转速单闭环控制系统转速调节器设计优化方案

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：下面以反馈控制理论为基础研究转速调节器的设计。有静差调速系统转速调节器的放大倍数关于0型系统比例调节器放大倍数KP的设计在有静差调速系统分析时已经介绍，它可以根据满足调速指标时对转速闭环系统的转速降要求来确定。

前面分析了有静差和无静差转速反馈直流调速系统的动、静态性能，对于直流调速系统，电动机是根据负载要求选择确定的，变流器是根据电动机及其调速的要求设计的，这两项是调速系统的主要功率单元，一旦选择和设计后就不能轻易改变。这时，调速系统的性能主要就取决于转速调节器（ASR）的设计。下面以反馈控制理论为基础研究转速调节器的设计。

1.转速闭环控制直流调速系统动态结构图

转速闭环控制直流调速系统动态结构图如图1.23a所示。图中，直流电动机是一个二阶振荡环节，一般直流电动机的T_l<<T_m，如果忽略其高次项则可以近似为一阶惯性环节，即

图1.23 转速闭环控制直流调速系统动态结构图

图1.24所示是T_l=0[相当于近似为式（1.40）]，T_l=0.25T_m（临界振荡状态）和T_l=0.5T_m时直流电动机传递函数对阶跃输入的响应曲线，在T_l≤0.25T_m时，一阶模型与二阶模型的响应基本接近。忽略T_l后的系统结构图如图1.23b所示。将图1.23b化为单位反馈得到该系统简化的结构图如图1.23c所示。

2.转速调节器设计

经过简化后的转速闭环控制直流调速系统如图1.23c所示。系统的控制对象为两个惯性环节，根据自动控制理论的稳态误差分析，在阶跃输入时，如果转速调节器采用比例调节器[W_ASR（s）=K_P]，则系统为0型系统（系统没有积分环节），即为有静差调速系统，稳态误差系数为；如果采用积分调节器或比例积分调节器，则系统为I型系统（系统有一个积分环节），稳态误差系数为0，即为无静差调速系统，这与前面有静差和无静差调速系统的分析结果一致。