运动控制课程设计报告

控制系统简化或近似成少数典型的低阶结构。如果事先对这些典型系统作比较深人的研究，把它们的开环对数频率特性当做预期的特性，弄清楚它们的参数与系统性能指标的关系，写成简单的公式或制成简明的图表，则在设计时，只要把实际系统校正或简化成典型系统，就可以利用现成的公式和图表来进行参数计算，设计过程就要简便得多。这样，就有了建立工程设计方法的可能性。

3.1.1双闭环直流调速系统的结构框图见图3.1:

-IdL U* Id - nR Ks 1/R + W(sW(s) + ASRACRTms Tl s+1 + *- Tss+1 U- Ui d0 Uc Un Ui ? ? 图3.1 双闭环直流调速系统的动态结构图 3.2系统设计

1/Ce E n

3.2.1电流调节器设计

电流调节器的设计一般来说包含：时间常数的确定、电流调节器结构的选择、电流调节器参数的计算、近似条件的检验和实际电路中电阻和电容的计算。本设计中考虑到电流检测信号中常含有交流分量，为了使它不影响到调节器的输入，我们按要求在反馈通道中加了低通滤波器。为了平衡该调节器的延迟作用，我们又在电流调节器的前面加了一个同等时间常数的惯性环节，为的是将延迟抵消。

3.2.1.1电流环结构框图的化简

参阅参考文献{1}的76、77页，为了解决反电动势与电流反馈的作用的相互交叉，简化设计过程，我们将系统的作用过程做一定的简化处理。首先我们可以得到，对电流环来说，反电动势是一个变化缓慢的扰动，因此，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即有?E?0。这样，在按动态性能设计电流环时，我们可以暂且把反电动势的作用去掉，得到电流环的近似结构框图，如图一(a)所示。其条件是?ci?31。 TmTl 如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成

4

Ui(s)/?，则电流环变等效成单位负反馈，如图一(b)所示。

最后，由于Ts和Toi一般都比Tl小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为

*T?i?Ts?Toi

则电流环结构框图最终简化成图一(c)。简化的近似条件为?ci?

11。

3TsToiTTl ?Tois?1 — ACR Ks Tss?11/R Tls?1Id(s) ?Tois?1

(a) 忽略反电动势的动态影响

Ui(s)*? ?Tois?1Uc(s) ACR — KS/R(Tss?1)(Tls?1)Id(s)

(b) 等效成单位负反馈系统

Ui(s)*? ACR — (T?is?1)(Tls?1)

(c) 小惯性环节近似处理

?KS/RId(s) 图3.2 电流环的动态结构框图及其化简

5

3.2.1.2选择电流调节器结构

根据设计要求?i?5%，并保证稳态电流无差，可按典型I型系统设计电流调节器。电

流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI电流调节器，它的传递函数为： WKi(?is?1)ACR(s) =?s （3-1）

i检查对电源电压的抗扰性能：

TlT?0.07?18.92?i0.0037 （3-2）

符合典型I型系统动态抗扰性能，并且各项性能指标都是可以接受的。

3.2.1.3确定时间常数

(1) 整流装置滞后时间常数T?1?s。按书表1-2，三相电路的平均失控时间：

Ts=0.0017s （3-3）

(2) 电流滤波时间常数Toi。

Toi=0.002s （3-4）

(3) 电流环小时间常数之和T?i。按小时间常数近似处理，取为：

T?i=Ts+Toi=0.0037s (3-5）

3.2.1.4计算电流调节器参数

电流调节器超前时间常数：

?i=Tl=0.07s （3-6）

电流环开环增益：要求?i?5%是按书?1?表2-2，应取KIT?i=0.5，因此：

K0.5i?0.0037?135.13 （3-7）

于是，ACR的比例系统为： Ki?KI?iR135.K??10.?07?0.36?2.2.525 3 （3-8）

S?30

3.2.1.5校验近似条件

电流环截至频率：

KI??ci?135.13 （3-9）

晶闸管整流装置传递函数近似的条件为：

6

11??196.1s?1??ci （3-10） 3Ts3?0.0017忽略反电动势对电流环动态影响的近似条件为：

311?3??28.17s?1??ci （3-11） TmTl0.162?0.07s电流环小时间常数近似处理条件为：

11?3?1?180.8s?1??ci （3-12） 3TsToi0.0017s?0.002s

3.2.1.6 计算调节器电阻和电容

按所用的运算放大器取得R0?40K?。 各电容和电阻值为：

Ki?1Ri、?i?RiCi、Toi?R0Coi （3-13） R04 Ri=40k? （3-14）

按照上面计算所得的参数，电流环内环可以达到的动态跟随性能指标为?i=4.3%<5%,满足课题所给要求。

Ri=99.51K? Ci=0.7uF Coi=0.2uF 取Ri=100K? Ci=0.68uF Coi=0.2uF

3.2.2速度调节器设计

转速调节器的设计类似电流调节器的设计过程，其详细过程参阅文献[1]的第80页到83页，以下仅给出转速环的动态结构框图的化简及传递函数。 如图3.3(a)，即为未经化简的转速环的动态结构框图。

和电流环一样，把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成

Un(s)/?，再把时间常数为1/KI和Ton的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常

数为T?的惯性环节，其中 T?=

nn*1+Ton KI则转速换结构框图可简化成图3.3(b)所示。

校正后的转速环的动态结构框图如下图3.3(c)所示。

7