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2.4 按工程设计方法设计双闭环系统的调节器（转速调节器和电流调节器） Q0 系统设计对象/原则/步骤 Q1 电流调节器的设计 Q2 速度调节器的设计 Q3 转速调节器退饱和时转速超调量的计算 Q4 算例 Q0 系统设计对象/原则/步骤 1.系统设计对象---转速、电流双闭环调速系统 (图2-22)双闭环调速系统的实际动态结构图 双闭环调速系统的实际动态结构图绘于图2-22，它与前述的图2-6不同之处在于增加了滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节。 ? 其中 ? Toi — 电流给定/反馈滤波时间常数 ? Ton — 转速给定/反馈滤波时间常数 增加滤波环节的原因： 电流环—电流检测信号交流分量，平衡延迟 转速环---转速反馈电压换向纹波，平衡延迟 2. 系统设计原则 ?系统设计的一般原则--“先内环后外环” 从内环开始，逐步向外扩展。 在这里，首先设计电流调节器，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。 Q1 电流调节器的设计 设计分为以下4个步骤： 1.电流环结构图的简化 2.电流调节器结构的选择 3.电流调节器的参数计算 4.电流调节器的实现 1. 电流环结构图的简化 简化内容（从图2-22出发） ? 1）忽略反电动势的动态影响 ? 2）等效成单位负反馈系统 ? 3）小惯性环节近似处理 1）忽略反电动势的动态影响 在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即?E≈0。这时，电流环如下图所示。 2）等效成单位负反馈系统 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U*i(s) /? ，则电流环便等效成单位负反馈系统（图2-23b）。 3）小惯性环节近似处理 Ts 和 T0i 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 （2-55） 简化的近似条件是什么？ ?ci?11 （2-56） 3TsToi 2. 电流调节器结构的选择 ?典型系统的选择 ?从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，由图2-23c可以看出，采用 I 型系统就够了。 ?从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I型系统。 ?电流调节器选择 图2-23c表明，电流环的控制对象是双惯性型的， （由p73表2-8）要校正成典型 I 型系统，显然应采用PI型的电流调节器，其传函可写成 K(?s?1)WACR(s)?ii（2-57） ?is式中 Ki — ACR的比例系数； ?i — ACR的超前时间常数 调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择 ?i?Tl （2-58） 校正后电流环的结构和特性 图2-24 校正成典型I型系统的电流环 a) 动态结构框图 b)开环对数幅频特性: 3. 电流调节器的参数计算 K(?s?1) WACR(s)?ii ?is参数有：Ki 和 ?i，其中 ?i 已选定 ?i?Tl (2-58) 剩下的只有比例系数 Ki， 可根据所需要的动态性能指标选取。 ?参数选择 在一般情况下，希望电流超调量?i ≤ 5%， 由表2-2，可选 ? =0.707，KIT?i =0.5，则 KK?KI?is (2-59) ?iR1 KI??ci? (2-60) 2T?i再利用式（2-59）和式（2-58）得到 Ki?TlRTR?(l) (2-61) 2Ks?T?i2Ks?T?i 注意如果实际系统要求的跟随性能指标不同，式（2-60）和式（2-61）当然应作相应的改变。 此外，如果对电流环的抗扰性能也有具体的要求，还得再校验一下抗扰性能指标是否满足。 有关的近似条件供校验（见p78） 1) 电力电子变换器纯滞后的近似处理 2) 忽略反电动势变化对电流环的动态影响 3) 电流环小惯性环节的近似处理 4. 电流调节器的实现 ?模拟式ACR电路 (图2-25)含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器 符号说明：U*i 电流给定电压； –?Id电流负反馈电压； Uc电力电子变换器的控制电压。 ?ACR电路参数的计算公式 R Ki?i (2-62) R0 ?i?RiCi (2-63) 1 Toi?R0Coi (2-64) 4Q2 转速调节器的设计 ?设计分为以下几个步骤： 1.电流环的等效闭环传递函数 2.转速调节器结构的选择 3.转速调节器参数的选择 4.转速调节器的实现 1. 电流环的等效闭环传递函数 ?电流环闭环传递函数 电流环经简化后可视作转速环中的一个环节,须求出它的闭环传函。由图2-24a可知 KIs(T?is?1)Id(s)1W(s)??? cli （2-65） KIT?i21Ui*(s)/?1?s?s?1s(T?is?1)KIKI?传递函数化简（忽略高次项）