕量愈大，最大超调量愈小，但快速性将变差。
三、典型I型和典型II型系统性能的比较
对直流调速系统，一般情况下，典型I型系统的跟随性能指标要比和典型II型系统好；而典型II型系统的抗扰性能要比和典型I型系统好。双闭环调速系统工程设计实例系统数学模型的建立
系统的动态结构框图如图7-5所示。
图7-5
设直流电动机的规格如下：PN=2.2KW，IN=12.5A，nN=1500r/min，Ra=1.36Ω，La=22mH。
变流装置采用三相桥式整流电路，晶闸管触发整流装置放大倍数Ktr=40，整流装置内阻Rr=3.24Ω，平均延迟时间τD=0.00167s。
平波电抗器电阻Rs=0.4Ω，电感Ls=100m。
折算到直流电动机轴的飞轮力矩惯量GD2=2.37Nm2
给定电压Usn、速度调节器限幅电压Usim、电流调节器限幅电压Ucm，一般取8~10V。此例中取Usn=Usim=Ucm=8V。
小结
为了保证控制系统有一定的稳态精度和相对稳定性，通常在I型和II型系统中各选一种，称为典型I型和II型系统，作为工程设计方法的基础。典型I型系统的特点是超调量小，但抗扰性能较差；典型II型系统抗扰性能好，但跟随性较差。
自动控制系统中其固有传递函数形式多不符合典型系统的要求，故一般先对系统结构作近似处理，然后再设法用各种调节器来校正，使校正后的系统传递函数成为典型I型或II型系统的基本形式。
双闭环调速系统工程设计的一般步骤是：
（1） 先进行电流内环的设计，再进行速度外环的设计。（2） 对已知系统的固有部分做合理的近似处理，以简化调
节器的结构。
（3） 根据具体情况选定预期特性，即典型I型或典型II型系
统，并确定串联调节器的类型。
（4） 根据要求的性能指标，求出调节器的参数。
双闭环电动机调压调速系统
学院: 计控学院 班级：自动化083班 姓名：曹凯
学号：2008022091 日期：2011-11-15
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