第六讲(双闭环系统的组成及稳态分析).
晶闸管串级调速双闭环系统方案
晶闸管串级调速双闭环系统方案晶闸管串级调速双闭环系统是一种常用的电力传动系统，广泛应用于工业生产中。
它通过晶闸管的调速和闭环控制，能够实现对电机转速的精确控制，提高系统的稳定性和可靠性。
下面将详细介绍晶闸管串级调速双闭环系统的方案。
1.系统结构2.系统原理（1）速度闭环：系统首先通过速度传感器测量电机的转速，将实际转速与给定转速进行比较，得到速度误差信号。
然后将速度误差信号通过比例积分控制器进行处理，得到电机的转速控制信号。
最后，转速控制信号经过PWM调制器和晶闸管触发控制电路，实现对晶闸管的控制，从而控制电机的转速。
（2）电流闭环：系统通过电流传感器测量电机的输出电流，将实际电流与给定电流进行比较，得到电流误差信号。
然后将电流误差信号通过比例积分控制器进行处理，得到电机的电流控制信号。
最后，电流控制信号经过PWM调制器和晶闸管触发控制电路，实现对晶闸管的控制，从而控制电机的输出电流。
3.系统参数设计为了保证系统的稳定性和可靠性，需要根据实际需求对系统的参数进行设计。
主要设计参数包括速度闭环的比例系数Kp1和积分时间常数Ti1，以及电流闭环的比例系数Kp2和积分时间常数Ti2（1）速度闭环参数设计：根据实际需求确定速度闭环的比例系数Kp1和积分时间常数Ti1、一般情况下，比例系数Kp1的值越大，系统的响应速度越快但稳定性越差；积分时间常数Ti1的值越大，系统对于长期速度误差的补偿能力越强但抗干扰能力越差。
因此，需要在速度响应速度和稳定性之间进行权衡，选择合适的参数。
（2）电流闭环参数设计：根据实际需求确定电流闭环的比例系数Kp2和积分时间常数Ti2、一般情况下，比例系数Kp2的值越大，系统的响应速度越快但稳定性越差；积分时间常数Ti2的值越大，系统对于长期电流误差的补偿能力越强但抗干扰能力越差。
因此，需要在电流响应速度和稳定性之间进行权衡，选择合适的参数。
4.系统优化设计为了进一步提高系统的性能和可靠性，可以对晶闸管串级调速双闭环系统进行优化设计。
双闭环直流调速系统特性与原理
双闭环直流调速系统特性与原理双闭环直流调速系统是一种用于控制直流电动机转速的调速系统。
它由两个闭环控制回路组成，分别是转速外环和电流内环。
其中，转速外环控制直流电机的转速，通过调节电压来控制直流电机的转矩；而电流内环则控制直流电机的电流，通过调节电压来控制直流电机的转矩。
1.稳定性：双闭环控制系统能够有效地控制直流电动机的转速和电流，使其在运行过程中保持稳定的转矩输出。
通过转速外环对转速进行控制，可以实现精确的转速调节；而电流内环则能够控制电机的电流，防止过载和短路等故障。
2.响应速度：双闭环控制系统的转速外环具有较快的响应速度，能够实现快速的转速调节。
而电流内环的响应速度则相对较慢，主要起到电机保护的作用。
3.鲁棒性：双闭环控制系统具有较好的鲁棒性，能够对外部干扰和参数变化具有一定的抗干扰能力。
通过合理的控制策略和参数调整，可以提高系统的鲁棒性。
1.转速外环控制原理：转速外环将输出电压与给定的转速进行比较，得到转速误差，并通过调节电压反馈回内环控制器中。
转速外环控制器通常采用PI控制器，根据转速误差和积分项来控制输出电压。
通过不断调节输出电压，使得转速误差趋于零，从而实现对直流电机转速的调节。
2.电流内环控制原理：电流内环控制器将输出电压与给定的电流进行比较，得到电流误差，并通过调节输出电压来控制电流。
电流内环控制器通常也采用PI控制器，根据电流误差和积分项来控制输出电压。
通过不断调节输出电压，使得电流误差趋于零，从而实现对直流电机电流的调节。
3.反馈信号处理：双闭环直流调速系统中，转速和电流测量信号需要经过滤波和放大等处理，以便传递给控制器进行计算。
滤波器通常采用低通滤波器，用于去除高频噪声，放大器则用于放大信号强度。
4.控制指令处理：由上位机或人机界面输入的控制指令需要经过处理，包括限幅、线性化等，以确保输入信号符合控制系统的要求。
处理后的指令将送入控制器，进行计算和控制输出电压。
通过双闭环直流调速系统的控制，可以实现对直流电机的转速和电流的精确调节，并具有较好的稳定性、响应速度和鲁棒性，广泛应用于工业自动化领域。
自动控制系统双闭环直流调速系统稳态结构解读
目录引言 (2)1设计目的 (3)2直流调速系统的理论设计 (3)2.1 系统组成及要求 (3)2.2 电流调节器设计 (4)2.3 转速调节器设计 (7)3系统仿真 (10)4结论 (12)5心得体会 (13)6参考文献 (13)引言本设计从直流电动机的工作原理入手，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。
然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。
转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统, 采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。
应掌握转速、电流双闭环直流调速系统的基本组成及其静特性；应用工程设计方法解决双闭环调速系统中两个调节器的设计问题，等等。
通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。
为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。
问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不要电流负反馈发挥主作用，因此需采用双闭环直流调速系统。
这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。
1设计目的1进一步对自动控制系统这门学科进行理解。
2掌握双闭环直流调速系统的设计过程。
3体会参数设计的过程。
2 直流调速系统的理论设计2.1系统组成及要求本控制系统采用转速、电流双闭环结构，其原理图图1，双闭环直流调速系统稳态结构图图2和动态结构框图图3如下所示。
图1双环调直流速系统原理图图2双闭环直流调速系统稳态结构图图3双闭环直流调速系统动态结构框图某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采取三相桥式电路，基本数据如下： 直流电机220V ，136A ，1460r/min ，rV C e m in/132.0⋅=，允许过载倍数5.1=λ；晶闸管装置放大倍数s k =40； 电枢回路总电阻R=0.5Ω；时间常数s T l 03.0=，sT m 18.0=；电流反馈系数A V /05.0=β(NI V 5.1/10≈)，转速反馈系数()N n V r V /10m in/007.0≈⋅=α。
双闭环直流调速系统电路原理
双闭环直流调速系统电路原理
一、双闭环直流调速系统简介
双闭环直流调速系统，通常称为DCS，是一种用于控制和调节电动机
转速的电子系统，它能够准确地检测电机的转速，以调整电机驱动器输出
功率，并为电机提供良好的调节性能、低噪声、低抖动和优异的精度。
它
通常由稳态调节器、反馈传感器、控制器、执行器等组成。
双闭环直流速系统，具有以下几个电路：1.平衡节回路：由半桥变流器、电流变换器、电流放大器、PID控制器、可变阻器等组成，以实现基
于比例环节的节；2.电压控制回路：由可前置增益电路、放大器、变速器、可谐滤波器以及PID控制器组成，以实现节；3.转矩控制回路：由电阻模块、电容模块、放大器和可谐滤波器组成，以实现节；4.转速控制回路：
由反馈传感器、放大器、可谐滤波器和PID控制器组成，以实现节；5.电
流控制回路：由电流放大器和可谐滤波器组成，以实现节；6.位置控制回路：由反馈传感器、放大器，可谐滤波器和专用控制器组成，以实现节；7.整回路：由电位器。
双闭环机床伺服系统的组成及各部分作用
一、概述机床作为制造业中常见的设备之一，对于产品加工具有至关重要的作用。
而机床的运动控制系统中的伺服系统更是其核心部分之一。
双闭环机床伺服系统作为目前应用较为广泛的一种机床伺服系统，其组成及各部分作用备受关注。
本文旨在对双闭环机床伺服系统的组成及各部分作用进行系统的介绍，以期对读者有所启发。
二、双闭环机床伺服系统的基本概念1.1 双闭环机床伺服系统的定义双闭环机床伺服系统是一种具有两个闭环控制的机床伺服系统，分别是速度环和位置环。
通过这两个闭环系统的协同作用，可以更加精准地控制机床的运动，提高加工精度和效率。
1.2 双闭环机床伺服系统的优势双闭环机床伺服系统相较于单闭环系统具有许多优势，如运动精度更高、动态性能更好、抗干扰能力更强等。
三、双闭环机床伺服系统的组成2.1 电机部分电机是双闭环机床伺服系统的核心部分，负责将电能转换为机械能，驱动机床的各种运动。
通常采用的是交流伺服电机或直流伺服电机。
2.2 传感器部分传感器是用来感知机床运动状态的装置，可以采集到机床位置、速度等信息，并反馈给控制系统，以实现闭环控制。
常见的传感器包括编码器、光栅尺等。
2.3 控制器部分控制器是双闭环机床伺服系统的大脑，负责接收传感器反馈的信号，计算控制算法得出控制指令，并驱动电机实现所需的运动。
常见的控制器包括PLC、DSP等。
2.4 励磁部分励磁部分是用来控制电机的磁场强度的部分，可以根据运动需要调节电机的磁场，以实现精确的运动控制。
通常采用的是三相功率放大器。
四、双闭环机床伺服系统各部分的作用3.1 电机的作用电机是双闭环机床伺服系统的动力来源，可以根据控制器输出的控制指令实现精确的运动控制。
其性能的好坏直接影响着机床的加工精度和效率。
3.2 传感器的作用传感器负责采集机床的运动状态信息，并将其反馈给控制器，以实现闭环控制。
传感器的准确性和稳定性对机床的运动控制起着至关重要的作用。
3.3 控制器的作用控制器是整个双闭环机床伺服系统的大脑，负责接收传感器反馈的信号，计算控制算法，并输出控制指令驱动电机运动。
双闭环
双闭环直流调速系统1、双闭环调速系统的论证采用单闭环的速度反馈调节时整流电路的脉波数m = 2 ,3 ,6 ,12 , ⋯,其数目总是有限的,比直流电机每对极下换向片的数目要少得多。
因此,除非主电路电感L = ∞,否则晶闸管电动机系统的电流脉动总会带来各种影响,主要有:(1) 脉动电流产生脉动转矩,对生产机械不利; (2)脉动电流(斜波电流) 流入电源,对电网不利,同时也增加电机的发热。
并且晶闸管整流电路的输出电压中除了直流分量外,还含有交流分量。
把交流分量引到运算放大器输入端,不仅不起正常的调节作用,反而会产生干扰,严重时会造成放大器局部饱和,从而破坏系统的正常工作。
而采用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。
在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满足了生产需求。
1.1 方法的选择1.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，难于进行调节器动态参数的调整，系统的动态性能不够好。
2.系统中采用电流截止负反馈环节来限制启动电流，不能充分利用电动机的过载能力获得最快的动态响应，即最佳过渡过程。
为了获得近似理想的过度过程，并克服几个信号综合于一个调节器输入端的缺点，最好的方法就是将被调量转速与辅助被调量电流分开加以控制，用两个调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统。
而由于电机上网容量较大，又要求电流的脉动小，故选用三相全控桥式整流电路供电方案。
电动机额定电压为220V，为保证供电质量，应采用三相减压变压器将电源电压降低。
为避免三次谐波电动势的不良影响，三次谐波电流对电源的干扰。
主变压器采用A/D联结。
直流电动机双闭环调速系统设计
1 设计方案论证电流环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。
方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。
转速环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。
方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。
2双闭环调速控制系统电路设计及其原理综述随着现代工业的开展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得到了越来越广泛的认同与应用。
相对于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的弱点。
双闭环控制那么很好的弥补了他的这一缺陷。
双闭环控制可实现转速和电流两种负反应的分别作用，从而获得良好的静，动态性能。
其良好的动态性能主要表达在其抗负载扰动以及抗电网电压扰动之上。
正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有必要对其最优化设计进展深入的探讨和研究。
本次课程设计目的就是旨在对双闭环进展最优化的设计。
整流电路本次课程设计的整流主电路采用的是三相桥式全控整流电路，它可看成是由一组共阴接法和另一组共阳接法的三相半波可控整流电路串联而成。
共阴极组VT1、VT3和VT5在正半周导电，流经变压器的电流为正向电流；共阳极组VT2、VT4和VT6在负半周导电，流经变压器的电流为反向电流。
变压器每相绕组在正负半周都有电流流过，因此，变压器绕组中没有直流磁通势，同时也提高了变压器绕组的利用率。
三相桥式全控整流电路多用于直流电动机或要求实现有源逆变的负载。
为使负载电流连续平滑，有利于直流电动机换向及减小火花，以改善电动机的机械特性，一般要串入电感量足够大的平波电抗器，这就等同于含有反电动势的大电感负载。
三相桥式全控整流电路的工作原理是当a=0°时的工作情况。
双闭环直流调速系统工作原理
双闭环直流调速系统工作原理1.系统结构：双闭环直流调速系统主要由两个闭环控制组成，即速度内环和电流外环。
速度内环控制器接收速度设定值和速度反馈信号，通过计算得到电流设定值，并发送给电流外环控制器。
电流外环控制器接收电流设定值和电流反馈信号，通过计算得到电压设定值，并输出给电源控制器。
电源控制器接收电压设定值和电源反馈信号，通过调节电源输出电压，以确保电机输出的电压和电流符合控制要求。
2.速度内环控制：速度内环控制器是实现速度调节的关键部分。
它通过比较速度设定值和速度反馈信号，得到速度差，然后根据速度差来调节电流设定值。
控制器根据速度差的大小来调整电流设定值的大小，如果速度差较大，则增大电流设定值；如果速度差较小，则减小电流设定值。
通过不断调整电流设定值，使得速度差逐渐减小，最终达到设定的速度。
3.电流外环控制：电流外环控制器是为了保证电流的稳定性而设置的闭环控制。
它接收电流设定值和电流反馈信号，通过比较二者的差异，计算得到电压设定值。
控制器根据电流设定值和电流反馈信号的差异来调整电压设定值的大小，如果电流差较大，则增大电压设定值；如果电流差较小，则减小电压设定值。
通过不断调整电压设定值，使得电流差逐渐减小，最终达到设定的电流。
4.电源控制：电源控制器是为了保证电机输出的电压和电流符合控制要求而设置的。
它接收电压设定值和电源反馈信号，通过调节电源输出电压来实现电机的调速。
当电压设定值与电源反馈信号存在差异时，控制器会相应地改变电源输出电压，使得电机的电压和电源设定值尽可能接近。
通过不断调整电压输出，最终使得电机的电压和电流稳定在设定值。
5.系统优点：双闭环直流调速系统能够实现对电机的精确调节，具有较高的速度和电流控制精度。
通过速度内环和电流外环的联合控制，可以准确地调节电机的转速，并且能够自动调整输出电流，适应不同负载。
此外，该系统还具有较好的稳定性和抗干扰能力，在外界干扰较大时仍能保持较高的控制精度。
系统方案框图双闭环
系统方案框图双闭环简介系统方案框图双闭环是一种系统控制方法，通过两个闭环结构协同工作来实现对系统的控制。
其中，一个闭环用于测量和反馈系统状态，另一个闭环用于生成控制信号并对系统进行控制。
这种双闭环结构能够显著提高系统的稳定性、鲁棒性和适应性。
基本原理系统方案框图双闭环的基本原理是将系统的控制过程分为两个环节，分别是测量和反馈环节以及控制环节。
在测量和反馈环节中，通过传感器对系统的状态进行测量，并将测量结果反馈给控制器。
控制器会根据反馈的系统状态进行分析和处理，以确定控制信号的生成方式和调节规律。
生成的控制信号将输入到控制环节。
在控制环节中，控制信号对系统进行控制。
这个环节可以是单一的控制器，也可以是由多个控制器组成的复杂控制系统。
控制信号通过执行器传递给系统，对系统的行为产生影响。
两个闭环结构通过反馈信号进行信息交互，实现了对系统状态的感知、分析和调节。
这种双闭环结构能够使系统快速响应外部变化，并保持系统状态的稳定性和平衡性。
设计步骤设计一个系统方案框图双闭环包含以下步骤：步骤1：确定系统的闭环结构根据系统的特点和要求，确定系统的闭环结构，包括测量和反馈环节以及控制环节。
可以采用串级闭环、并级闭环或者混合闭环等形式。
步骤2：选择合适的传感器和执行器根据系统的性质和需求，选择合适的传感器和执行器。
传感器用于对系统状态进行测量，执行器用于控制系统。
步骤3：设计测量和反馈环节根据系统的状态信息和反馈要求，设计测量和反馈环节。
确定传感器的安装位置和测量方式，设计反馈机制和信号处理算法。
步骤4：设计控制环节根据系统的控制要求和闭环结构，设计控制环节。
确定控制器的类型和参数，设计控制算法和调节规律。
步骤5：实施系统方案框图双闭环根据设计结果，实施系统方案框图双闭环。
包括传感器和执行器的安装、控制器的编程和调试等。
优点与应用系统方案框图双闭环具有以下优点：1.提高系统的稳定性：通过不断感知和调节系统状态，降低系统的不稳定性和波动性，提高系统的稳定性和可靠性。
《双闭环调速系统》课件
实际应用效果
在电动汽车控制系统中应用双闭环调速系统，可以提高车辆的能源利用效率，延长续航里 程，同时提高车辆的操控性能和行驶安全性。
06 双闭环调速系统的未来发 展与展望
技术发展趋势
数字化
随着数字化技术的不断发展，双闭环调速系统将更加依赖于数字信号处理，实现更快速 、更精确的控制。
电流环的控制方式
通常采用比例控制器（P）或比例积分控制器（PI），根据电流偏 差进行调节。
PI调节器
PI调节器的定义
PI调节器是一种线性调节器，由比例（P）和积分（I）两部分组 成。
PI调节器的作用
根据输入的偏差信号，输出相应的控制信号，以减小偏差。
PI调节器的参数调整
需要根据实际情况调整比例和积分系数，以获得最佳的控制效果。
各种设备的速度进行精确控制，确保生产流程的稳定性和高效性。
03
实际应用效果
在工业自动化生产线上应用双闭环调速系统，可以提高生产效率，降低
人工干预，减少生产成本。
案例三：电动汽车控制系统中的应用
电动汽车控制系统概述
电动汽车控制系统是指通过电子控制技术实现对电动汽车的能源管理和行驶控制。
双闭环调速系统的应用方式
触发电路
触发电路的定义
01
触发电路是用于控制电机换相的电路。
触发电路的工作原理
02
根据电流环的输出和实际电流的偏差，调整触发脉冲的相位，
以控制电机的换相时刻。
触发电路的控制方式
03
通常采用锯齿波或正弦波控制方式，根据需要选择合适的控制
方式。
保护电路
简述双闭环系统的工作原理
简述双闭环系统的工作原理
双闭环系统是一种控制系统的结构，由两个闭环组成，分别控制内环和外环。
内环负责对系统的内部变量进行控制，而外环负责对系统的外部变量进行控制。
双闭环系统的工作原理如下：
1. 外环控制器接收到期望的输出信号和实际的输出信号，并计算出外环控制量。
2. 外环控制量作为内环的参考信号进入内环控制器。
3. 内环控制器接收到内环的参考信号和内环的实际变量，并计算出内环控制量。
4. 内环控制量作为执行机构的输入信号，控制执行机构对内环变量进行调节。
5. 内环调节后的内环变量反馈给内环控制器，用于下一次控制计算。
6. 外环控制器根据内环调节的结果或内环的反馈信息，对外环控制量进行进一步的调整。
通过这种双闭环的工作方式，系统可以实现对内环和外环变量的精确控制。
外环负责对整体系统进行调控，内环则在外环的基础上对内部细节进行微调，以确保
系统能够达到期望的性能要求。
这种双闭环的结构可以提高控制系统的稳定性和精度。
直流电机双闭环控制系统分析与设计
直流电机双闭环控制系统分析与设计首先，需要建立直流电机的数学模型。
直流电机的数学模型可以通过对其电路方程进行建模推导得出。
常用的直流电机数学模型有电机模型（电压方程和机械方程）和控制系统模型（速度环和位置环模型）。
了解直流电机的数学模型有助于理解其动态特性和确定控制器结构。
其次，需要设计速度环和位置环的控制器。
速度环的控制器通常采用比例-积分（PI）控制器或比例-积分-微分（PID）控制器。
通过调节控制器的参数，可以实现直流电机速度的稳态性能和动态性能的要求。
而位置环的控制器则需要根据位置环的系统模型进行设计，可以采用PID控制器或其他适合的控制器。
接下来，需要进行参数整定。
参数整定是指通过试验和优化方法来确定控制器的参数。
常用的参数整定方法有经验法、试误法和自整定法等。
参数整定的目标是使得系统具有良好的稳定性、快速响应和抗干扰能力。
然后，需要对系统性能进行评价。
系统性能评价指的是通过一些性能指标来评价系统的控制效果。
常用的性能指标有稳态误差、系统响应时间、超调量和抗干扰能力等。
通过对系统性能进行评价，可以对系统的控制效果进行判断和改进。
最后，需要进行实验验证。
实验验证是指在实际系统中进行试验来验证设计的控制系统的性能。
在实验验证过程中，可以根据实际情况对控制器参数进行微调，以达到更好的系统性能。
总的来说，直流电机双闭环控制系统的设计是一个综合性的工作，需要考虑到电机的数学模型、控制器的设计和参数整定、系统性能的评价以及实验验证等方面。
只有综合考虑这些因素，才能设计出性能良好的直流电机双闭环控制系统。
转速电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性ppt课件.ppt
稳态时 ：两个调节器均不饱和（输入偏差为零，偏差的积分使调节器
有恒定的电压输出，输出没有达到饱和值）
n
U
* n
n0
U n * U n n n 0 ,
ASR饱和时 : U*i = U*im，
Id
Ui*m
Idm
反馈系数：
U
* nm
n max
U
* im
I dm
U i * U iI dL
• 双环系统PI调节器的特点：
ASR饱和(AB段)：当负载电流达到Idm时，对应于转速调节 器的饱和输出Uim*，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。
比较：电流截止负反馈。
cf：带电流截至，转速负反馈无静差直流调速系统的静 特性，Idcr和IdbL均小于Idm
5、双环系统稳态参数计算
• P调节器的输出量总是正比于其输入量，而PI调节器未饱 和时，其输出量的稳态值是输入的积分，最终使PI调节器 输入为零，才停止积分。
• PI调节器的输出量在动态过程中决定于输入量的积分，到 达稳态时，输入为零，输出的稳态值与输入无关，而是由 它后面环节的需要决定的。稳态时：
ASR的输出： Ui* Id
篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
解： （1）电流反馈系数 β=0.25V/A，
转速反馈系数 α=0.01V.min/r。 （2）当电动机在最高转速发生堵转时，看稳态结构图。
转速为0，ASR饱和，Ui*= Uim*=10V。 E为0，Ud0-IdR=0，此时Id=Idm=40A，R=1Ω 所以Ud=40V。Ks=40，Uc=1V Ui= Idmβ=10V。
自动控制系统双闭环直流调速系统稳态结构
目录引言 (2)1设计目的 ........................................... 3.2直流调速系统的理论设计 (3)2.1系统组成及要求 (3)2.2 电流调节器设计 (4)2.3转速调节器设计 (7)3系统仿真 (10)4结论 ....................................... ・・・12 5心得体会 (13)6参考文献 (13)引言本设计从直流电动机的工作原理入手，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。
然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。
转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统，采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。
应掌握转速、电流双闭环直流调速系统的基本组成及其静特性；应用工程设计方法解决双闭环调速系统中两个调节器的设计问题，等等。
通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。
为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。
问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不要电流负反馈发挥主作用，因此需采用双闭环直流调速系统。
这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。
1设计目的1进一步对自动控制系统这门学科进行理解。
2掌握双闭环直流调速系统的设计过程。
3体会参数设计的过程。
2直流调速系统的理论设计2.1系统组成及要求本控制系统采用转速、电流双闭环结构，其原理图图 1,双闭环直流调速系统稳态结构图图2和动态结构框图图3如下所示。
双闭环直流调速系统稳压控制
目录目录 (1)第一章双闭环调速系统的组成 (2)第一节系统电路原理图 (2)第二节系统的稳态结构图 (3)第三节系统的动态结构图 (5)第二章双闭环系统调节器的设计 (8)第一节电流调节器的设计 (9)第二节转速调节器的设计 (13)第三章系统的仿真 (18)参考文献 (19)总结 (19)第一章 双闭环调速系统的组成第一节 系统电路原理图转速、电流双闭环调速系统的原理图如图1-1所示，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。
为了获得良好的静、动态特性，双闭环调速系统的两个调节器都采用PI 调节器，其原理图如图所示。
在图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们都是按照触发装置GT 的控制电压U ct 为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。
两个调节器输出都带有限幅，ASR 的输出限幅什im U 决定了电流调节器ACR 的给定电压最大值im U ，对就电机的最大电流；电流调节器ACR 输出限幅电压cm U 限制了整流器输出最大电压值，限最小触发角α。
图1-1双闭环直流调速系统电路原理第二节 系统的稳态结构图转速电流双闭环调速系统的稳态结构图如图1-2所示，PI 调节器的稳态特性一般存在两种状况：饱和—输出达到限幅值，不饱和—输出未达到限幅值。
当调节器饱和时，输出为恒值，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与输出的联系，相当于使该调节器开环。
当调节器不饱和时，PI 作用使输入偏差电压ΔU 在稳定时总是零。
在实际运行时，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状况。
1、转速调节器不饱和稳态时，两个调节器的输入偏差电压都是零，因此di *i 0n *n I U U n n U U βαα=====式中α，β —— 转速和电流反馈系数由第一个关系式可得0*nn U n ==α从而得到图1-3静特性的CA 段。
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图3-1 带电流截止负反馈的单闭环调速 系统的起动过程
理想的起动过程：起动电流呈方波，
转速线性增长，如图3-2所示。
• 这是在最大电流 （转矩）受限制
Id
n
Idm n
时调速系统所能
获得的最快起动
IL
过程。
O
t
图3-2 理想的快速起动过程
解决思路
实现在允许条件下最快起动的 关键是要获得一段使电流保持为最 大值 Idm 的恒流过程。
• 输出限幅电路：外限幅和内限幅两种。
（1）二极管钳位的外限幅电路
R1
C1
U in
i1
R0
M
VD1
Uc
A
RP 1
i0
+
R'
+
R2
VD2
U0
RP 2
N
3. 调节器输出限幅值的整定
转速调节器ASR的输出限幅值Uim：取 决于电动机所允许的过载能力和系统对
最大加速度的需要。
电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm： 对应最小控制角，限制了电力电子变换器的
直流调速系统的组成原理
一、问题的提出
采用 PI 调节器的转速负反馈直流调速
系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速
无静差。
但是，若对系统的动态性能要求高（如
要求快速起、制动，突加负载动态速降小
等），单闭环系统难以满足需要。
主要原因
• （1）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
实际上运算放大器的开环放大系数
并不是无穷大，特别是为了避免零
点飘移而采用 “准PI调节器”时， 静特性的两段实际上都略有很小的
静差，如上图中虚线所示。
3. 两个调节器的作用
• 双闭环调速系统在负载电流小于Idm时表
现为转速无静差，转速负反馈起主要调
节作用。
• 当负载电流达到 Idm 后，转速调节器饱
+
+
Ui
R0
Ri
Ci
LM
ACR - +
+
-
R0 -
LM R0
+
Uc
+
Id
+
U i*
UPE
Ud
-
M
-
Un
RP
2
TG TG
+
双闭环直流调速系统电路原理图
Id
R
Ui
U
* n
Un
U i*
+
Uc
Un
Ks
Ud
-
E
+
1 Ce
n
表示限幅输出
图3-5 系统的稳态结构图
• 问题1：双闭环调速系统的稳态精度 是否还受给定电源和反馈检测装置 的精度的影响？
TA Ui
-
i 内环 ACR Uc
U
* n
+ -
ASR Un
U
* i
+
Id
+
+
UPE
Ud
-
M M
n
TG TG
n
外 环
图3-3 转速、电流双闭环直流调速系统结构
ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—测速发电机 TA—电流互感器 UPE—电力电子变换器
TA
+
* n
RP1 -
U
R0 R0
Rn Cn ASR - +－
• 问题2：试分析系统的稳态抗扰性能。
一、系统的静特性
1、具有限幅输出的PI调节器的稳态特征 （1）当调节器饱和时，输出限幅值，且不
再受输入量变化的影响，除非有反向的
输入量使调节器退出饱和；
（2）当调节器不饱和时，其比例积分控制作
用总是使稳态输入偏差电压△U为零。
2、系统的静特性
系统的静特性与具有限幅输出的 PI 调节器 的稳态特征有关。 • 对于静特性来说，只需考虑转速调节器的饱 和、不饱和两种情况。
按照反馈控制规律，采用电流
负反馈能够得到近似的恒流过程。
二、转速、电流双闭环直流调速系统
为了实现最佳过渡过程，可在系 统中分别引入转速、电流负反馈。
方法：设置两个调节器，分别调节转
速和电流，且实行嵌套（或称串级） 联接。
inner loop/minor loop（内环）
1. 系统的组成 outer loop/major loop
允许的最大过载能力和系
C
0
统允许的最大加速度。
• 静特性为图中B-C段
IN
I dm
Id
双闭环调速系统的静特性
• 负载电流小于Idm时表现
为转速无静差；
n n0 A B
• 当负载电流达到 Idm后表
现为电流无静差，系统获
C
0
得过电流自动保护。
IN
I dm
Id
• 但实际上，静特性的两段都略有很小的静 差，如上图中虚线所示。
最大输出电压Udm。
4. 调节器锁零
只有
R1 C1
锁零控制信号
Un*=Un=0时， 调节器锁零， UO=0 。
U in
R0
+ +
R'
Uo
双闭环V—M不可逆调速系统实验原理图
3.2 双闭环(Dual Closed Loop) 调速系统的稳态分析
TA
+
RP
1
Un R0
*
Rn Cn ASR - +－
+
+
Ui
R0
Ri
Ci LM
ACR - +
+
LM R0
* i
+
Uc
+
Id
-
U
UPE
Ud
-
M
+
Un
RP2
TG TG
+
图3-4 双闭环直流调速系统电路原理图
2. PI 的输出限幅电路 • 输出限幅电路的作用：限制调节器输出电
压的最大值，以保证运算放大器的线性特性 (即不进入饱和状态）、并保护调速系统的 各个部件。
• 【因为系统正常运行时，电流调节器不会达到预先
设计好的饱和状态(Saturation State)】
（1）转速调节器不饱和时的静特性
• 两个调节器都不饱和 ，
稳态时，它们的输入偏
差电压都为零。
△Un ：ASR的输入 偏差电压 △Ui ：ACR的输入 偏差电压
n n0
• △Un = Un*- Un =0
以进行调节器动态参数的调整，系统的
动态性能（动态品质）不够好。
（2）采用电流截止负反馈环节来限制起、
制动电流，不能充分利用电动机的过载能力
获得最快的动态响应（即最佳过渡过程）。
从交流侧引入电流截止负反馈的单闭环有 静差直流调速系统
• 如图3-1 所示，当起动电流达最大值 Idm 后， 受电流负反馈的作用而降低，使电机的电磁 转矩也随之减小，加速过程延长。
Id
R
Ui
* Un
Un
U i*
+
Uc
Un
Ks
Ud
-
E
+
1 Ce
n
表示限幅输出
Id
三、系统稳态参数（Steadystate Parameter)的计算
• 由于采用PI调节器，因此在稳态时， 虽然ASR、ACR的输入偏差电压都为 零，但是二者的积分作用使它们都有
恒定的输出电压。 • 问题3：如何计算系统稳态参数？
转速、电流反馈系数分别
α= Unm / nmax
β=Uim / Idm
第三章 双闭环直流调速系统
1. 转速、电流双闭环调速系统的组成 2. 双闭环调速系统的稳态分析
3. 双闭环调速系统的动态分析 4. 自动控制系统的工程设计方法
第 六 讲
转速、电流双闭环调速 系统的组成及其稳态分析
内
容
1、转速、电流双闭环调速系统的组成 2、调节器的锁零及其输出限幅值的整 定，调节器输入、输出电压极性的确定
3、双闭环调速系统的稳态分析（稳态结构
图和静特性，稳态工作点及其稳态参数 的计算）
要 求
1、掌握转速和电流调节器输入、输出
电压极性的确定方法及其输出限幅 值的整定方法。
2、能熟练进行系统稳态分析和稳态
参数计算。
作业: 习题 3-1( U
* nm
* Uim 10V
) ，3-2
பைடு நூலகம்
3.1 转速、电流双闭环
• n = Un* /α=n0
• △Ui=0 • Ui*=Ui=βId
0
IN
Id
（2）转速调节器饱和时的静特性
当转速调节器ASR饱和时，其输出 达限幅值Uim，转速环呈开环(Open
Loop)状态，双闭环系统变成一个电流
无静差单闭环恒流调节系统。
TA
+ RP1
Un R0
*
Rn Cn ASR - +－
和输出限幅值，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 电流自动保护。
二、系统中各变量间的稳态关系
1、当系统处于正常稳定运行状态（如 图中A、B点处）时，有 Un* = Un =αn=αn0 Ui *= Ui =βId =βIL Ud=Cen+IdR
n n0 A B C
• =Ce Un* /α+ILR
Uc=Ud/Ks