15反馈系统动态分析.ppt

1-5反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计,一、反馈控制闭环调速系统的动态数学模型,步骤?,实际系统,传递函数,方法?,线性化,负载效应,元件微分方程,元件传递函数,消中间变量,系统传递函数,元件结构图,信号流向,系统结构图,确定输入输出,梅逊,自控原理第二章 数学模型,试验法+分析法,（一）额定励磁下的直流电机,一、反馈控制闭环调速系统的动态数学模型,（一）额定励磁下的直流电机,一、反馈控制闭环调速系统的动态数学模型,（一）额定励磁下的直流电机,一、反馈控制闭环调速系统的动态数学模型,（二）晶闸管触发整流装置,1-5反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计,一、反馈控制闭环调速系统的动态数学模型,纯滞后的放大环节,近似成一阶惯性环节,近似条件,（三）比例放大器和测速发电机,一、反馈控制闭环调速系统的动态数学模型,比例放大器,测速发电机,（四）闭环调速系统的数学模型和传递函数,1-5反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计,一、反馈控制闭环调速系统的动态数学模型,（四）闭环调速系统的数学模型和传递函数,1-5反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计,一、反馈控制闭环调速系统的动态数学模型,（四）闭环调速系统的数学模型和传递函数,一、反馈控制闭环调速系统的动态数学模型,二、稳定条件,反馈闭环控制系统的特征方程为,劳斯判据,整理后得,二、稳定条件,例题：已知，电机额定数据：220V,55A,1000r/min，三相桥式可控整流，二次线电压E2L=230V,R=1.0,Ks=44,Ce=0.1925Vmin/r,根据稳态性能指标D=10,S53.3。(P26)试分析此系统是否稳定。,1-5反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计,例题：已知，电机额定数据：220V,55A,1000r/min，三相桥式可控整流，二次线电压U2L=230V,R=1.0,Ks=44,Ce=0.1925Vmin/r,根据稳态性能指标D=10,S53.3。(P20)试分析此系统是否稳定。,解:设已知系统运动部分的飞轮力矩GD2=10Nm2 保证最小电流Idmin=10%Idmon时电流连续的条件，计算电枢回路电感量。,由于,取L=17mH=0.017H,P8(1-7),例题：已知，电机额定数据：220V,55A,1000r/min，三相桥式可控整流，二次线电压E2L=230V,R=1.0,Ks=44,Ce=0.1925Vmin/r,根据稳态性能指标D=10,S53.3。(P20)试分析此系统是否稳定。,解：,取L=17mH=0.017H,计算系统各时间常数,TS=0.00167s(三相桥式电路P10表1-2),由,得 K49.4,与稳态性能指标K53.3,相矛盾,1-5反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计,例1-6 在上题的闭环直流调速系统中,若改用IGBT脉宽调速系统，电机不变，电枢回路参数为：R=0.6,L=5mH,Ks=44,Ts=0.1ms,根据同样的性能指标D=10,S5%，此系统是否稳定？,TS=0.0001s,例1-6 在上题的闭环直流调速系统中若改用IGBT脉宽调速系统，电机不变，电枢回路参数为：R=0.6,L=5mH,Ks=44,Ts=0.1ms,根据同样的性能指标D=10,S5%，此系统是否稳定？,TS=0.0001s,满足稳定条件,1.5.3 动态校正,校正装置是为了弥补控制系统性能的不足，对系统结构进行修改或调整，引入的附加部件或电路。,按照校正装置在系统中的连接方式，可分为,串联校正、反馈校正、前馈校正、复合校正,串联校正简单易实现,PID控制器模型,其时域输出：,待定参数：KP、KI、KD,令KI=0,则为比例微分控制器(PD),令KD=0,则为比例积分控制器(PI),超前校正,滞后校正,1.5.3、动态校正PI调节器,（一）控制系统对开环对数频率特性的一般要求,1-5反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计,伯德图,相角裕度幅值裕度,三、动态校正PI调节器,（一）控制系统对开环对数频率特性的一般要求,1-5反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计,伯德图,（1）中频段以-20dB/dec的斜率穿越零分贝线，而且这一斜率占有足够的频带宽度，则系统的稳定性好,三、动态校正PI调节器,（一）控制系统对开环对数频率特性的一般要求,伯德图,（2）截止频率wc越高，则系统的快速性越好,（1）中频段以-20dB/dec的斜率穿越零分贝线，而且这一斜率占有足够的频带宽度，则系统的稳定性好,三、动态校正PI调节器,（一）控制系统对开环对数频率特性的一般要求,伯德图,（2）截止频率wc越高，则系统的快速性越好,（1）中频段以-20dB/dec的斜率穿越零分贝线，而且这一斜率占有足够的频带宽度，则系统的稳定性好,（3）低频段的斜率陡，增益高，表示系统的稳态精度好,（即静差率小，调速范围宽）,三、动态校正PI调节器,（一）控制系统对开环对数频率特性的一般要求,伯德图,（2）截止频率wc越高，则系统的快速性越好,（1）中频段以-20dB/dec的斜率穿越零分贝线，而且这一斜率占有足够的频带宽度，则系统的稳定性好,（3）低频段的斜率陡，增益高，表示系统的稳态精度好（即静差率小，调速范围宽）,（4）高频段衰减得越快，即高频特性负分贝值低，说明系统抗高频噪声干扰的能力越强,三、动态校正PI调节器,（一）控制系统对开环对数频率特性的一般要求,设计步骤,1.总体设计，选择基本部件，形成原始系统,2.建数学模型，伯德图等工具验证性能,3.设计校正环节,（二）原始系统的开环对数频率特性,其中三个转换频率：,以例题1-5为例分析,（二）原始系统的开环对数频率特性,其中三个转换频率：,而 20lgK=20lg55.58=34.9dB,得伯德图：,系统不稳定,（三）PI调节器串联校正设计,1-5反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计,其中：,（三）PI调节器串联校正设计,由PI调节器构成滞后校正，可以保证稳态精度，却以对快速性的限制来换取系统稳定,（三）PI调节器串联校正设计,与,对消,1.,2.,即L2=-L1,即,设计关键,（三）PI调节器串联校正设计,由原系统对数相频特性,求,（三）PI调节器串联校正设计,由原系统对数相频特性得：,与,对消,1.,即,2.,取,取L2=-L1=-31.5dB,比例调节器换成PI调节器传递函数变化,PI调节器,原始系统已包含比例调节器Kp,则换成PI调节器，需添加的环节，其传递函数应为,（三）PI调节器串联校正设计,由原系统对数相频特性得：,1.,2.,取L2=-L1=-31.5dB,已知Kp=21,因此Kpi0.559,（三）PI调节器串联校正设计,南航自动化学院,电气工程与自动化本专业是适应国民经济建设和复合型人才培养需要而设置的大类专业，主要培养在电气工程和自动化领域从事试验分析、系统运行、工程设计、技术开发、科学研究和经营管理的高级工程技术人才。学生通过系统的学习和工程训练，将具备扎实的外语、数学、物理、电工、电子、电机电器、自动控制和计算机软硬件方面的基础知识和应用技术，入校后将根据情况选择以下专业方向进行学习：1）、电机电器及其控制；2）、电力系统自动化；3）自动控制；4）工业自动化；5）自动化仪表。,重庆工业高等专科学校,工业控制计算机应用技术专业（“工控”专业），是国家级试点专业。该专业学生是在学完自动化专业的主要课程之后，增学或强化了针对工厂常用的四大类工控设备的有关课程 IPC测控技术、PLC应用技术、工控网络与DCS应用技术、智能仪表应用技术。该专业集电气技术、计算机和自动化仪表的主要知识点于一体，专门介绍这些领域中的实用技术、正在使用的成熟技术和设备的维护方法。许多学生直接受训于教师的工程项目或科研项目，对PLC电控系统和IPC测控系统的应用技能掌握较好，适合于从事PLC和IPC系统的安装、运行和维护，熟悉工艺或进行短时间培训后，也可以从事设计或开发工作，是工业自动化类技术公司或一线类生产企业的首选人才。,IPC,英文简称IPC，全称Industrial Personal Computer。工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机。工控机有以下特点：1：机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。2：机箱内有专用底版，底版上有PCI和ISA插槽。3：机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力,DCS,DCS英文全称 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM,中文全称为集散型控制系统。DCS可以解释为在模拟量回路控制较多的行业中广泛使用的，尽量将控制所造成的危险性分散,而将管理和显示功能集中的一种自动化高技术产品。DCS一般由五部份组成：1：控制器2：I/O板3：操作站4：通讯网络5：图形及遍程软件,DCS,DCS英文全称 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM,中文全称为集散型控制系统。DCS可以解释为在模拟量回路控制较多的行业中广泛使用的，尽量将控制所造成的危险性分散,而将管理和显示功能集中的一种自动化高技术产品。DCS一般由五部份组成：1：控制器2：I/O板3：操作站4：通讯网络5：图形及遍程软件,PLC,英文全称Programmable Logic Controller,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程,PLC,可编程逻辑控制器,智能仪表,自整定PID,光柱自调整PID调节仪,袖珍式智能校验仪,东南大学自动控制系,自动化专业是以控制科学与工程、信息工程、系统工程理论为基础，以电工技术、电子技术、计算机技术为主要手段，以“厚基础、觅培养、重能力”为主要特色的宽口径综合自动化专业。大学本科阶段设有与硕士点相应的四个学科研究方向，培养从事自动化研究与应用领域的高素质综合自动化人才。,东南大学自动控制系,自动化专业求学生具有深厚的计算机软硬件理论基础，具有很强的计算机软硬件综合系统的设计、分析与应用能力；主要技术基础课和专业课程：电路、信号与线性系统；电子线路；微型计算机原理；微机系统与接口技术；信息通信网络；管理信息系统；自动控制原理；电机与拖动；电力电子学；数字信号处理；计算机图像处理；自动控制系统；计算机软件基础；计算机控制技术；工业计算机网络等。,