运动控制课程设计双闭环直流调速系统设计

运动控制课程设计双闭环直流调速系统设计
题⽬: 双闭环直流调速系统设计
初始条件：
1.直流电机参数：10KW， 220V， 55A， 1000 r/min ，电枢电阻Ra＝0.5Ω
电机过载倍数λ＝1.5，Ks＝40，Tl＝0.03 s，Tm＝0.18 s，
设α＝0.07 v.min/r,β=0.05 v/A
2.测速发电机参数：23W，110V，0.21A，1900 r/min，永磁式
3.主电路采⽤三相全控桥，进线交流电源：三相380V
要求完成的主要任务:
1.转速调节器ASR及电流调节器ACR的设计
2.转速反馈和电流反馈电路设计
3.集成触发电路设计
4. 主电路及其保护电路设计
课程设计说明书应严格按统⼀格式打印，资料齐全，坚决杜绝抄袭，雷同现象。

满⾜如下要求： 1．转速和电流稳态⽆差，电流超调量⼩于5％，转速超调量⼩于10％。

2. 对系统设计⽅案的先进性、实⽤性和可⾏性进⾏论证，说明系统⼯作原理。

3. 画出单元电路图，说明⼯作原理，给出系统参数计算过程。

4. 画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及⽂字符号符合国家标准。

绪论
在电⽓时代的今天，电动机在⼯农业⽣产、⼈们⽇常⽣活中起着⼗分重要的作⽤。

直流电机是最常见的⼀种电机，具有良好的起动、制动性能，宜于在宽范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电⼒拖动等各领域中领域中得到了⼴泛的应⽤。

因此研究直流电机的控制和测量⽅法，对提⾼控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要的意义。

电机调速问题⼀直是⾃动化领域⽐较重要的问题。

不同领域对于电机的调速性能有着不同的要求，因此，不同的调速⽅法有着不同的应⽤场合。

本⽂设计分析直流双闭环的组成，设计直流双闭环的系统电路图，同时采⽤采⽤⼯程设计的⽅法对直流双闭环的转速和电流两个调节器进⾏设计。

因为电流调节器是内环，因此⾸先设计电流调节器，对其进⾏必要的变化和近似处理，电流环设计完后，把电流环等效成转速环的⼀个环节进⾏处理，从⽽设计转速环。

同时双闭环直流调速系统的设计进⾏了分析及其原理进⾏了⼀些说明，介绍了其主电路、检测电路的设计，并介绍电流调节器和转速调节器的设计和⼀些参数选择、计算，使其设计参数要求的指标。

关键词：直流调速双闭环原理图⼯程设计参数整定触发电路
⽬录
1、设计任务与分析 (1)
1.1、设计内容 (1)
1.2、设计要求 (1)
1.3、设计⽅案综合分析 (1)
2、双闭环直流调速系统总体设计 (3)
2.1系统快速启动过程类⽐分析 (3)
2.2双闭环直流调速系统整体框图 (4)
3双闭环直流调速系统电路设计 (6)
3.1系统主电路设计 (6)
3.2系统保护和整流电路的设计 (6)
3.3系统触发电路的设计 (7)
3.4转速检测电路的设计 (8)
3.5电流检测电路的设计 (8)
4双闭环直流调速系统调节器设计 (9)
4.1电流调节器 (9)
4.1.1电流调节器设计 (9)
4.1.2电流调节器结构的选择 (9)
4.1.3电流调节器的参数 (10)
4,2转速调节器 (11)
4.2.1转速调节器设计 (12)
4.2.2转速调节器参数选择 (13)
4.2.3校核转速超调量 (14)
4.3两调节器启动过程分析 (15)
5⼼得与体会 (17)
参考⽂献 (18)
附录 (19)
双闭环直流调速系统设计
1、设计任务与分析
1.1、设计内容
1.转速调节器ASR及电流调节器ACR的设计；
2.转速反馈和电流反馈电路设计；
3.集成触发电路设计；
4.主电路及其保护电路设计；
1.2、设计要求
1．采⽤α＝β配合控制，能够实现可逆运⾏，转速和电流稳态⽆差，电流超调量⼩于5％，转速超调量⼩于10％。

2. 对系统设计⽅案的先进性、实⽤性和可⾏性进⾏论证，说明系统⼯作原理。

3. 画出单元电路图，说明⼯作原理，给出系统参数计算过程。

4. 画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及⽂字符号符合国家标准。

1.3、设计⽅案综合分析
同开环控制系统相⽐，闭环控制具有⼀系列优点。

在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产⽣相应的控制作⽤去消除偏差。

因此，它具有抑制⼲扰的能⼒，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。

由于闭环系统的这些优点因此选⽤闭环系统。

单闭环速度反馈调速系统，采⽤PI控制器时，可以保证系统稳态速度误差为零。

但是
如果对系统的动态性能要求较⾼，如果要求快速起制动，突加负载动态速降⼩等，单闭环系统就难以满⾜要求。

这主要是因为在单闭环直流调速系统中，电流截⽌负反馈环节是专门⽤来控制电流的，但它只能在超过临界电流值 Idcr 以后，靠强烈的负反馈作⽤限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。

另外，单闭环调速系统的动态抗⼲扰性较差，当电⽹电压波动时，必须待转速发⽣变化后，调节作⽤才能产⽣，因此动态误差较⼤。

在要求较⾼的调速系统中，⼀般有两个基本要求：⼀是能够快速启动制动；⼆是能够快速克服负载、电⽹等⼲扰。

通过分析发现，如果要求快速起动，必须使直流电动机在起动过程中输出最⼤的恒定允许电磁转矩，即最⼤的恒定允许电枢电流，当电枢电流保持最⼤允许值时，电动机以恒加速度升速⾄
给定转速，然后电枢电流⽴即降⾄负载电流值。

如果要求快速克服电⽹的⼲扰，必须对电枢电流进⾏调节。

根据⾃动控制原理，将系统的被调节量作为反馈引⼊系统，与给定量进⾏⽐较，⽤⽐较后的偏差对系统进⾏控制，可以有效地抑制甚⾄消除扰动的影响，⽽维持被调量很少的变化或不变，这就是反馈控制的基本作⽤。

因此，在直流调速系统中把转速反馈给系统，便形成转速反馈控制直流调速系统，其有⼀定的抗扰动性能，如采⽤转速PI调节器，还可以实现转速稳态⽆静差系统。

但是，如果对系统的动态性能要求⽐较⾼，例如：要求快速起动、制动；突加负载动态速降⼩等等，转速单闭环系统就难以满⾜需要。

原因是因为转速单闭环系统并不能充分按照理想要求控制电流的动态过程。

为了实现在允
I的恒流过程。

按照反馈控制规律，如许条件下的最快起动，关键是要获得⼀段使电流保持为最⼤值
dm
采⽤电流负反馈能够得到近似的恒流过程。

但是，我们希望在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈；在达到稳态转速后，⼜希望只有转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作⽤。

怎样才能做到这种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、电流双闭环直流调速系统很好的解决了这个问题。

所以⾃然考虑到将电枢电流也作为被控量，组成转速、电流双闭环调速系统。

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。

转速、电流双闭环直流调速系统的控制规律、性能特点和设计⽅法是各种交、直流电⼒拖动⾃动控制系统的重要基础，所以掌握双闭环直流调速系统对于电⼒拖动控制系统的学习有很重要的作⽤。

本课程设计就要求结合给定的初始条件来完成双闭环直流调速系统的设计，其中包括绘制该调速系统的原理图，对调节器进⾏⼯程设计，选择调节器的参数等。

要实现双闭环直流调速系统的设计需先对控制系统的组成及⼯作原理有⼀定深⼊的理解，弄清楚调速系统每个组成部分的作⽤，弄清楚转速环和电流环的⼯作原理，合理选择调节器的参数以便进⾏合理的⼯程设计。

2、双闭环直流调速系统总体设计
2.1、系统快速启动过程类⽐分析
带电流截⽌负反馈的单闭环直流调速系统起动过程如图1-1 所⽰，起动电流达到最⼤值 Idm 后，受电流负反馈的作⽤降低下来，电机的电磁转矩也随之减⼩，加速过程延长。

理想起动过程波形如图1-2所⽰，这时，理起动电流呈⽅形波，转速按线性增长。

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。

图 1-1 带电流截⽌负反馈的单闭环调速系统
图1-2理想的快速起动过程
通过分析可知，为了实现在允许条件下的最快起动，关键是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。

我们希望能实现控制：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。

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。

双闭环控制电路的稳态⼯作原理的分析，可以根据系统的稳态结构框图来分析，分析稳态⼯作原理的关键是要了解PI IdL n
t Id O Idm Idcr IdL n t
Id O
Idm
调节器的稳态特征，⼀般都会存在着两种状况：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和输出间的联系，相当于使该调节环开环。

当调节器不饱和时，PI的作⽤使输⼊偏差电压在稳态时总为零。

在实际的正常运⾏时，电流调节器是不会达到饱和状态的。

因此，只有转速调节器饱和和不饱和两种情况。

当转速调节器不饱和时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输⼊偏差电压都是零。

⽽当转速调节器饱和时，ASR输出达到限幅值，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电流闭环调节系统。

在稳态⼯作点上，转速是由给定电压决定的，ASR的输出量是由负载电流决定的，⽽控制电压的⼤⼩则同时取决于转速和负载电流。

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。

I时表现为转速⽆静差，这时，转速负反馈起主要调节双闭环调速系统的静特性在负载电流⼩于
dm
I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，系作⽤。

当负载电流达到
dm
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。

这样的静特性⽐带电流截⽌负反馈的单闭环系统静特性好
最后是对其动态抗⼲扰性能的分析，对于调速系统，最重要的动态性能是抗⼲扰性能。

主要是抗负载扰动和抗电⽹电压扰动的性能。

负载扰动作⽤在电流环之后，因此只能靠转速调节器ASR来产⽣抗负载扰动的作⽤。

就静特性⽽⾔，系统对它们的抗⼲扰效果是⼀样的。

但从动态性能上看，由于扰动作⽤点不同，存在着能否及时调节的差别。

负载扰动能够⽐较快地反映到被调量n上，从⽽得到调节，⽽电⽹电压扰动的作⽤电⼒被调量稍远，调节作⽤受到延滞，因此单闭环调速系统抑制电压扰动的性能要差⼀点。

综上所述，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到⽐较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗⼲扰性能⼤有改善。

因此，在双闭环系统中，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。

2.2、双闭环直流调速系统整体框图
双闭环直流调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 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，两者之间实⾏嵌套连接，电流反馈作为内环，转速调反馈作为外环。

双闭直流调速系统原理如图2－1所⽰。

图2-1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
图2－2 双闭环直流调速系统原理图
图中2-2表出，两个调节器的输出都是带限幅作⽤的。

转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定了电流给定电压的最⼤值；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。

双闭环直流调速系统由给定电压、转速调节器、电流调节器、三相集成触发器、三相全控桥、直流电动机及转速、电流检测装置组成，其中主电路中串⼊平波电抗器，以抑制电流脉动，消除因脉动电流引起的电机发热以及产⽣的脉动转矩对⽣产机械的不利影响。

双闭环直流调速系统稳态结构图如图2－3所⽰：
图2-3双闭环直流调速系统稳态结构图
3、双闭环直流调速系统电路设计
3.1、系统主电路的设计
晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统，⼜称静⽌的Ward-Leonard系统），图中VT是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud ，从⽽实现平滑调速。

如图3-1所⽰为V-M系统的主电路图。

图3－1 V-M系统主电路原理图
3.2、系统保护和整流电路的设计
图3-2整流及晶闸管保护电路
晶闸管的过电压保护，晶闸管的过电压能⼒⽐⼀般的电器元件差，当它承受超过反向击穿电压时，也会被反向击穿⽽损坏。

如果正向超过管⼦的正向转折电压，会造成晶闸管硬开通，不仅使电路可能出现的过电压，常采⽤简单有效的过电压保护措施。

对于晶闸管的过电压保护可参考主电路的过电压保护，我们使⽤阻容保护。

晶闸管的过电流。

当保护电⽹电压波动太⼤负载超过允许值，电路中管⼦误导通以及管⼦击穿短路等。

所以我们要设置保护措施，以避免损害管⼦。

快速熔断器保护是最有效，使⽤最⼴泛的⼀种措施。

晶闸管可控整流电路，通过控制触发⾓α的⼤⼩即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压⼤⼩。

为保证相控电路正常⼯作，很重要的是应保证按触发⾓α的⼤⼩在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。

晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。

⼤、中功率的交流器⼴泛应⽤的是晶闸管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应⽤最多。

可靠性⾼，技术性能好，体积⼩，功率低，调试⽅便。

晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分⽴式电路。

此外就是采⽤集成触发产⽣触发脉冲。

触发电路如图如图3-3所⽰：
图3-3 集成触发电路
为了让变流器按规律正确⼯作，同步电压的相位极为重要，它应能准确提供⾃然换相点，保证在移相范围内对晶闸管元件进⾏移相控制，从⽽可对输出电压进⾏连续控制。

在已知整流变压器的接线组别，选择同步变压器时的定相步骤如下：
1）据整流变压器的接线组别，绘制主电路变压器次级电压的向量图，有VT1的移相范围和触发电路移相控制原理，确定触发电路需要的同步信号u s2的相位。

2）选取超前u s2相位π/3或π/6的电压为同步电压u s1，确定阻容滤波器；由相控触发电路同步⽅式确定同步变压器次级相数；由主电路电压向量图及对u s1的相位要求确定同步变压器的接线组别。

3）按相位关系选取其他元件的同步电压。

当为三相桥式全控变流电路且为按元件独⽴同步时，各元件的同步电压应按顺序滞后π/3，从⽽可以确定其他各元件的同步电压u s1
转速检测电路的主要作⽤是将转速信号变换为与转速称正⽐的电压信号，滤除交流分量，为系统提供满⾜要求的转速反馈信号。

转速检测电路主要由测速发电机组成，将测速发电机与直流电动机同轴连接，测速发电机输出端即可获得与转速成正⽐的电压信号，经过滤波整流之后即可作为转速反馈信号反馈回系统。

其原理图如图3-4所⽰。

图3-4 转速检测电路
3.5、电流检测电路的设计
U接到霍尔传感器上。

霍尔效应传感器，可以测量任意波使⽤霍尔电流传感器可以检测电流，把
i
形的电流和电压。

输出端能真实地反映输⼊端电流或电压的波形参数。

如图3-5所⽰
图3-5 电流检测电路
+-ACR U c (s )K s /R (T s s+1)(T l s+1)I d (s )U *i (s )ββT 0i s+14、双闭环直流调速系统调节器设计
4.1、电流调节器
4.1.1、电流调节器设计
⽤⼯程设计⽅法来设计转速、电流反馈控制直流调速系统的原则是先内环后外环。

因此，电流反馈作为内，⾸先进⾏电流调节器的设计，然后再进⾏转速调节器的设计。

双闭环直流调速系统动态结构图如图4-1所⽰：
图4-1 双闭环直流调速系统动态结构图
如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成U*i(s) /β，则电流环便等效成单位负反馈系统。

图4-2电流环的动态结构框图及其化简（等效成单位负反馈系统）最后，由于Ts 和 Toi ⼀般都⽐Tl ⼩得多，可以当作⼩惯性群⽽近似地看作是⼀个惯性环节，其时间常数为
T ∑i = Ts + Toi
查表得，三相桥式电路的平均失控时间为0.0017s T s =，电流滤波时间常数oi T .三相桥式电路的每个波头的时间是3.3ms ，为了基本滤平波头，应有（1～2）oi T =3.33ms ，因此取oi T =0.002s 电流环⼩时间常数之和T ∑i = Ts + Toi=0.0037s 。

简化的近似条件为：
电流环结构图最终简化成图4-3。

图4-3电流环的动态结构框图及其化简（⼩惯性环节的近似处理） +-ACR U c (s )βK s /R (T l s+1)(T ∑i s+1)I d (s )
U *i (s )β图2-23c
4.1.2、电流调节器结构的选择
根据设计要求：电流超调量⼩于5％，转速超调量⼩于10％,可按典型I 型系统设计电路调节器。

电流环控制对象是双惯性型的，因此可⽤PI 型电流调节器其传递函数为：ττi i s ASR s s K W 1
)(+=
式中 K i — 电流调节器的⽐例系数；τi — 电流调节器的超前时间常数。

为了让调节器零点与控制对象的⼤时间常数极点对消，选择τi =T l
则电流环的动态结构图便成为图3-7所⽰的典型形式
图3-7电流环的典型形式
电枢回路电磁时间常数：T l =0.03s 。

检查对电源电压的抗扰性能：，参照典型I 型系统动态抗扰性能指标与参数的关系表1，可知各项指标都是可以接受的。

表1 典型I 型系统动态跟随性能指标与参数的关系
4.1.3、电流调节器的参数
计算电流调节器参数
电流调节器超前时间常数：s T l i 03.0==τ。

电流开环增益：要求%5≤i σ时，查表得，应选取 5.0=∑i I T K ，因此，有：
111.1350037
.05.05.0--∑≈==s s T K i I 于是，ACR 的⽐例系数为：013.105
.0405.003.01.135≈==βτS i I i K R K K 。

（4）校验近似条件
K I s (T ∑i s+1)I d (s )+-U *i (s )
β1
0L /dB
ωci -20dB/dec ω/s -1
-40dB/dec T ∑i
电流环截⽌频率：11.135-==s K I ci ω
1）校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件
ci S s s T ω>≈?=--111.1960017
.03131，满⾜近似条件。

2）校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件
ci l m s s T T ω<≈?=--1182.4003
.018.01313，满⾜近似条件。

3）校验电流环⼩时间常数近似处理条件
ci oi S s s ω>≈??=T T --118.180002
.00017.0131131，满⾜近似条件。

（5）计算调节器电阻和电容
电流调节器原理图如图3-4所⽰，按所⽤运算放⼤器取Ω=k R 400，各电阻和电容值计算如下：
Ω=Ω?==k k R K R i i 52.4040013.10，取Ωk 40
F F F R C i i
i µτ75.01075.010
4003.063=?=?==-，取F µ75.0 F F F R T C oi oi µ2.0102.010
40002.044630=?=??==-，取F µ2.0 按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为：%5%3.4<=i σ，满⾜设计要求。

图5-3 含滤波环节的PI 型电流调节器
4.2转速调节器
4.2.1转速调节器设计
转速调节器的结构⽤电流环的等效代替图4-1的电流环后，电流环闭环传递函数为
进⾏⼯程近似计算后，整个转速控制动态系统结构如图所⽰4.2.1所⽰
图4.2.1⽤等效环代替电流环后转速环的代替结构框图若把转速的给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改为U*n/α，再把时间常数为1/Ki
和Ton两个⼩惯性环节合并起来，近似为⼀个惯性环节即：
则转速环节结构图可以简化成如图4.2.2所⽰。

图4.2.2等效单位负反馈系统和⼩惯性近似处理的转速环动态结构框图为了实现转速⽆静差，在负载扰动作⽤点前⾯必须有⼀个积分环节，它应该包含在转速调节器ASR 中，现在扰动作⽤点后⾯已经有⼀个积分环节，因此转速开环传统函数因共有两个积分环节，所以应该设计成典Ⅱ型系统，这样的系统也能满⾜动态抗扰性能的要求。

在理论计算中，线性系统的阶跃超调量较⼤，但在实际中转速调节器的饱和⾮线性的性质会使超调量⼤⼤降低。

故⽽，ASR也⽤PI调节器，
其传递函数为
这样的调速系统的开环传递函数为
校正为典Ⅱ后转速环动态结构框图如图4.2.3所⽰
图4.2.3 校正成典Ⅱ型的转速环的动态结构框图
4.2.2转速调节器参数选择
（1）确定时间常数
1）电流环等效时间常数I
K 1。

由电流调节器设计时，已取5.0=∑i I K K ，则 s s K i I
0074.00037.0221=?=T =∑ 2）转速滤波时间常数on T 。

根据所⽤速发电机汶波情况，取s on 01.0=T 。

3）转速环⼩时间常数n ∑T 。

按⼩时间常数近似处理，取
s s s K on I
n 0174.001.00074.01=+=T +=
T ∑ （2）选择转速调节器结构根据设计要求%5≤n σ，并且转速⽆静差，因此可选择PI 调节器，其含给定滤波与反馈滤波结构
如图3—5所⽰，其传递函数为：s
s K s W n n n ASR ττ)1()(+= （3）计算转速调节器参数
按跟随和抗扰性能都较好的原则，取5=h ，则ASR 的超前时间常数为：
s s h n n 087.00174.05=?=T =∑τ
则转速环开坏增益为：
2222224.3960174.052621--∑≈??=T +=s s h h K n
N 。

则直流电动机的电动系数e C 为：
1925.01000
5.055220e =?-=-=N a N N n R I U C 因此，可计算出ASR ⽐例系数为：
7.10174
.05.007.05218.01925.005.0)15(2)1(e ≈+=T T +=
∑n m n R h C h K αβ（4）检验近似条件转速环截⽌频率为：1115.34087.04.396--≈?===s s K K n N N
cn τωω。

1）电流环传递函数简化条件
cn i I s s K ω>≈=T --∑117.630037
.01.1353131，满⾜简化条件 2）转速环⼩时间常数近似处理条件
cn on I s s K ω>≈=T --117.3801
.01.1353131，满⾜近似条件（5）计算调节器电阻和电容
转速调节器原理图如图3-5所⽰，取Ω=k R 400，则
Ω=Ω?==k k R K R n n 68407.10，取Ωk 68
F F F R C n n
n µτ28.11028.110
68087.063=?≈?==-，取1.28F µ F F F R C on on µ110110
4001.044630=?≈??=T =-，取F µ1 4.2.3校核转速超调量
当5=h 时，查表2得，%6.37=n σ，不能满⾜%5≤n σ的设计要求。

但实际上，系统在突加阶跃给定时，ASR 饱和，此时不符合线性系统的前提，因此应按ASR 退饱和的情况重新计算超调量。

则实际上超调量计算如下：
%5%67.318.00174.010001925.05
.0555.1%2.812))((2*max ≤≈=T T ?-?=∑m
n N b n n n z C C λσ式中，理想空载时0=z ，查表3得出%2.81/max =?b C C 。

因此，以上所述参数，满⾜设计要求。

表2典型Ⅱ型系统阶跃输⼊系统跟随性能指标
式中，理想空载时0=z ，查表4得出%2.81/max =?b C C 。

因此，以上所述参数，满⾜设计要求。

表3典型Ⅱ型系统动态抗⼲扰性能指标与参数的关系
图4.2.4 含给定滤波与反馈滤波的PI 型转速调节器
4.3、两调节器启动过程分析
前已指出，设置双闭环控制的⼀个重要⽬的就是要获得接近理想起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要⾸先探讨它的起动过程。

双闭环直流调速系统突加给定电压U *n 由静⽌状态起动时，转速和电流的动态过程如图4.3.1。

图4.3.1调节器冬天过程⽰意图
对其起动过程的分析，由于在起动过程中转速调节器ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成I 、II 、III 三个阶段。

第I 阶段（电流上升阶段）。

突加给定电压后，经过两个调节器的跟随作⽤，
c U 、0
d U 、d I 都跟着上升，但是在d I 没有达到负载电流dL I 以前，电动机还不能转动。

当dL d I I ≥后，电动机开始起动。

由于机电惯性的作⽤，转速不会很快增长，因⽽转速调节器ASR 的输⼊偏差电压仍较⼤，其输出电压保I I
n n I O O I II III t
t t t
持限幅值，强迫电枢电流迅速上升。

直到电流调节器很快就压制
了d I 的增长，标志着这⼀阶段的结束。

第II 阶段（恒流升速阶段）。

这是起动过程中的主要阶段。

在这个阶段中，ASR 始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒值电流给定下的电流调节系统，基本上保持电流d I 恒定，因⽽系统的加速度恒定，转速呈线性增长，对电流调节系统来说，E 是⼀个线性渐增的扰动量，为了克服它，0d U 和c U 也必须基本上按线性增长，才能保持d I 恒定。

第III 阶段（转速调节阶段）。

当转速上升到给定值时，转速调节器ASR 的输⼊偏差减⼩到零，但其输出却由于积分作⽤还维持在限幅值，所以电动机仍在加速，使转速超调。

转速超调后，ASR 输⼊偏差电压变负，使它开始退出饱和状态，*
i U 和d I 很快下降。

但是，只要d I 仍⼤于负载电流dL I ，转速就继续上升。

直到dL d I I =时，转矩L e T T =，则0=dt dn ，转速n 才到达峰值。

此后，电动机开始在负载的阻⼒下减速，当dL d I I <时，直到稳定。