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双闭环调速系统电流调节器的设计

设计分为以下几个步骤:
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
忽略反电动势的动态影响
等效成单位负反馈系统
小惯性环节近似处理
① 忽略反电动势的动态影响及条件
转速、电流双闭环调速系统:
忽略反电势e
电流调节过程比转速和反电动势的变化过程快得多,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δe≈0。这时,电流环如下图所示。
忽略e条件:
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) /β ,则电流环便等效成单位负反馈系统:
③ 小惯性环节近似处理
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
简化的近似条件为 :
电流环结构图最终简化成:
2. 电流调节器结构的选择
典型系统的选择
对电流环的要求:
(a) 希望其跟随性能好(快)
(b) 具有保护特性
(c) 对电网电压波动的及时抗扰作用
已知:跟随性能好 → 选择典型 i 型系统
抗扰性能好 → 选择典型ⅱ型系统
经查表知,典型 i和典型ⅱ抗
扰性能接近。所以电流环一般应选典型 i 型,在这种情况下,跟随性能好,而抗扰性能也不差。
电流调节器结构选择
从电流环结构图的最终简化形式表明,电流环的控制对象是双惯性型的,要校正成典型 i 型系统,显然应采用pi型的电流调节器,其传递函数可以写成
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。
为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消,选择
则电流环的动态结构图便成为典型i形式,其中
校正后电流环的结构和特性
①动态结构图:
②开环对数幅频特性:
3. 电流调节器的参数计算
电流调节器的参数有: ki 和 τi
其中
(tl 为已知参数)
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。
在一般情况下,希望电流超调量σi < 5%,查表可知,可选 ξ =0.707,ki t∑i =0.5,则
(2-a)
由式和式
得到
(2-b)
注意:
如果实际系统要求的跟随性能指标不同,式(2-a)和式(2-b)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。
4. 电流环校验近似条件
以上设计结果是在一系列假定条件下得到的,具体设计时必须加以校验。
典型i型系统:
ki 为典型i型系统开环放大倍数
ωci电流环截止频率
近似条件 (晶闸管触发和整流装置的传函由一个滞后环节近似成惯性环节)
(忽略反电势对电流环的作用)
(处理小惯性环节的条件)
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