直流电机的转速电流双闭环控制演示教学
实验二转速电流双闭环直流调速系统
实验二 转速、电流双闭环直流调速系统一、实验目的1．了解转速、电流双闭环直流调速系统的组成。
2．掌握双闭环直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。
3．测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能及其指标。
4．了解调节器参数对系统动态性能的影响。
二、实验系统组成及工作原理双闭环调速系统的特征是系统的电流和转速分别由两个调节器控制，由于调速系统调节的主要参量是转速，故转速环作为主环放在外面，而电流环作为副环放在里面，可以及时抑制电网电压扰动对转速的影响。
实际系统的组成如实验图2-1所示。
实验图2-1 转速、电流双闭环直流调速系统主电路采用三相桥式全控整流电路供电。
系统工作时，首先给电动机加上额定励磁，改变转速给定电压*n U 可方便地调节电动机的转速。
速度调节器ASR 、电流调节器ACR 均设有限幅电路，ASR 的输出*i U 作为ACR 的给定，利用ASR 的输出限幅*im U 起限制起动电流的作用；ACR 的输出c U 作为触发器TG 的移相控制电压，利用ACR 的输出限幅cm U 起限制αmin 的作用。
当突加给定电压*n U 时，ASR 立即达到饱和输出*im U ，使电动机以限定的最大电流I dm 加速起动，直到电动机转速达到给定转速(即*n n U U )并出现超调，使ASR 退出饱和，最后稳定运行在给定转速（或略低于给定转速）上。
三、实验设备及仪器1.主控制屏NMCL-322.直流电动机-负载直流发电机-测速发电机组3. NMCL －18挂箱、NMCL-333挂箱及电阻箱4.双踪示波器5.万用表四、实验内容1.调整触发单元并确定其起始移相控制角，检查和调整ASR 、ACR ，整定其输出正负限幅值。
2.测定电流反馈系数β和转速反馈系数α，整定过电流保护动作值。
3.研究电流环和转速环的动态特性，将系统调整到可能的最佳状态，画出)(t f I d =和)(t f n =的波形，并估算系统的动态性能指标（包括跟随性能和抗扰性能）。
Pid控制直流双闭环调速系统ppt课件
比例部分
比例部分的数学式表示是：Kp*e(t)
在模拟 PID 控制器中，比例环节的作用是对偏差瞬间作 出反应。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，使控制量 向减少偏差的方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数 Kp ，比例系数Kp越大，控制作用越强，则过渡过程越快， 控制过程的静态偏差也就越小；但是Kp越大，也越容易产生 振荡，破坏系统的稳定性。故而，比例系数Kp选择必须恰当， 才能过渡时间少，静差小而又稳定的效果。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
直流双闭环调速系统
单闭环直流调速系统 同开环调速系统一样，转速闭环调速系统
中电机的转速大小受转速给定电压Un*控制， 给定电压为零时，电机停止；给定电压增大 时，电机转速升高；给定电压减小时，电机 转速下降。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
整定方法
凑试法 临界比例法 经验法
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这种算法的缺点是：由于全量输出，所以每次 输出均与过去状态有关，计算时要对ek进行累加，工作 量大；并且，因为计算机输出的uk对应的是执行机构的 实际位置，如果计算机出现故障，输出的u将大幅度变 化，会引起执行机构的大幅度变化，有可能因此造成严 重的生产事故，这在实生产际中是不允许的。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
转速电流双闭环直流调速系统PPT课件
转速电流双闭环直流调速系统通常由 转速调节器、电流调节器、直流电机 、测速装置和功率电子装置等组成。
工作原理简介
工作原理
转速电流双闭环直流调速系统通过采集电机的转速和电流信号，经过调节器的处理，输出相应的控制信号来调节 电机的输入电压或电流，从而实现对电机速度的控制。
控制流程
转速调节器根据实际转速与设定转速的差值，输出一个转速调节电压；电流调节器根据实际电流与设定电流的差 值，输出一个电流调节电压。这两个调节电压共同作用，通过功率电子装置控制电机的输入电压或电流，实现电 机的精确调速。
抗扰动能力强
转速环调节器能够有效地抑制外部扰动和内部参数变化对系统稳定性的影响。
转速环的抗干扰性能
抗噪声干扰
采用滤波算法等手段减小噪声对转速检测的影响，提高转速 检测的准确性。
抗负载扰动
通过优化调节器设计，减小负载扰动对转速环稳定性的影响 ，提高系统的鲁棒性。
03
电流控制环
电流检测与调节器设计
02
转速控制环
转速检测与调节器设计
转速检测
采用光电编码器等传感器实时检 测电机转速，并将转速信号转换 为电信号传输给调节器。
调节器设计
根据转速偏差和转速变化率等信号， 采用比例、积分、微分（PID）等 控制算法计算出控制量，实现对电 机转速的调节。
转速环的动态特性
快速响应
转速环调节器具有较快的响应速度，能够快速地调节电机转速，减小超调量。
测试方案制定
根据系统要求，搭建测试平台，包括电源 、电机、测速装置、数据采集系统等。
根据系统性能指标，制定详细的测试方案 ，包括测试项目、测试步骤、测试数据记 录等。
测试数据采集与分析
验证与改进
第二章转速电流双闭环直流调速系统ppt课件
（2） 转速调节器饱和
这时，ASR输出达到限幅值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。双
闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节
器 弱磁控制的直流调速系统。
2.1 转速、电流双闭环直流调速系统 及其静特性
问题的提出 第1章中表明，采用转速负反馈和PI调
节器的单闭环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， 如果对系统的动态性能要求较高，例如： 要求快速起制动，Байду номын сангаас加负载动态速降小等 等，单闭环系统就难以满足需要。
不饱和——输出未达到限幅值
当调节器不饱和时，正如1.6节中所阐 明的那样，PI 作用使输入偏差电压在稳 态时总是零。
3. 系统静特性
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。
双闭环直流调速 系统的静特性如图 所示，
n
n0 C
A
B
O
Idnom
Idm
Id
图2-5 双闭环直流调速系统的静特性
（1）转速调节器不饱和
U
* n
Un
n
n0
U
* i
Ui
Id
式中， —— 转速和电流反馈系数。
由第一个关系式可得
n
U
* n
n0
(2-1)
从而得到上图静特性的CA段。
静特性的水平特性
与此同时，由于ASR不饱和，U*i < U*im， 从上述第二个关系式可知: Id < Idm。
转速、电流双闭环直流调速系统
第2章 转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法2.1 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性采用PI 调节的单个转速闭环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，如果对系统的动态性能要求较高，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控制电流和转矩的动态过程。
电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，并不能很理想地控制电流的动态波形,图2-1a)。
在起动过程中，始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到达稳态转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。
这样的理想起动过程波形示于图2-1b 。
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dm I 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。
应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。
2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，如图2-2所示。
把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE 。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。
这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器，图2-3。
两个调节器的输出都是带限幅+TG nASRACRU*n+ -U nU iU*i+-U cTAM+-U dI dUPE-MT图2-2 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 —电力电子变换器内外ni2作用的，转速调节器ASR 的输出限幅电压*im U 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cm U 限制了电力电子变换器的最大输出电压dm U 。
实验二 转速、电流双闭环直流调速系统
实验二 转速、电流双闭环直流调速系统一．实验系统原理图：直流电机主回路二．实验内容及步骤： 1． 脉冲触发单元零位整定：（同实验一）。
2．电流环调试：1） 电流调节器ACR 的限幅整定：（不加强电）g u cu PI调电流调节器ACR 的RP1，使触发角︒︒=30~15α2）电流反馈系数β整定及反馈极性判定：开环，g c u u +→ 不加励磁，Rm 最大，负载开路。
合上强电后，增加g u ，使1.1Id A =，调整FBC 的RP1，使电流反馈*5i im U U V ==。
此时，UiIdβ=。
判定0Ui >。
3）电流闭环运行（接入Rm ）：g u -cu PIiu +不加励磁，合上强电。
增大g u -，使 1.0Id A =，调Rm ，Id 应不变。
3． 转速环调试：1） 转速调节器ASR 的输出限幅整定：（不加强电）g u*i u PI-ASR 接成PI 调节器，不通强电。
正给定u g +接ASR 的输入端, 用万用表测量ASR 的输出：调ASR 的电位器RP2（对应负输出），使*5i u V =-。
2） 转速反馈系数α整定及极性判定：u g + -> u c ，开环运行，加强电，加励磁，Rm 最大。
调正给定u g ，开环运行至min /1500r n =。
调转速反馈单元FBS 中的电位器RP,使转速反馈电压5n u V =-(用万用表测量)。
由于ASR 、ACR 是反相器，故双闭环时转速反馈电压端极性应取负。
4. 系统双闭环调试：按原理图双闭环接线，检查无误后，合强电，测机械静特性。
（方法步骤同实验一）。
5. 突加给定，观察转速和电流的波形：在4.基础上，空载1400/min n r =，将给定打至零，再突加给定，用慢扫描示波器观察转速和电流的波形。
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 。
双闭环控制的直流调速系统PPT课件
。
0 Id Idm
t
IdL 0 t1 t2 t3 t4 t
第Ⅱ阶段:恒流升速阶段（t1~t2）
n n
*
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Id基本保持在Idm,电动机加速
到了给定值n*。
ASR调节器始终保持在饱和状
0 Id Idm
t
态，转速环仍相当于开环工作。 系统表现为使用PI调节器的电 流闭环控制
电流调节器的给定值就是ASR
2.2 转速、电流双闭环直流调速系统
双闭环问题的引入 双闭环调速系统的稳态结构与稳态
参数计算 双闭环直流调速系统的动态数学模 型与动态性能分析
* 知 识 回 顾 *
n
堵转电 流过大
* K p Ks (U n U com )
Ce (1 K )
( R K p Ks Rs ) I d Ce (1 K )
1、 原理图
I 内环 Un* Un n 外环 n
TG
~
TA
ASR
Ui*
Ui ACR Uc UPE Ud
Id
M
ASR-转速调节器
ACR-电流调节器
TA-电流互感器
转速、电流双闭环的优势： 将电流、转速调节器分开，分别用两个调节器； 转速环为外环，转速环的输出作为电流环的给定。
2、 稳态结构
转速无静差 系统（PI）
开 环
特性 太软
转速闭环 （ P）
加电流截 至负反馈
系统有 静差
考虑转速单闭环调速系统的局限性：
仅考虑了静态性能，没考虑启、制动过程（动态性能） 未考虑对负载扰动的电流控制问题
启、制动波形
•理想的启、制动波形
直流电动机转速闭环控制系统图解
直流电动机转速闭环控制系统图解
为了提高系统的掌握精度，必需把系统输出量的信息反馈到输入端，通过比较输入值与输出值来产生偏差信号，该偏差信号以肯定的掌握规律产生相应的掌握作用，使偏差信号渐渐减小直至消退，从而使掌握系统达到预期的要求。
所谓闭环掌握系统是指输出量直接或间接地反馈到输入端，形成闭环参加掌握的系统。
换句话说，就是将输出量反馈回来和输入量比较，使输出值稳定在期望的范围内。
图1为直流电动机转速闭环掌握系统方框图。
图中，把从系统输入量到输出量之间的通道称为前向通道或正向通道；从输出量到反馈信号之间的通道称为反馈通道。
由于采纳了反馈信号，信号的传输路径形成闭合回路，使系统输出量(转速)反过来直接影响掌握作用。
这种通过反馈回路使系统构成闭环，并按偏差产生掌握作用，以减小或消退偏差的掌握系统，称为闭环掌握系统或反馈掌握系统。
图1直流电动机转速闭环掌握系统
闭环掌握系统的主要特点是被控对象的输出(被控量)会反送回来影响掌握器的输入，形成一个或多个闭环回路。
闭环掌握系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统商定值信号相反，则称为负反馈；若极性相同，则称为正反馈。
一般的闭环掌握系统都采纳负反馈，又称为负反馈掌握系统。
闭环掌握系统的优点是具有自动修正被控量消失偏离的力量，可以修正元件参数变化以及外界扰动引起的误差。
第三章 双闭环直流调速系统PPT幻灯片课件
双闭环原理图
电流转速波形图
25
起动过程总结 阶段I---电流上升阶段 特点：(1)电流从零升到最大允许值；(2)ASR达到饱和状态
阶段II---恒流升速阶段 特点：(1)电流不变，转速直线上升；(2)ASR维持饱和状态
阶段III---转速调整阶段。 特点：(1)转速超调，ASR退饱和；(2)电枢电流下降到负载
(1)电枢电流和电机转速的变化； (2)ASR和ACR的工作状态。
21
一、起动过程的三个阶段
系统从静止突加给定起动， 起动过程中电流、转速波 形图如右图示。过程分为 三个阶段：
阶段I---电流上升阶段
电流从零升到最大值。
阶段II---恒流升速阶段 电枢电流保持恒定， 电机升速到给定值。
阶段III---转速调整阶段。 ACR退出饱和，电流从最大值下降到与负载电流相等。 22
§3 双闭环直流调速系统
学习目标： 1. 理解单闭环直流调速系统的局限性及其改进方法。 2. 掌握双闭环直流调速系统的组成及其特点，能画出其原理
图。 3. 掌握双闭环直流调速系统静特性分析方法，能进行相关静
态计算。 4. 理解双闭环直流调速的启动过程及其特点。 5. 理解转速调节器和电流调节器的作用。 6. 能在实验室熟练完成双闭环调速系统的接线和基本单元的
(1)不能全压起动，否则电流过大。
(2)当电机过载或堵转时，没有过电流保护作用。
电机控制技术(双闭环系统的静特性)-PPT课件
（1）转速调节器不饱和
U
* n
Un
n
n0
U
* i
Ui
Id
式中， —— 转速和电流反馈系数。 由第一个关系式可得
n
U
* n
n0
(1)
从而得到上图静特性的CA段。
静特性的水平特性
与此同时，由于ASR不饱和，U*i < U*im，从上 述第二个关系式可知: Id < Idm。
这就是说， CA段静特性从理想空载状态 的 Id = 0 一直延续到 Id = Idm ，而 Idm
电机控制技术
——双闭环系统的静特性
目录
1
双闭环系统的稳态结构图
2
限幅的作用
3
双闭环系统的静特性
4
（1）转速调节器不饱和
5
（2）转速调节器饱和
稳态结构图和静特性
为了分析双闭环调速系统的静特 性，必须先绘出它的稳态结构图，如 下图。它可以很方便地根据上图的原 理图画出来，只要注意用带限幅的输 出特性表示PI 调节器就可以了。分析 静特性的关键是掌握这样的 PI 调节器 的稳态特征。
静特性的垂直特性
式（2）所描述的静特性是上图中的AB段，它是垂 直的特性。
这样的下垂特性只适合于 n < n0 的情况，因为如 果 n > n0 ，则Un > U*n ，ASR将退出饱和状态。
谢谢大家！
当调节器不饱和时，PI 作用使输入偏差电 压在稳态时总是零。
3. 系统静特性
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。
双闭环直流调 速系统的静特性如 图所示，
《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
直流电动机转速电流双闭环控制系统的设计-PPT精选文档
系统建模与仿真
1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
一、系统建模
1.1 电动机的数学模型 1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的
2.2 关于积分调节器的饱和非线性问题 2.3 ASR与ACR的工程设计方法
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
四、结论
系统建模与仿真
1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
自70年代以来，国内外在电气传动领域里，大量地 采用了“晶闸管整流电动机调速”技术（简称V-M调 速系统）。尽管当今功率半导体变流技术已有了突 飞猛进的发展，但在工业生产中V-M系统的应用还是 占有相当比重的。
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
四、结论
系统建模与仿真
1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
晶闸管触发与整流装置可以看成是一个具有纯滞后 的放大环节，其滞后作用是由晶闸管装置的失控时间 引起的。考虑到失控时间很小，忽略其高次项，则其 传递函数可近似成一阶惯性环节，如下式所示
U d 0 ( s) Ks Uct (s) Ts s 1
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
四、结论
系统建模与仿真
1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
在图4-7中给出了控制系统的PI控制规律动态过程，从中我们可知：
U
给定
U
+ -
PI调节器
UC
t
被控对象
输出
O
uc pu (t ) I u (t )dt
0
UC
t
最新双闭环直流电动机调速系统ppt课件
脉宽调制器的基本原理是将直流信号和一个调制 信号比较，调制信号可以是三角波，也可以是锯 齿波。锯齿波脉宽调制器电路如图4-42所示， 由锯齿波发生器和电压比较器组成。锯齿波发生 器采用最简单的单结晶体管多谐振荡器4-42a)， 为了控制锯齿波的线性度，使电容器Ｃ充电电流 恒定，由晶体管VT1和稳压管VST构成恒流源。
图4-35所示的简单不可逆变换器中， 电流ia不能反向，因此不能产生制动作用， 只能作单象限运行。需要制动时必须具有 反向电流—ia的通路，因此应该设置控制 反向通路的第二个IGBT，如图 4-36a)所 示。这种电路组成的PWM伺服系统可在一、 二两个象限运行。
可逆PWM变换器
可逆PWM变换器电路的结构形式有H 型和T型等类，这里主要讨论常用的H型变 换器，它是由四个功率管和四个续流二极 管组成的桥式电路。如图4-38a)所示，图 中功率管选用IGBT。H型电路在控制方式 上分双极式、单极式两种工作制。下面着 重分析双极式工作制，然后再简述单极式 工作制的特点。
变化的）
Uct (s) U(s)
Kp
4、测速发电机传函（输出响应可认为是瞬时 变化的）
Un(s)
n(s)
将上述四个环节按系统中的相互关系连接在 一起，便得到单闭环调速系统动态结构图。
IL(s)
R(TLs1)
U
* n
U K P
Un
Uct
K s Ud0(s) -
1 Tss
1
Ce
n(s)
Tm s(TL s 1) 1
转速、电流双闭环调速系统的组成 转速、电流双闭环调速系统的工作原理
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。
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。
双闭环直流调速系统ppt课件
在1处，对数幅频特性值的幅
20lgK 20(lgc lg1) 20lgc
所以 K c
( 当c
1时） T
显然，必须使 c 1/T，即K 1/T，
或KT1，否则伯德图将 4以 0db/de过c 零，对稳定性不利。
K越大， c也 则越大，系统 ，响 相应 交加 裕快 度变 是小。这
快速性和稳定 矛性 盾之 。间的
2 2h c h 1
c h 1 1 2
而
1
2
2c
h 1
2hc
h 1
2c
因此
c
1 2
(1
2 )
1 2
(1
1) T
对应的最小M峰值是
h 1 M r min h 1
因此
2
0lgK4
0lg12
0lgc 1
2
0lg1c
K1c
5.3 调节器的工程设计方法
从频率特性上，还由可 T一 于看定出，就 改等 变于改变h了 ；中频
再改K变 相当于使开环特对性数上幅下频平移变，了从截而止改频
率c。因此设计调选节择器两时个 h， 和 参 c， 数就相当于选择 和K。
在工程设计中，如果两个参数都任意选择，就需要比较多的图表和 数据，这样做虽然可以针对不同情况来选择参数，以便获得比较理想的 动态性能，但终究不太方便。因此，如果能够在两个参数之间找到某种 对动态性能有利的关系，选择其中一个参数就可以计算出另一个参数， 那么双参数的设计问题就可以蜕化成但参数设计，使用起来自然就方便 多了。当然，这样做对于照顾不同要求、优化动态性能来说，多少是要 做出一些牺牲的。
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直流电机的转速电流双闭环控制直流电机的转速电流双闭环控制摘要：本设计主要采用模拟电路实现直流电机控制的整流电源，转速调PI调节器，电流PI调节器的设计。
来实现对电机转速的控制，包括快速起动、恒速运行、堵转截止三大目标。
该设计的主要电路均采用模拟电路实现，电流环的PI 调节器用于保证快速起动，即保证电机起动时以最大负载电流起动，也即实现以最大加速度实现。
而转速调节器则用于在运行时实现转速恒定，保证带负载的能力。
两个PI调节器都采用集成运放实现。
其主要优点是克服传统意义上单环控制只能满足一方面的要求的缺陷。
关键词：电流环；转速环；PI调节器The Rotate Speed and Current Double Closed LoopFeedback Control for DC MotorAbstract: The major tasks of this design is utilizing simulating circuits to produce the rectifiering power source ,current PI regulator and rotate speed PI regulator for the DC motor.The major object of this desigen is making the DC motor started rapidly,rotating stably.yields making the DC motor started rapidly with the largest load current.It is the same to starting rapidly with the largestaccerelation.Simultaneous,The rotate speed PI regulator make the DC mortor retated stably to any the change of the load .Both of the PI regulators use the integrated amplifier operator to accomplish the task.The priority of this design are overcoming the defect of traditional single feedback loop.Key word: current feedback loop; rotate speed feedback loop;PI regulator目录摘要：本设计主要采用模拟电路实现直流电机控制的整流电源，转速调PI调节器，电流PI 调节器的设计。
来实现对电机转速的控制，包括快速起动、恒速运行、堵转截止三大目标。
该设计的主要电路均采用模拟电路实现，电流环的PI调节器用于保证快速起动，即保证电机起动时以最大负载电流起动，也即实现以最大加速度实现。
而转速调节器则用于在运行时实现转速恒定，保证带负载的能力。
两个PI调节器都采用集成运放实现。
其主要优点是克服传统意义上单环控制只能满足一方面的要求的缺陷。
(2)1 引言 (5)直流电机由于其调速的控制方法简易而获得了广泛的应用，其控制规律容易理解，并且便于通过线性控制系统的分析方法去解决工程设计的实际问题。
电力电子技术的发展为直流电机提供了多种多样的供电电源，进而也使其控制精度进一步得到了提高，而且也促进了交流调速技术的发展，而交流调速的现代控制的基本规律和直流电机又有相同之处，因而研究直流电机将为交流电机的控制提供一定的基础。
(6)2电机的供电电源 (7)2.1 三相桥式整流电源 (7)3转速、电流双闭环系统的静态结构 (12)3.1转速、电流双闭环直流调速系统的构成 (12)3.1.1双闭环系统的结构框图 (12)3.1.2稳态结构框图和静态特性 (13)4.双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析 (16)4.1 双闭环直流调速系统的数学模型 (16)4.1.1直流电机的动态数学模型 (16)4.1.2双闭环直流调速系统的完整的动态结构框图 (18)4.2 动态性能的时域分析 (18)4.2.1起动过程分析 (18)4.2.2动态抗扰性能分析 (20)4.3 调节器的工程设计方法 (21)4.3.1工程设计方法的基本思路 (22)4.3.2典型系统 (22)4.4控制系统的动态性能指标 (25)4.4.1跟随性能指标 (25)4.4.2抗扰性能指标 (26)4.4.3典型Ⅰ型系统性能指标和参数的关系 (27)4.4.4典型Ⅱ型系统性能指标和参数的关系 (33)5.按工程设计方法设计双闭环系统的调节器 (39)5.1 电流调节器的设计 (40)5.1.1电流环结构图的化简 (40)5.1.2电流调节器结构的选择 (41)5.1.4电流调节器的实现 (43)5.2 转速调节器的设计 (44)5.2.1电流环的等效闭环传递函数 (44)5.2.2转速调节器结构的选择 (45)5.2.3转速调节器的参数计算 (46)5.2.4转速调节器的实现 (47)6系统仿真 (47)6.1 系统动态结构的MATLAB仿真 (47)6.2 系统的整体结构的仿真 (49) (52)7总结 (52)参考文献： (53)1 引言直流电机由于其调速的控制方法简易而获得了广泛的应用，其控制规律容易理解，并且便于通过线性控制系统的分析方法去解决工程设计的实际问题。
电力电子技术的发展为直流电机提供了多种多样的供电电源，进而也使其控制精度进一步得到了提高，而且也促进了交流调速技术的发展，而交流调速的现代控制的基本规律和直流电机又有相同之处，因而研究直流电机将为交流电机的控制提供一定的基础。
直流电机的转速电流双闭环控制则是为了同时满足动态和静态两种需求而设计的，是应用最广的直流调速技术。
该调速技术的实际应用很多，例如龙门刨床、可逆轧钢机等，这样的工程机械的要求是尽量缩短起动、制动过程的时间来提高生产效率。
而转速、电流双闭环控制直流调速系统性能能满足以上两项要求，直流电机的电流控制环能保证嗲及在最大允许电流的条件下快速起动，也即是充分利用直流电机的过载能力，此时电力拖动系统以最大的加速度起动，到达稳态转速时，立即让电流降下来，是转矩马上与负载转矩平衡，从而转入稳态运行。
直流电机的转速控制环则能保证电机在给定控制电压控制下以某一恒定转速稳定运行，并且在突加负载时转速降落的值很小，在采用PI控制时理论上市没有转速降落的，也即实现了恒速稳定的运行，转速外环的控制精度取决于运算放大器的性能和测速发电机的线性化精度，如果测速环精度受到干扰，由于反馈控制规律只能消除前向通道上的各种干扰，而无法消除反馈支路上的干扰。
因此测速的精度对于转速外环的控制精度非常的重要。
本设计采用模拟电路实现两个调节器的功能，当然也可以采用数字控制系统，并且数字控制系统的控制精度要比模拟控制系统的控制精度要高。
但是模拟控制系统的结构简单，而且便于理解其控制规律，转速调节器和电流调节器都采用模拟电路里面的有运放组成比例积分控制电路组成，这样的控制器原理都是很容易理解的，而且也便于工程调试和使用。
本设计分一下几个部分，首先概要介绍晶闸管组成的三相桥式整流电源及其控制电路，第二部分介绍转速和电流组成的系统的静态特性，第三部分介绍整个系统的动态性能，包括一些基础的典型ⅠⅡ型系统和典型Ⅱ型系统。
第三部分则是根据典型系统的要求来设计的各个环节的工程参数。
直流调速系统的广泛应用使得对其控制理论的研究已经非常成熟，出现了各种各样的控制系统，例如斩波控制方式，H桥可逆控制方式，以及PWM控制方式。
但是转速电流双闭环控制由于其经过工程实践的检验，并且其控制系统的设计方法已经很成熟，并且被广泛的应用在其他的调速系统之中，典型的PI 控制规律也容易本大多数人所理解。
2电机的供电电源2.1 三相桥式整流电源本设计的直流电机采用调节电源电压的方法来调节电机的转速，三相桥式整流电路能够满足这样的要求，采用集成触发电路可以实现对输出电压的线性控制，并且三相桥式整流桥的带负载能力很强，串接电抗器以后可以实现电流连续并且无脉动。
该电路的主电路部分如图1所示。
该电路有六个晶闸管组成，组成三相六脉波整流电路，当负载是直流电机时还需要添加电抗器来保证负载电流的连续不然电机机械特性会比较软，而且带负载能力不强，突加负载时会造成电机的瞬间停转，进而产生不必要的损害。
该电路采用相位控制的方式来调节输出电压，现在已经有各种各样的相位触发控制电路用于晶闸管的控制，为了满足线性控制精度的要求，本电路采用集成相位触发控制器件，KJ004和KJ041，这两个芯片采用直流电压控制相位的方法，可以实现线性控制，其相关原理可查阅相关资料。
由三个KJ004和一个KJ041组成的相位触发控制电路如图2USaUS USc 至VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6图1三相桥式电路2.2 整流装置的放大系数和传递函数在进行调速系统的分析和设计时，可以吧晶闸管触发和整流装置当做系统中的一个环节来看待。
应用线性控制理论时，须求出这个环节的放大系数和传递函数实际的触发电路和整流电路都是非线性的，只能在一定的工作范围内近似看成线性环节。
如有可能最好先用实验方法测出该环节的输入-输出特性，级Ud=f(Uc)曲线，图3是采用锯齿波触发器移相时的特性。
设计师，希望整个调速范围的工作点都落在近似线性范围之中，并有一定的调节余量。
这时，晶闸管触发和整流装置的放大系数Ks 可由工作范围内的特性斜率决定，计算方法是如果不可能实测特性，只好根据装置的参数估算。
例如，党触发控制电压Uc 的调节范围是0～10V ，对应的整流电压Ud 的变化范围是0～220V 时，可取Ks=220/10=22.cds U U K ∆∆=图3锯齿波触发器移相特在动态过程中，可把晶闸管触发与整流装置看成是一个纯滞后环节，其滞后效应是由晶闸管的失控时间引起的。
众所周知，晶闸管一旦导通后，控制电压的变化在该器件关断以前就不再起作用，直到下一相触发脉冲来到时才能使输出整流电压发生变化，这就造成整流电压滞后于控制电压的状况。
图4给出了单相桥式整流电路的的触发相位与整流输出电压的波形，假如在1α时刻触发晶闸管导通，整流装置开始工作，由晶闸管的工作特性可知今年晶闸管一旦导通，是不能用触发电压来使其关断的，假设在整流输出电压过零前想让整流装置停止工作，此时给出控制信号，但是整流装置不会响应，这样就会造成整流电压滞后于控制电压的状况。
于是出现了一个时空电压Ts。