第三章 转速控制系统的校正
3.1校正方式的比较与选择
根据对象特征和控制要求,可以灵活改变校正装置的结构,例如:比例(P)调节器,比例积分(PI)调节器,比例微分(PD)调节器等。
比例调节器是一种简单的调节器。它具有反应快,抗干扰,是被控参数稳定在给定值附近。但是,对于具有自平衡系统(即系统阶跃响应为一有限值)的被控对象存在静差。对于某一给定系统,当负荷变化时,静差大小与比例作用的强弱有关。加大比例系数可减小静差,但KP过大时,会是动态质量变差,引起控制量震荡甚至导致闭死不稳定。
比例积分调节器是在比例调节器的基础上增加积分调节规律。积分调节的实质是调节输出的变化速度与输入偏差的大小成正比。只要有偏差,调节器输出的调节就不断变化,执行器就不断动作,直至偏差信号消除。因此,积分作用能消除比例调节的静差。但是积分作用动作缓慢,器调节作用总是滞后于偏差信号的变化。 在上述PI调节器的基础上再加上微分环节就构成了PID调节器。微分调节作用可以克服积分调节作用的缓慢性,避免积分作用可能降低系统响应速度的缺点。另外,微分调节的加入有助于减小超调,克服震荡,改善系统的性能。 在实际应用中,PID调节器的实现分模拟和数字模拟两种方法。模拟法就是利用硬件电路实现PID调节规律。PID数字模拟法就是对经典的模拟PID进行数字模拟,用数字调节器来替代模拟调节器。在采样周期较小时,数字模拟PID控制算法是一种较理想的控制算法。
因为未校正系统的稳态误差为0,超调为0,仅需要降低调节时间ts,由此选用比例调节器对系统进行校正。
3.2用Bode图选择串联校正装置结构和参数
系统Bode图如图所示:
由图可得:系统φ(Wc)=-91.5度
故系统相角裕度γ=180度+φ(Wc)=180度-91.5度=88.5度>0,所以系统稳定。 又由图可得:系统L(Wg)=-126
因为h=1/A(Wg)且20lg|A(Wg)|= L(Wg),所以幅值裕度h=106.3 所以系统需要串联一个比例环节进行校正,比例系数Kp定为2 故串联校正装置结构如下图所示:
3.3用局部反馈校正选择校正装置结构和参数
为了能进一步提高校正后的系统性能,于是为添加串联校正的系统再引入局部反馈校正。但由于加入局部反馈校正后系统可能不再会达到要求的稳态值,所以还应提高原来串联校正中的Kp、使系统可以达要求的稳态值。(此处增加Kp到3)
故局部反馈校正装置结构如下图所示:
第四章 用MATLAB/Simulink仿真设计转速控制系统
4.1未加校正装置的转速控制系统的仿真分析计算
未加校正装置的转速控制系统的仿真:
由图可得:?%=0,ts=0.11s