运动控制系统(5)

第五讲1. 6例比分控制规律积和无静调差速系统

.16比 积分例制规律和无静差控调速系 问统题提出的积 分节器和积分控制调规律比 积分例控制律 无静规差直调流系速统及其态参稳数计 算系统设举例与计数计参算

1.61.问题提的出采用放P器控大制有静差的的速调系，统 用 放大采器控制有静差的的速系统调 放，大控器的有静差的制速调系 统越，系大统精度高越；过大， K p越 大，统系精越度高； K但 过p,将大低 系统降定性稳，使系动统不态稳。 系定稳定性统，系统使动不稳态定 。一进分析静差产生的步因原，进一 步析静差分产的原因生由于采，用比 调节例， 例调器节，器 转速调节器的输出为 Uc= pK nU cU≠ 0电，动机行，即 运U n≠ ; 0,电机运行， 动c =U 0电动机，止停 ，。动电机止。停

此因，采在比例用节器调制的自动 控因此在，采用比调例器控制的节自动 统中系输入，差偏是维系统系运行的础基 ，系统中，输入偏差维是系统运系的基行础，必 然要生产静，差因此有静差系统 是有静系差统。 必要然生静产差，因是有静此系差。 如统要消果除统系差误 如，果要除系消误差，必统须寻其找 控他方法制，比：采用如积( 分控制法方比如：采用，分(In积egtraitno ) )调节器比例或分(积 )调节器或 例积分比(P)I节调器来替比 例代放大器。 放例器。大

.162

.积调节器分和积分制规律控1. 积)调节器分图，如 图如，由算放大器运可 成一个积构电分。路可构成 个一积分路。电根据电路分析， 根 电路据析分其，电 路方程C+

0RA+

Uni

+

eU

xRbladUex 1 U= n it dR0C

图-413 积分调节 a器 )原图

理方程边两取积分 ，程两方边积取，分得1 11 eU =x∫ idt= ∫ Un dit =τ ∫U i dt C R0nC(1-46)

式中τ 积分时，间常。数 式， 中 =R C 0— 分时间常积。 当数始值初零时，为在跃输入作用下，阶 初始值当为零，在时阶输入作用下跃，对 式1(64-进行积)运分算，积得分调节器的 )输进积分运行算， 出U n U iex t =1-(6)5τ

2) 积分调节器的.性特inUU ex Uxm Uee Uix LndB /0 (ω) L2-dB 01/τ

ω

ΦOO Φωω)(c )odB图e

τ

tπ-/2

)b阶 跃入输的时出特性输 图1-43积 调分节器

3). 积调节器分传的函递数积分 节器的调传函递为U 数e x s( 1 W) i(s =)= in U s) τ(

s(1-66)

4)

. 速的积分转制控规律果采用积分调如节器则，控电压制如 果采积分调节用器，控制则压电Uc转速是 偏差压电 积分，按的式(照 )应有 差电压， nU积分的按，式照(-164),有应) ,Uc =

∫ Utdτ 0n

1

t如果 是 阶函数跃， 果如是 Un阶 函跃，数 U则 按线性规c增律长， 每时刻 U

一c 大的和小 Un与 轴横所包 的面围成正积比， 示所。 面积的成比，正下如 a 图示所。

输入输和出态动程过图1-54 分调节器的输入和积出输动过态 a) 程跃阶入输b 一般输)

入是负载

变时化偏的电差波压形，图 b 出绘 的U n是负 载化时的变偏电差波形压， 照按 横与轴所包面积的围正关比， 系按 照n与U轴横包所围面积的比关正系，可得应相曲 线图， 中 最大值对应于U 的拐点。的 U的 曲线，图c U中 n最大值的应于 对c 拐的点 。初若值是不零，应加还上始初压Uc电0 ,则积分 初若不是零，还值加应上始初电 压变成式Uc=

∫ U τ01

t

n

d t+ U 0c

见，在可态动过程中， 化时变，由上图 b 可见，在动态过程中， U当 变化n,时只要 其性极变， 只不要极其性不，即变要只是仍U n* > Un 积，调节分 便直一长；增器的 输出Uc 便直一长；增有达只 到nU*= n ,U 才停上升止； 变， U负 n= 时，U0c才停 止升上不到； U n变负U, 不 时c会下降。在这里 值得，别特强调的，是当 nU = 会0降。下这里，在得值别强调特的是 并，不是，零 时Uc,不是零，并是而一终值个 cU ;f如 U果n 不 变化再此终值，便持恒保不变，这定是积控分制 的再化变此终值便，保持恒不定变，是这分控积的制特 。点特点 。

分结果： 析析结果：分 用积采调节器，分 用积分调采器，节当转速稳在时态达 到与定转给一速，系统致仍控制有号信 与，定转给一速致系，仍统有控制号，保信 持统系定稳行，运现实静无差速调无 静差调速 。持统系稳运定，实行现静差调速。无

)5 比例.积分与控的制较比有静 调差系速 当统负载矩转T由L1突增 到L时，2静有调差 速负当载转由矩突 增到 T统系的转n、速 统系转速 、的偏电差 压nU和 制控电压 U 的变化c程示过于下图。的变 过程化示下于图。

突加负 载时动的态过程当负转矩载 由L1T 增突 T到2 时，L静 差调速有系统的速 转 、n偏差 压电 Un和控 制电压 c U的化变程示过于 图右。于 图右。图-414有静 调速系统差加突负过程载

静差无调系统速当载突增负时积分，控的制无差调静速统动系当负 突增时载， 态过曲程线示于下。图稳在运行态， 时过程态曲示线于下。在图稳态行运时，速转偏电差必为零 不为零。 ,压 nU 必为。零果如 U n不为 零，则Uc 继 续 变不就是态了稳。 ,就化不是态了。稳突加在负引载动起态速时产降 生U n达到，的新稳态，时Un 恢复又零，但为 c U达到新稳态时， 又的恢复为， 已从零Uc 上升1 Uc到 ，2电使枢电由 Ud压1上 升到 d2U,克服以载负流电加增的降压 以克。负服载电增加的流降压。 在

这里，本身， 在 里这Uc,的改 变非仅仅依并 靠Un 本身， 在一段时 间内积的。 而是依累靠U n 一段在间时内积的。累

无差调静系速统虽然现 虽在现在 Un =然0 ,, 只要历史 上过有 n U, 其积分有一就数值，定其积 就有一定数分值， 足产生稳以态运所需行要的控制 压电Uc 积分。控 规律和制例控比制 规的律根区别本就于在此 律的根。区本别在就此于。图-164积分控制无静 差调系速统突 负加时载动的态程过

以将上的分析归纳来起可，得下述断论 将以：的上析归分起纳，来得可述下断论： 比例调节器的输只出决于取入偏差量 的输现状 的现状；而积；调节器的输分出则含包了输 偏差量的全入部史。历 偏量差的全部史历

。1.6.3

比积例控分规律 从制无差的静角突出地表度了积明分 控优制比于控制的地方例， 制优控比例于制的地控，但是另方方 一在制控快速的上， 性，在控面的制快速性，上分积制却控 不又比如例控。制不如比例 控制。如图所示 ，如图 示所，在样同的跃输阶作用 之下，比入调节器的例出可输立即响应以 ，下，比例之节调器输的出以可即立应， 而积响分调节器的输出却能只逐地渐。 而变积分节调的输器却出能逐只渐变。地

两 调种节器特性比较UinU x eUn UixeUexm Uex Ui nUex UinOa) 调P节器调节器 t

O

τ

)bI调 节 器节调

器t

种两调节I/器特性O曲线两种 调节器特 性线曲

么那如果，既稳态精度要，高 么那，如果要既稳精态度，又要 动高态应快，响怎该办么？ 动态响应呢快该，么怎办呢？要只把例比和积 分种两控制结起来合行就了 和积分两种控，制合结起来行就了，这 比例积便分制控 。比例积分控是制。