运动控制_第3章____转速、电流双闭环直流调速系统
运动控制_第3章____转速、电流双闭环直流调速系统
U
*
im
，转速外环呈开环状态，
转速的变化对系统不再产生影响。在这种情况下，电流负反
馈环起恒流调节作用，转速线性上升，从而获得极好的下垂
特性，如图 3-5中的AB段虚线所示。
第二十一页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第 3章 转速、电流双闭环直流调速系统
此时，电流
I
d
U* im ?
?
I dm
，Idm 为最大电流，是由设
差调节。
第二十页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第 3章 转速、电流双闭环直流调速系统
1) 转速调节器饱和
在电动机刚开始起动时，突加阶跃给定信号 U*n，由于
机械惯性，转速 n很小，转速负反馈信号 Un很小，则转速偏
差电压 ΔUn=U*n-Un>0很大，转速调节器 ASR 很快达到饱和
状态， ASR的输出维持在限幅值
图 3-5 双闭环直流调速系统的静特性
第二十三页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
2) 转速调节器不饱和
当转速n达到给定值且略有超调时 (即n>n0)，ΔUn=
U*n-Un<0，则转速调节器 ASR的输入信号极性发生改变，
ASR 退出饱和状态，转速负反馈环节开始起转速调节作用，
用以调节起动电流并使之保持最大值，使得转速线性变化， 迅速上升到给定值； 在电动机稳定运行时，转速调节器退 出饱和状态，开始起主要调节作用，使转速随着转速给定信 号的变化而变化，电流环跟随转速环调节电动机的电枢电流 以平衡负载电流。
第六页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第 3章 转速、电流双闭环直流调速系统
器ACR和转速调节器 ASR的输入电压偏差一定为零，因此，
运动控制系统 复习知识点总结
1 运动控制系统的任务是通过对电动机电压、电流、频率等输入电量的控制，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。
（运动控制系统框图）2. 运动控制系统的控制对象为电动机，运动控制的目的是控制电动机的转速和转角，要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的电磁转矩，使转速变化率按人们期望的规律变化。
因此，转矩控制是运动控制的根本问题。
第1章可控直流电源-电动机系统内容提要相控整流器-电动机调速系统直流PWM变换器-电动机系统调速系统性能指标1相控整流器-电动机调速系统原理2.晶闸管可控整流器的特点（1）晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用电子控制。
（2）晶闸管的控制作用是毫秒级的，系统的动态性能得到了很大的改善。
晶闸管可控整流器的不足之处晶闸管是单向导电的，给电机的可逆运行带来困难。
晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt都十分敏感，超过允许值时会损坏晶闸管。
在交流侧会产生较大的谐波电流，引起电网电压的畸变。
需要在电网中增设无功补偿装置和谐波滤波装置。
3.V-M系统机械特4.最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，它与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。
5.（1）直流脉宽变换器根据PWM变换器主电路的形式可分为可逆和不可逆两大类（2）简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统（3）有制动电流通路的不可逆PWM-直流电动机系统（4）桥式可逆PWM变换器（5）双极式控制的桥式可逆PWM变换器的优点双极式控制方式的不足之处（6）直流PWM变换器-电动机系统的能量回馈问题”。
（7）直流PWM调速系统的机械特性6..生产机械要求电动机在额定负载情况下所需的最高转速和最低转速之比称为调速范围，用字母D来表示（D的表达式）当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时电动机转速的变化率，称为静差率s。
运动控制系统课程设计_双闭环直流调速系统
运动控制系统课程设计设计名称双闭环直流调速系统专业班级自动化10—3学号**********姓名王韶雨指导教师李铁鹰运动控制系统课程设计设计名称双闭环直流调速系统专业班级自动化10—3学号**********姓名张浩宇指导教师李铁鹰目录一、设计任务 (2)1、设计对象参数 (2)2、性能指标 (2)3、课程设计的主要内容和要求 (2)3.1电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计 (2)3.2控制电路的设计 (2)二、电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计 (3)1、整流电路和整流器件的选择 (3)2、整流变压器参数的计算 (3)3、整流器件的保护 (4)4、平波电抗器参数的计算 (4)5、触发电路的选择 (4)三、直流双闭环调速系统原理图设计 (5)1系统的组成 (5)2系统的电路原理图 (6)3直流双闭环调速系统调节器设计 (6)3.1获得系统设计对象 (8)3.2电流调节器的设计 (6)3.3转速调节器的设计 (11)四、系统起动过程分析 (16)一、设计任务1、设计对象参数（1）P nom=30KW （2）U nom=220V （3）I nom=136A（4）n nom=1460r/min （5）R a =0.2Ω（6）R Σ=0.6Ω（7）C e=0.2 v.min/r （8）RΣ=0.18Ω（9）K S=42（10）T oi=0.002 s （11）T0=0.01 s （12）λ=1.5（13）U*nm=8 V (14)U*im=8 V2、性能指标σi≤5% σn≤10% 3、课程设计的主要内容和要求3.1电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计（1）整流电路和整流器件的选择（2）整流变压器参数的计算（3）整流器件的保护（4）平波电抗器参数的计算（5）触发电路的选择3.2控制电路的设计（1）建立双闭环不可逆直流调速系统的动态数学模型（2）电流调节器的设计计算（3）转速调节器的设计计算二、电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计1、整流电路和整流器件的选择目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如图1所示，其中阴极连接在一起的三个晶体管（VT1，VT3，VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的三个晶体管（VT4，VT6，VT2）称为共阳极组。
转速电流双闭环可逆直流PWM调速系统设计
题目：转速、电流双闭环可逆直流PWM调速系统设计学生姓名：学号：班级:专业：指导教师：起始时间： 2016年6月6日--6月17日摘要直流脉宽变换器，或称为直流PWM变换器，是在全控型电力电子器件问世以后出现的能取代相控整流器的直流电源。
根据PWM变换器主电路的形式可分为可逆和不可逆两大类。
电流截至负反馈环节只能限制电动机的动态电流不超过某一数值，而不能控制电流保持为某一所需值。
根据反馈控制原理，以某物理量作为负反馈控制，就能实现对该物理量的无差控制。
用一个调节器难以兼顾对转速的控制和对电流的控制。
如果在系统中另设一个电流调节器，就可以构成电流闭环。
电流调节器串联在转速调节器之后，形成以电流反馈作为内环、转速作为外环的双闭环调速系统。
利用单片机实现对直流电动机的双闭环调速，此系统使直流电机具有优良的调速特性，调速方便，调速范围广，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，制动和反转，能满足生产过程自动化系统的各种特殊运行要求。
关键词：双闭环，PWM，直流电动机，单片机目录摘要 0一、设计的目的及意义 (2)二、设计要求 (2)三、双闭环直流调速系统 (3)3.1、双闭环直流调速系统的原理 (3)3.2、双闭环直流调速系统的静特性分析 (5)3.3双闭环直流调速系统的数学模型 (7)四、转速环、电流环的设计 (9)4.1、转速调节器、电流调节器在直流双闭环系统中的作用 (9)4.2、调节器的具体设计 (9)4.3、电流环的设计 (10)4.4、速度环的设计 (11)五、PWM可逆直流调速系统 (13)5.1、PWM变换器 (13)5.2、整流电路 (14)5.3、泵升电路 (15)六、控制电路的设计 (15)6.1、单片机 (15)6.2、测速电路 (16)6.3、键盘电路 (16)七、双闭环可逆直流PWM调速系统的仿真 (17)八、结论 (19)附录 (20)附录A (20)附录B (21)参考文献 (23)一、设计的目的及意义1、训练学生正确的应用运动控制系统，培养解决工业控制、工业检测等领域具体问题的能力。
电力拖动自动控制系统-运动控制系统(_阮毅_陈伯时)课后参考答案第三四章(仅供参考)
第三章作业思考题3-1 在恒流起动过程中，电枢电流能否达到最大值 I dm ？为什么？答：不能达到最大值，因为在恒流升速阶段，电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势，它正是一个线性渐增的斜坡扰动量，所以系统做不到无静差，而是I d 略低于I dm 。
3-2 由于机械原因，造成转轴堵死，分析双闭环直流调速系统的工作状态。
答：转轴堵死，则n=0，U n =α×n =0，∆U n =U n ∗−U n =U n ∗比较大,导致U i ∗=∆U n ×K ASE 比较大，U C =（U i ∗−U i ）×K ACR 也比较大，然后输出电压U d0=U C ×K S 较大，最终可能导致电机烧坏。
3-3 双闭环直流调速系统中，给定电压 Un*不变，增加转速负反馈系数 α，系统稳定后转速反馈电压 Un 和实际转速 n 是增加、减小还是不变？答：反馈系数增加使得U n =α×n 增大，∆U n =U n ∗−U n 减小，U i ∗=∆U n ×K ASE 减小，U C =(U i ∗−U i )×K ACR 减小，输出电压U d0=U C ×K S 减小，转速n 减小，然后U n =α×n 会有所减小，但是由于α增大了，总体U n 还是增大的。
3-4 双闭环直流调速系统调试时，遇到下列情况会出现什么现象？ （1） 电流反馈极性接反。
（2）转速极性接反。
答：（1）转速一直上升，ASR 不会饱和，转速调节有静差。
（2）转速上升时，电流不能维持恒值，有静差。
3-5 某双闭环调速系统，ASR 、 均采用 PI 调节器，ACR 调试中怎样才能做到 Uim*=6V 时，Idm=20A ；如欲使 Un*=10V 时，n=1000rpm ，应调什么参数？答：前者应调节β=U im ∗Idm=0.3，后者应调节α=U n∗n=0.01。
第3章转速、电流反馈控制的直流调速系统-PPT文档资料
第3章 转速、电流反馈控制 的直流调速系统
内 容 提 要
转速、电流反馈控制直流调速系统的组成 及其静特性 转速、电流反馈控制直流调速系统的动态 数学模型 转速、电流反馈控制直流调速系统调节器 的工程设计方法 MATLAB仿真软件对转速、电流反馈控制 的直流调速系统的仿真
第Ⅱ阶段:恒流升速阶段（t1~t2）
n n
*
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Id基本保持在 Idm,
0 Id Idm t
电动机加速 到了给定值 n*。
ASR输出达到限幅值时，转速外环呈开环 状态，转速的变化对转速环不再产生影响。 双闭环系统变成一个电流无静差的单电流 闭环调节系统。稳态时
Id
U
* im
Idm
(3-2)
AB段是两个调 节器都不饱和 时的静特性， Id<Idm, n=n0。 BC段是ASR调 节器饱和时的 静特性，Id=Idm, n < n 0。
3.1.2 稳态结构图与参数计算
图3-2 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图 ASR——转速调节器 ACR——电流调节器 TG——测速发电机
1. 稳态结构图和静特性
转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定 的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制 了电力电子变换器的最大输出电压， 当调节器饱和时，输出达到限幅值，输入量的变 化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节 器退出饱和； 当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状 态，其作用是使输入偏差电压在稳态时为零。 对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和 两种情况，电流调节器不进入饱和状态 。
转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计
运动控制系统课程设计题目:转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计1. 设计题目转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计2. 设计任务已知某晶闸管供电的双闭环直流调速系统,整流装置采用三相桥式电路,基本数据如下：1）直流电动机：160V、120A、1000r/min、C e=r,允许过载倍数λ=2）晶闸管装置放大系数：K s=303）电枢回路总电阻：R=Ω4）时间常数：T l=,T m=,转速滤波环节时间常数T on取5）电压调节器和电流调节器的给定电压均为10V试按工程设计方法设计双闭环系统的电流调节器和转速调节器,并用Simulink建立系统模型,给出仿真结果;系统要求：1）稳态指标：无静差2）动态指标：电流超调量σi ≤5%；空载起动到额定转速时超调量σn ≤10%3. 设计要求根据电力拖动自动控制理论,按工程设计方法设计双闭环调速系统的步骤如下：1）设计电流调节器的结构和参数,将电流环校正成典型I型系统；2）在简化电流环的条件下,设计速度调节器的结构和参数,将速度环校正成典型II型系统；3）进行Simulink仿真,验证设计的有效性;4.设计内容1 设计思路：带转速负反馈的单闭环系统,由于它能够随着负载的变化而相应的改变电枢电压,以补偿电枢回路电阻压降的变化,所以相对开环系统它能够有效的减少稳态速降;当反馈控制闭环调速系统使用带比例放大器时,它依靠被调量的偏差进行控制的,因此是有静差率的调速系统,而比例积分控制器可使系统在无静差的情况下保持恒速,实现无静差调速;对电机启动的冲击电流以及电机堵转时的堵转电流,可以用附带电流截止负反馈作限流保护,但这并不能控制电流的动态波形;按反馈的控制规律,采用某个物理量的负反馈就可以保持该基本量基本不变,采用电流负反馈就应该能够得到近似的恒流过程;另外,在单闭环调速系统中,用一个调节器综合多种信号,各参数间相互影响,难于进行调节器的参数调速;例如,在带电流截止负反馈的转速负反馈的单闭环系统中,同一调节器担负着正常负载时的速度调节和过载时的电流调节,调节器的动态参数无法保证两种调节过程均具有良好的动态品质;按照电机理想运行特性,应该在启动过程中只有电流负反馈,达到稳态转速后,又希望只有转速反馈,双闭环调速系统的静特性就在于当负载电流小于最大电流时,转速负反馈起主要作用,当电流达到最大值时,电流负反馈起主要作用,得到电流的自动保护;2双闭环调速系统的组成：a.系统电路原理图图2-1为转速、电流双闭环调速系统的原理图;图中两个调节器ASR和ACR 分别为转速调节器和电流调节器,二者串级连接,即把转速调节器的输出作为电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置;电流环在内,称之为内环；转速环在外,称之为外环;两个调节器输出都带有限幅,ASR的输出限幅什U im决定了电流调节器ACR 的给定电压最大值U im,对就电机的最大电流；电流调节器ACR输出限幅电压U cm 限制了整流器输出最大电压值,限最小触发角α;图2－1 双闭环调速系统电路原理图b.系统动态结构图图2-2为双闭环调速系统的动态结构框图,由于电流检测信号中常含有交流分量,须加低通滤波,其滤波时间常数T oi按需要选定;滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量,但同时也给反馈信号带来了延滞;为了平衡这一延滞作用,在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节,称作给定滤波环节;其作用是：让给定信号和反馈信号经过同样的延滞,使二者在时间上得到恰当的配合,从而带来设计上的方便;由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波,因此也需要滤波,滤波时间常数用T on表示;根据和电流环一样的道理,在转速给定通道中也配上时间常数为T on的给定滤波环节;T oi—电流反馈滤波时间常数T on—转速反馈滤波时间常数图2－2双闭环调速系统的动态结构图3）按工程设计方法设计双闭环系统的ACR：设计多环控制系统的一般原则是：从内环开始,一环一环地逐步向外扩展;在这里是：先从电流环入手,首先设计好电流调节器,然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器;a.确定时间常数整流滤波时间常数T s,三相桥式电路的平均失控时间T s=；电流滤波时间常数T oi,三相桥式电路每个波头的时间是,为了基本虑平波头,应有1～2Toi=,因此取Toi=2ms=；电流环小时间常数T∑i,按小时间常数近似处理,取T∑i=T s+T oi=;b.选择电流调节器结构由设计要求：σi%≤5%,并保证系统稳态电流无误差,因此可按典型I型系统设计,电流调节器选用PI 型,其传递函数为: W ACR s =isis Ki ττ1+ c.校验近似条件电流环截止频率11.135-==s KI ci ω； 晶闸管装置传递函数近似条件为：13ci sw T ≤=,满足近似条件； 忽略反电动势对电流环影响的条件为：ci w ≥满足近似条件； 小时间常数近似条件处理条件为：ci w ≤=, 满足近似条件;d.计算调节器电阻和电容电流调节器原理如图3－1所示,按所用运算放大器取R 0=40kΩ,各电阻和电容值计算如下：,取30k; ,取;-图3－1含给定滤波与反馈滤波的PI 型电流调节器按照上述参数,电流环可以达到的动态指标为：σi %=%<5%,满足设计4按工程设计方法设计双闭环系统的ASR ：a.确定时间常数电流环等效时间常数为20.0074i T s ∑=；转速滤波时间常数Ton ,根据所用测速发电机波纹情况,取Ton=； 转速环小时间常数n T ∑ 按小时间常数近似处理,取n T ∑=20.0174i T Ton s ∑+=;b ．选择转速调节器结构由于设计要求无静差,转速调节器必须含有积分环节；又根据动态要求,应按典型Ⅱ型系统设计速度环,故ASR 选用PI 调节器,其传递函数为：1()n ASR nn s W s K sττ+= c.计算速度调节器参数按跟随和抗干扰性能较好的原则,取h=5,则ASR 的超前时间常数为：50.01740.087n n hT s τ∑==⨯=,转速环开环增益： 2224.39621-∑=+=s T h h K nN 于是,ASR 的比例系数: =d.校验近似条件由转速截止频率：15.341-===s n KN KNcn τωω; 电流环传递函数简化条件： ,满足简化条件; 转速环小时间常数近似条件为： ,满足近似条件;e.计算调节器电阻和电容转速调节原理图如图3－2所示,取040R k =Ω,则,取550k; ,取;图3－2含给定滤波与反馈滤波的PI 型转速调节器-按照上述参数,电流环可以达到的动态指标为：当h=5时,查表得%,虽然不满足设计要求,而实际上,突加阶跃给定时,ASR 饱和,应按退饱和的情况重新计算超调量,实际%,满足设计要求;5内、外开环对数幅频特性的比较图4－1把电流环和转速环的开环对数幅频特性画在一张图上,其中各转折频率和截止频率依次为：13.2700037.011-==∑s i T ,151.570174.011-==∑s n T , 151.34-=s cn ω,15.11087.011-=s n τ; 以上频率一个比一个小,从计算过程可以看出,这是必然的规律;因此,这样设计的双闭环系统,外环一定比内环慢;一般来说,1150~100-=s ci ω,150~20-=s cn ω;从外环的响应速度受到限制,这是按上述方法设计多环控制系统时的缺点;然而,这样一来,每个环本身都是稳定的,对系统的组成和调试工作非常有利;总之,多环系统的设计思想是：以稳为主,稳中求快;L/dBO1/-s ωiT ∑1ciωnT ∑1cn ωnτ1InI-电流内环 n-转速外环图4－1又闭环系统内环和外环的开环对数幅频特性－20－40－20－406 晶闸管的电压、电流定额计算a.晶闸管额定电压U N晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压Um ,考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素,还要放宽2～3倍的安全系数,即按下式选取U N ＝2～3Um ,式中系数2～3的取值应视运行条件,元件质量和对可靠性的要求程度而定;b.晶闸管额定电流I N为使晶闸管元件不因过热而损坏,需要按电流的有效值来计算其电流额定值;即必须使元件的额定电流有效值大于流过元件实际电流的最大有效值;可按下式计算：I N =~2K fb I MAX ;式中计算系数K fb =Kf/由整流电路型式而定,Kf 为波形系数,Kb 为共阴极或共阳极电路的支路数;当α=0时,三相全控桥电路K fb =,故计算的晶闸管额定电流为I N =~2K fb I MAX =~2 ××220×=～,取200A;7平波电抗器计算由于电动机电枢和变压器存在漏感,因而计算直流回路附加电抗器的电感量时,要从根据等效电路折算后求得的所需电感量中,扣除上述两种电感量;a.电枢电感量L M 按下式计算)(2103mH I Pn U K L NN N D M ⨯=P —电动机磁极对数,K D —计算系数,对一般无补偿电机：K D =8~12; b.整流变压器漏电感折算到次级绕组每相的漏电感L B 按下式计算)(100%2mH I U U K L dK BB •= U 2—变压器次级相电压有效值,I d —晶闸管装置直流侧的额定负载电流,K B —与整流主电路形式有关的系数;c.变流器在最小输出电流I dmin 时仍能维持电流连续时电抗器电感量L 按下式计算min2d I U K L •=, K 是与整流主电路形式有关的系数,三相全控桥K 取则L ＝mH.6）进行Simulink 仿真,验证设计的有效性a. 电流闭环的仿真如下图：为了研究系统的参数对动态性能的影响,分别取K I T ∑i =、、、,此时K I 的值也会随之变化,运行仿真,即可得不同K I 值的阶跃响应曲线：图6-1 KT=的阶跃响应曲线图6-2KT=的阶跃响应曲线图6-3 KT=的阶跃响应曲线图6-4 KT=的阶跃响应曲线由曲线可以看出如果要求动态响应快,可取KT=；如果要求系统超调小,则应把KT 的值取小些,可取KT<;无特殊要求,取折中值KT=,,称为最佳二阶系统;图6-1~图6-4反映了PI 调节器的参数对系统品质的影响趋势,在工程设计中,可以根据工艺的要求,直接修改PI 调节器的参数,找到一个在超调量和动态响应快慢上都较满意的电流环调节器;b. 转速环的仿真设计在增加转速环调节后,转速环开环传递函数如下： )1()1()(n 2n N n ++=∑s T s s K s W τ 校正后的调速系统动态结构框图如下所示：其中me n n N T C R K K βτα=;在matlab中搭建好系统的模型,如下图：转速环的仿真设计为满足系统在不同需求下的跟随性与抗扰行能要求,取h的之分别为：3、5、7、9. 用matlab仿真结果如下：图7-1h=3时的阶跃响应曲线图7-2h=5时的阶跃响应曲线图7-3h=7时的阶跃响应曲线图7-4h=9时的阶跃响应曲线由图可以看出：h值越小,动态降落也越小,恢复时间、调节时间也短,抗扰性能也越好,但是,从h<5以后,由于震荡剧烈h越小,恢复时间反而延长,综合起来看,h=5是最佳选择,也即最佳三阶系统;对电流环与转速环都是根据实际需要调节参数的,对比Ⅰ型、Ⅱ型系统可以发现：Ⅰ型系统可以在跟随性上做到超调小,但抗扰性能差；而Ⅱ型系统超调却相对较大,抗扰性能较好;5.设计心得a.通过该次设计,更加熟悉掌握了电流转速双闭环直流调速系统的结构组成以及它的工作原理,加深了对开环、闭环有静差、无静差调速的理解---闭环结构保证系统的稳定性与抗干扰能力；无静差调速则保证系统有较低的稳态误差;b.由此也初步掌握双闭环调节器的整个设计过程,其基本思想是先内环再外环;在结构框图的处理过程中有多处近似处理,简化了传递函数,从而使问题得到简化,因此称为被称为“工程设计方法”,这意味着在实际的应用中,在可以大大简化分析过程却很小影响分析结果的方法是很有价值的;从开环到闭环、从闭环无静差到有静差、从单环到双环着一些列的变化显示人们人知的渐进性;仿真是自己临时捡起matlab课本重新回顾才完成的,仿真的直观的证明了最佳二阶、三阶系统的参数,并再一次体现了matlab在控制中的重要作用,的确是一个很强大的仿真工具;整个仿真过程也加深了自己对电力拖动控制相关知识理解程度,相当于也许经过证明的才是最可靠的;d.由于水平有限,设计中肯定有许多错误和不足的地方,敬请老师指正;6．参考文献【1】陈伯时,电力拖动自动控制系统;机械工业出版社;【2】李荣生,电气传动控制设计指导;;。
运动控制_第3章____转速、电流双闭环直流调速系统
第3章
转速、电流双闭环直流调速系统
怎样才能做到既存在转速和电流两种负反馈，又使它们 只能分别在不同的阶段里起作用呢？转速、电流双闭环负反
馈直流调速系统正是用来实现上述目标的。在电动机起动时，
让转速调节器饱和，不起作用，电流环调节器起主要作用， 用以调节起动电流并使之保持最大值，使得转速线性变化，
第3章
转速、电流双闭环直流调速系统
图3-5 双闭环直流调速系统的静特性
第3章
转速、电流双闭环直流调速系统
2) 转速调节器不饱和 当转速n达到给定值且略有超调时(即n>n0)，ΔUn=
U*n-Un<0，则转速调节器ASR的输入信号极性发生改变，
ASR退出饱和状态，转速负反馈环节开始起转速调节作用， 最终使转速保持恒定，即ΔUn=U*n-Un=0， n 中的CA段虚线所示。
由于电流不能突变，图3-1(b)的理想波形只能近似得到， 不能完全实现。为了实现在允许条件下的最快起动，关键是
在起动过程中要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过
程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保 持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似
的恒流过程。现在的问题是，我们希望能实现这样的控制：
TL↑→n↓→Un↓→ΔUn↑→U*i↑→ΔUi↑
→Uct↑→Ud↑→n↑
最终保持转速稳定。当负载减小，转速上升时，也有类似的
调节过程。
第3章
转速、电流双闭环直流调速系统
3.1.3 双闭环直流调速系统的静特性及其稳态参数计算 分析转速、电流双闭环直流调速系统静特性的关键是掌
握PI调节器的稳态特征。在调速系统稳态运行时，电流调节
第3章第4讲转速、电流反馈控制的直流调速系统
1 1 −1 = 3× = 40.82 s < ω ci TmTl 0.18 × 0.03
1 ω ci ≤ 3T 3Ts
1 TmTl
（2）校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 ）
3
ω ci ≥ 3
（3）校验电流环小时间常数近似处理条件 ）
h +1 KN = 2 2 2h T∑ n
（3-64）
(h + 1) βC eTm Kn = 2hαRT∑ n
（3-66）
（3-65）
无特殊要求时，一般以选择 为好。 无特殊要求时，一般以选择h=5 为好。
（4）转速调节器的实现 ）
模拟式转速调节器电路 模拟式转速调节器电路 转速
Kn = Rn R0
1 T∑3-22 转速环的动态结构图及其简化 + Ton 图n = (3-60) KI (b)等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理 等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理
（2）转速调节器结构的选择 ）
转速环的控制对象是由一个积分环节和一个惯性 环节组成，IdL(s)是负载扰动。 环节组成， 是负载扰动。 是负载扰动 系统实现无静差的必要条件是： 系统实现无静差的必要条件是：在负载扰动点之 必须含有一个积分环节。 前必须含有一个积分环节。 转速开环传递函数应有两个积分环节，按典型Ⅱ 转速开环传递函数应有两个积分环节，按典型Ⅱ 型系统设计。 型系统设计。 K n (τ n s + 1) （3-61） ） ASR采用 调节器 W ASR ( s ) = 采用PI调节器 采用
2．转速调节器的设计 ． 解
1）确定时间常数 ） （1）电流环等效时间常数。 由例题 ，已取 ITΣi=0.5， ）电流环等效时间常数。 由例题3-1，已取K ， 则 1 = 2T∑ i = 2 × 0.0037 = 0.0074 s KI （2）转速滤波时间常数。根据所用测速发电机纹波情况， ）转速滤波时间常数。根据所用测速发电机纹波情况， 取Ton=0.01s。 。 （3）转速环小时间常数。按小时间常数近似处理，取 ）转速环小时间常数。按小时间常数近似处理， 1 TΣn = + Ton = 0.0074 + 0.01 = 0.0174 s KI
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（第四版）
第3章 转速、电流反馈控制的直流调速系统 讲义
电力拖动自动控制系统—运动控制系统 � 内容提要 � � � � 系统的组成及其静特性 系统的动态数学模型 系统调节器的工程设计方法 MATLAB 仿真软件对转速、电流反馈控制的直流调速系统的仿真
3.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性
图 2-24 双闭环直流调速系统的静特性 � � � 结论
I d < I dm 时，双闭环调速系统表现为转速无静差，即转速负反馈起主要调节作用。 I d ≥ I dm 时，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静
差，起过电流的自动保护。 实际静特性略有静差
2. 各参量的稳态工作点和稳态参数计算 � 稳态工作点（ASR、 ACR 均不饱和）
0.5
0.69
1.0
阻尼比 ζ 超调量σ 上升时间 tr 峰值时间 t P
1.0
0.8
0.707
0.6
0.5
0%
1.5%
4.3%
9.5%
16.3%
∞
6.6T
4.7T
3.3T
2.4T
∞
8.3T
6.2T
4.7T
3.2T
相对稳定裕度γ
截止频率 ωc
76.3°
69.9°
65.5°
9
电力拖动自动控制系统—运动控制系统
单闭环系统直流调速系统的动态抗扰作用 � 转速调节器的作用
1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速很快地跟随给定电压变化 , 如果采用 PI 调节器，则可实现无静差。 2）对负载变化起抗扰作用。 3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。 � 电流调节器的作用
运动控制 第3章 转速、电流反馈控制的直流调速系统
态的。
因此，对于静特性来说，
C
只有转速调节器饱和与 不饱和两种情况。
O
IdN
Idm
Id
额定电流 电流最大值
双闭环直流调速系统的静特性 21
第1篇 直流调速系统 3.1.2 稳态结构图与参数计算
➢ 当转速调节器不饱和
Id
U*n +
R
ASR U*i +
Ui -
ACR Uc UPE Ud0 +
-E
n
Ks
Un
ASR
U
i
内环
i GT
Ui
U ct
ACR
n
外环
TA
V Ud
转速、电流反馈控制直流调速系统原理图
Id
M
n
TG
38
第1篇 直流调速系统 3.2.2 动态过程分析
➢ 第I阶段：电流上升阶段( 0 ~ t1 )
➢突加给定电压 U*n 后，Id 上 升，当 Id 小于负载电流 IdL 时，
Id
I dm
U
* im
24
第1篇 直流调速系统 3.1.2 稳态结构图与参数计算
➢ 当转速调节器饱和
转速外环呈开环状态，转速的
变化对系统不再产生影响。双
闭环系统变成一个电流无静差
的单闭环电流调节系统。
稳态时：
Id
U
* im
Idm
n
A n0
B
C
O
IdN
Idm Id
双闭环直流调速系统的静特性
25
第1篇 直流调速系统 3.1.2 稳态结构图与参数计算
WASR
(s)
Kn
ns 1
转速﹑电流双闭环直流调速系统
—转速反馈系数;—电流反馈系数
实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。
1．转速调节器不饱和
这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零，因此
由第一个关系式可得
(2-1)
从而得到图2-5所示静特性的CA段。与此同时，由于ASR不饱和， ，从上述第二个关系式可知 。这就是说，CA段特性从理想空载状态的 一直延续到 ，而 一般都是大于额定电流 的。这就是静特性的运行段，它是一条水平的特性。
由图2—1可见，对一个调速系统来说，如果能满足最低转速运行的静差率s，那么，其它转速的静差率也必然都能满足。
图2—1
事实上，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所提静差率要求的转速可调范围。脱离了对静差率的要求。任何调速系统都可以得到极高的调速范围；反过来，脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了。
1）上升时间
在典型的阶跃响应跟随过程中，输出量从零起第一次上升到稳态值 所经过的时间称为上升时间，它表示动态响应的快速性，见图2—2。
图2—2
2）超调量
在典型的阶跃响应跟随系统中，输出量超出稳态值的最大偏离量与稳态值之比，用百分数表示，叫做超调量：
（2—4）
超调量反映系统的相对稳定性。超调量越小，则相对稳定性越好，即动态响应比较平稳。
对于不同的负载电阻L R，测速发电机输出特性的斜率也不同，它将随负载电阻的增大而增大，如图3-4中实线所示。
双闭环调速系统的静特性在负载电流小于 时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到 时，对应于转速调节器的饱和输出 ，这时，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。这就是采用了两个PI调节器分别形成内﹑外两个闭环的效果。这样的静特性显然比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。然而，实际上运算放大器的开环放大系数并不是无穷大。静特性的两段实际上都略有很小的静差，见图2-5中的虚线。总之，双闭环系统在突加给定信号的过渡过程中表现为恒值电流调节系统，在稳定和接近稳定运行中表现为无静差调速系统，发挥了转速和电流两个调节器的作用，获得了良好的静、动态品质。
闭环-转速电流双闭环直流调速系统
§2.2 转速、电流双闭环直流调速系统
一、双闭环调速系统的控制规律
转速单闭环系统被调节的是n，检测的误差是n， 要消除的也是扰动对n的影响。故不能控制电流（转 矩）的动态过程。
电流截止负反馈环节只能限制电流的冲击，不 能控制电流保持为某一所需值。
经常正、反转运行的调速系统，希望尽量缩短 启动、制动和反转过渡过程的时间，即要求系统动 态性能好，单闭环就不能满足要求了。
整个系统的本质由外环速度调节器来决定。即： 当ASR不饱和时，电流负反馈使静特性可能产生的 速降完全被ASR的积分作用所抵消了；一旦ASR饱 和，当负载电流过大，系统实现保护作用使n下降 过大时，转速环即失去作用，只剩下电流环起作用， 这时系统表现为恒流调节系统，静特性便会呈现出 很陡的下垂特性。
各变量的稳态工作点和稳态参数计算:
C
IdN
Idm
Id
BC段：描述ASR饱和后（ACR不饱和）的电流单闭环
系统的静特性，转速外环呈开环状态，表现为电流
无静差。
Id
U
* im
Idm
(n < n0 )
ASR的限幅值Uim由设计者选定——限定了最大电 流值Idm。
2、稳态参数：
转速调节器输出：
U
* i
Ui
Id
I dL
电流调节器输出：Uc
加快动态过程。 （4）电机过载/堵转时，限制Idlmax，起快速自动保护作用。
调节器的输出限幅作用
转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定
电流给定电压的最大值Idm；
电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制 了电力电子变换器的最大输出电压Udm。
当ASR饱和时，相当于电流单闭环系统,实现 “只有电流负反馈，没有转速负反馈”
《电力拖动自动控制系统》复习要点
阮毅、陈伯时《电力拖动自动控制系统（第4版）》复习要点第一章绪论1、运动控制系统的组成2、运动控制系统的基本运动方程式me L d JT T dt ω=-mm d dtθω=3、转矩控制是运动控制的根本问题。
4、负载转矩的大小恒定，称作恒转矩负载。
a ）位能性恒转矩负载b)反抗性恒转矩负载。
5、负载转矩与转速成反比，而功率为常数，称作恒功率负载。
6、负载转矩与转速的平方成正比，称作风机、泵类负载。
直流调速系统第二章转速反馈控制的直流调速系统1、直流电动机的稳态转速：e U IR n K -=Φ2、调节直流电动机转速的方法：（1）调节电枢供电电压；（2）减弱励磁磁通；（3）改变电枢回路电阻。
3、V-M系统原理图4、触发装置GT 的作用就是把控制电压U c 转换成触发脉冲的触发延迟角α。
改变触发延迟角α可得到不同的U d0，相应的机械特性为一族平行的直线。
5、脉宽调制变换器的作用：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。
6、调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速n max 和最低转速n min 之比。
7、静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落Δn N 与理想空载转速n 0之比。
8、调速范围、静差率和额定速降之间的关系：(1)N N n s D n s =∆-N N ND n s n D n ∆=+∆(1)N N n s n D s ∆=-9、转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图10、直流电动机的动态结构11、开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系：（1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多；（2）闭环系统的静差率要比开环系统小得多；（3）如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围。
12、当负载转矩增大，闭环调速系统转速自动调节的过程：TL ↑→I d ↑→n ↓→U n ↓→∆U n ↑→U c ↑→U d0↑→n ↑13、比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。
3.1转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性new
关于所设计的直流调速系统进展情况①调速方法：降低电枢电压调速；②可控电源： V-M系统或PWM-M系统；③稳态指标：比例控制闭环调速系统；④稳定性：动态校正为PI调节器；⑤电流问题：添加电流截止负反馈。
目前系统：牺牲了快速性，获得稳定性与静态无差。
转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性主讲人：张敬南副教授主要内容01 理想起动过程的控制要求02 双闭环直流调速系统的组成03 双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性04 双闭环直流调速系统的稳态计算（1）如何减少起动时间？2375e L GD dnT T dt-=2375d L T GD dnI I C dt-=显然，要对电流进行控制，并实现最大电流起动来提升跟随性能。
（2）理想的起动过程I d =I dLn=n*tI d O I d =I dm 控制要求：（1）第1段，最大电流起动，电流控制；（2）第2段，保证转速调节，速度控制。
转速、电流双闭环直流调速系统。
内环外 环 nASR ACR U *n + - U n U i U *i + - U cTA V+ - U d I dUPEL- M TG+（1）转速、电流双闭环调速系统的组成①ASR ：电流给定、限幅为最大电流； ②ACR ：控制电压、限幅为最大控制电 压，对应最大直流电压。
输出达到限幅值，可称为调节器饱和。
（2）两个调节器输出与限幅设置nASRACR U *n + - U n U i U *i + - U c TA V+ - U d I d UPE L- MTG+内环外 环（3）ASR饱和状态对应了两个状态根据ASR是否饱和来实现：①ASR饱和后， ASR不起调节作用，但输出限幅值决定了最大电流，只要转速 ASR不退饱和，只有 ACR 起调节作用，为最大电流控制系统。
②ASR退饱和后，ASR起调节作用，为转速控制系统。
显然，满足了理想起动过程的控制要求。
（3）ASR 饱和状态对应了两个状态nASR ACRU *n + - U n U i U *i + - U c TA V+ - U d I dUPEL- M TG+内环外 环 注意：结合ASR 的限幅和电流环，能够实 现限制电流的作用。
《运动控制系统》期末复习资料
第1章绪论1.什么是运动控制? 电力传动又称电力拖动，是以电动机作为原动机驱动生产机械的系统的总称。
运动控制系统是将电能转变为机械能的装置，用以实现生产机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其它应用的要求。
2.运动控制系统的组成：现代运动控制技术是以电动机为控制对象，以计算机和其它电子装置为控制手段，以电力电子装置为弱电控制强电的纽带，以自动控制理论和信息处理理论为理论基础，以计算机数字仿真或计算机辅助设计为研究和开发的工具。
3.运动控制系统的基本运动方程式：第2章转速反馈控制的直流调速系统1.晶闸管-电动机（V-M ）系统的组成：纯滞后环节，一阶惯性环节。
2.V-M 系统的主要问题：由于电流波形的脉动，可能出现电流连续和断续两种情况。
3.稳态性能指标：调速范围D 和静差率s 。
D =??(1-??)，额定速降??，D =????，s =????04.闭环控制系统的动态特性；静态特性、结构图？5.反馈控制规律和闭环调速系统的几个实际问题，积分控制规律和比例积分控制规律。
积分控制规律：t 0n cd 1tU U 比例积分控制规律：稳态精度高，动态响应快6.有静差、无静差的主要区别：比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状；而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。
比例积分放大器的结构：PI 调节器7.数字测速方法：M 法测速、T 法测速、M/T 法测速。
8.电流截止负反馈的原理：采用某种方法，当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。
电流截止负反馈的实现方法：引入比较电压，构成电流截止负反馈环节9.脉宽调制：利用电力电子开关的导通与关断，将直流电压变成连续可变的电压，并通过控制脉冲宽度或周期达到变压变频的目的。
10.直流蓄电池供电的电流可反向的两象限直流斩波调速系统,已知:电源电压Us=300V,斩波器占空比为30%,电动机反电动势E=100V,在电机侧看,回路的总电阻R=1Ω。
运动控制系统填空题总结
运动控制系统填空题总结1、各种电力拖动自动控制系统都是通过控制电动机转速来工作的。
2、转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是饱和非线性控制、准时间最优控制和转速超调。
3、反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。
4、V-M系统中，采用三相整流电路，为抑制电流脉动，可采用的主要措施是设置平波电抗器。
5、自动控制系统的动态性能指标包括对给定输入信号的跟随性能指标和对扰动输入信号的抗扰性能指标、6、SPWM控制技术包括单极性和双极性两种方式。
7、调速系统的稳态性能指标包括调速范围和静差率。
8、交流异步电动机变频调速系统的控制方式有恒磁通控制、恒功率控制和恒电流控制三种。
9、三相异步电动机动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合、的多变量系统。
10、转速、电流双闭环系统，采用PI调节器，稳态运行时，转速n取决于给定电压Un* 、ASR的输出量取决于负载电流Idl 。
11、直流调速系统用的可控直流电源有：旋转变流机组（G-M 系统）、静止可控整流器、直流斩波器或脉宽调制变换器。
12、衡量直流调速系统常见的指标为调速范围，静差率，额定速降。
三者的关系为：P22 。
13、直流调速系统若采用V-M调速，一般应用在_ 大功率 _场合；若采用PWM调速，一般应用在中小容量场合。
14、转速、电流反馈控制系统起动过程中的三个特点为：饱和非线性控制、转速超调、准时间最优。
15、数字测速的精度指标有：分辨率、测速误差率。
16、数字PI调节器的位置式算法为_ P46 。
17、V-M可逆系统中会存在瞬时脉动环流，消除直流平均环流可采用α=β配合控制控制，抑制瞬时脉动环流可采用环流电抗器。
18、异步电机采用恒压频比控制时，随着频率的降低，n0会降低，△n会不变，Temax会不变。
19、基于稳态模型的变频调速系统有转速开环调压系统、转速闭环转差系统两类。
20、异步电动机三相模型的非线性强耦合性质主要体现在磁链方程和（电压）转矩方程。
3.2转速、电流双闭环直流调速系统的起动过程
-IdL
U*n +
+
WASR(s)
WACR(s)
Un
U*i Ui
Uc
Ks Tss+1
- 1/R Id
Ud0
Tl s+1 +
±∆Ud
R
n
Tms E 1/Ce
由于电流环的抑制作用，由电网电压 波动引起的转速动态变化会比单闭环系统 小得多。
（四）两个调节器的作用 （1）转速调节器的作用 ①转速跟随给定电压变化； ②对负载变化起抗扰作用； ③输出限幅值决定电机允许的最大电流。 配合电流调节器，起到了限制电枢电 流最大值的作用。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）
（四）两个调节器的作用 （2）电流调节器的作用 ①电流跟随电流给定变化； ②在转速动态过程中，保证获得电机允 许的最大电流，从而加快动态过程； ③起到了限制电枢电流最大值的作用； ④对电网电压的波动起及时抗扰的作用。
主要内容
01 双闭环直流调速系统动态结构图 02 双闭环直流调速系统的起动过程 03 动态抗扰性能分析 04 转速调节器和电流调节器的作用
（二）双闭环直流调速系统的起动过程
（1）起动过程分析 ③第 III 阶段——转速调节阶段
n
n* I
II
III
.
O
t
Id
Idm
IdL
O
t1Leabharlann t2t3t4t
（二）双闭环直流调速系统的起动过程
（2）起动过程特点
n
n*
.
O
t
Id
Idm
IdL
O
t
①饱和非线性控制。
②转速超调。
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第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
图3-2 转速、电流双闭环直流调速系统结构
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
图3-2中，电流调节器ACR和电流检测反馈回路构成了 电流环，转速调节器ASR和转速检测反馈环节构成了转速环， 所以称此系统为双闭环调速系统。从闭环结构上看，转速环 包围电流环。电流环在里面，称为内环(又称副环)； 转速环 在外边，称为外环(又称主环)。在电路中，转速环ASR和电 流环ACR串联，即把ASR的输出当作ACR的输入，再由 ACR的输出去控制电力电子变换器UPE的触发器。
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
图中还标出了两个调节器的输出都是带有限幅作用的， ACR的输出限幅值为Uctm，它限制了晶闸管整流器输出电压 的最大值Udm； ASR的输出限幅值为U*im，它决定了电流调 节器给定电压的最大值。当调节器饱和时，其输出值为一恒 定值(等于限幅值)，输入量的变化不再影响输出，除非有反 向的输入信号使调节器退出饱和。换句话说，饱和的调节器 暂时隔断了输入和输出之间的联系，相当于使该调节器开路。 正常运行时，电流调节器不会饱和，只有转速调节器会出现 饱和和不饱和两种情况，具体描述详见后面的动态分析。
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
图3-1 直流调速系统起动过程的电流和转速波形
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
对于龙门刨床、可逆压钢机那样经常正反转运行的调速 系统，尽量缩短其起、制动过程的时间是提高生产率的重要 因素。
为了提高生产效率和加工质量，充分利用晶闸管元件及 电动机的过载能力，要求实现理想的起动过程。带电流截止 负反馈的单闭环直流调速系统的理想起动过程如图3-1(b)所 示，起动电流呈方形波，即在整个起动过程中，使起动电流 一直保持最大允许值，此时电动机以最大转矩起动，转速迅 速按线性规律增长，以缩短起动时间； 起动过程结束后， 电流从最大值迅速下降到负载电流值且保持不变，转速维持 给定转速不变。这是在最大电流(转矩)受限制时调速系统所 能获得的最快的起动过程。
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
3.1 转速、电流双闭环直流调速系统 的组成及其静特性
采用PI调节器、带电流截止环节的转速负反馈调速系统 既实现了系统的稳定运行和无静差调速，又限制了起动时的 最大电流。这对一般要求不太高的调速系统已基本满足要求， 但是如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起、制 动，突加负载动态速降小等，单闭环系统就难以满足需要。 这主要是因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转 矩的动态过程。
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
由于电流不能突变，图3-1(b)的理想波形只能近似得到， 不能完全实现。为了实现在允许条件下的最快起动，关键是 在起动过程中要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过 程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保 持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似 的恒流过程。现在的问题是，我们希望能实现这样的控制： 起动过程只有电流负反馈，没有转速负反馈； 稳态时只有 转速负反馈，没有电流负反馈。
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
怎样才能做到既存在转速和电流两种负反馈，又使它们 只能分别在不同的阶段里起作用呢？转速、电流双闭环负反 馈直流调速系统正是用来实现上述目标的。在电动机起动时， 让转速调节器饱和，不起作用，电流环调节器起主要作用， 用以调节起动电流并使之保持最大值，使得转速线性变化， 迅速上升到给定值； 在电动机稳定运行时，转速调节器退 出饱和状态，开始起主要调节作用，使转速随着转速给定信 号的变化而变化，电流环跟随转速环调节电动机的电枢电流 以平衡负载电流。
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
2. 双闭环直流调速系统的电路原理图 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器 一般都采用比例积分(PI)调节器，这样构成的双闭环直流调 速系统的电路原理图如图3-3所示。图中标出了两个调节器 输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控 制电压Uct为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的 倒相作用。
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
图3-3 双闭环直流调速系统电路原理图
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
3.1.2 双闭环直流调速系统的工作原理 为了更清楚地了解转速、电流双闭环直流调速系统的特
性，必须对双闭环调速系统的稳态结构图进行分析。图3-4 为双闭环调速系统的稳态结构图，它可以很方便地根据电路 原理图(见图3-3)画出来，只要注意用带限幅的输出特性表示 PI调节器就可以了。电流调节器ACR和转速调节器ASR的输 入、输出信号的极性主要视触发电路对控制电压Uct的要求 而定。假如触发器要求电流调节器ACR的输出电压Uct为正 极性，由于调节器一般为反相输入，那么则要求ACR的输 入电压U*i为负极性，因此，转速调节器ASR的给定电压U*n 则要求为正极性。下面主要根据电流环和转速环的工作过程 来说明双闭环直流调速系统的工作原理。
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
另外，在单闭环直流调速系统中只有电流截止负反馈环 节是专门用来控制电流的，但它只能在电流超过临界电流值 Idcr以后才起作用，靠强烈的负反馈作用限制最大起动电流， 而不能保证在整个起动过程中维持最大电流，因而并不能很 理想地控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环直 流调速系统起动时的电流和转矩波形如图3-1(a)所示。由图 可见，随着转速的上升，电动机反电动势增加，使起动电流 到达最大值后又迅速降下来，电磁转速也随之减小，影响了 起动的快速性(即起动时间较长)，使起动过程延长。
ห้องสมุดไป่ตู้
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
3.1.1 双闭环直流调速系统的组成 1. 双闭环直流调速系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统
中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速 负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套(或称串级)连接， 如图3-2所示。图中：U*n为转速给定信号(电压信号形式)， Un为转速反馈信号，ΔUn为转速偏差信号； ASR为转速调节 器； U*i为电流给定的电压信号，Ui为电流反馈信号，ΔUi 为电流偏差信号； ACR为电流调节器； Uct为晶闸管整流桥 的脉冲触发控制信号； GT为脉冲触发装置； TG为测速发 电机； TA为电流互感器； UPE为电力电子变换器(即三相 全控桥式晶闸管整流器)。