第3章 转速闭环控制的直流调速系统ppt课件
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直流电机调速控制ppt课件
光电光电耦合器
参考教材 电子技术基础 维修电工 电机与变压器 p半pt精导选体版变流技术 电力电子技术 元器件手册 上21 网
④反馈信号用光电耦合电路取样。
参考教材
电子技术基础 维修电工（技师 高级技师） 半导体变流技术 电力电子技术 自动控制原
理 上网
ppt精选版
22
⑤可控整流电路和电机励磁电源的 改进
调速系统分交流和直流调速系统， 由于直流调速系统的调速范围广，静 差率小、稳定性好以及具有良好的动 态性能。因此在相当长的时期内，高 性能的调速系统几乎都采用了直流调 速系统。
ppt精选版
8
这就是所谓的电 源—电动机调速 系统（V—M） 系统，它属于开 环系统。
用晶闸管触发可控整流电路 实现电枢电压可调，从而达到改 变电机转速的目的。
参考教材
电子技术基础 维修电工（技 师 高级技师） 半导体变流技 术 电力电子技术 自动控制原 理 电机与变压器 上网
ppt精选版
23
⑥调速旋纽的改进
1、触摸式音量控制器代替RP22速度控制电位 器。
2、将电路改动后试运行。
参考教材 电子技术基础 上网
场效应管增强型N-MOS
ppt精选版
24
⑦全电路测量与调试
④电路中反馈信号直接在主电路取样，设备维护和检修 时有安全隐患，建议用光电耦合器隔离取样。
⑤可控整流电路和电机励磁电源有改进空间。
⑥手动调速旋纽使用时间长了会接触不良，影响系统稳 定，建议用触摸式电压调节器来改进。
ppt精选版
17
2、在原电路基础上提出改进意见，并重新绘
制系统原理图。
①用比例调节器代替原来的放大和比 较节。
他励直流电机的调速
参考教材 电子技术基础 维修电工 电机与变压器 p半pt精导选体版变流技术 电力电子技术 元器件手册 上21 网
④反馈信号用光电耦合电路取样。
参考教材
电子技术基础 维修电工（技师 高级技师） 半导体变流技术 电力电子技术 自动控制原
理 上网
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22
⑤可控整流电路和电机励磁电源的 改进
调速系统分交流和直流调速系统， 由于直流调速系统的调速范围广，静 差率小、稳定性好以及具有良好的动 态性能。因此在相当长的时期内，高 性能的调速系统几乎都采用了直流调 速系统。
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8
这就是所谓的电 源—电动机调速 系统（V—M） 系统，它属于开 环系统。
用晶闸管触发可控整流电路 实现电枢电压可调，从而达到改 变电机转速的目的。
参考教材
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23
⑥调速旋纽的改进
1、触摸式音量控制器代替RP22速度控制电位 器。
2、将电路改动后试运行。
参考教材 电子技术基础 上网
场效应管增强型N-MOS
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24
⑦全电路测量与调试
④电路中反馈信号直接在主电路取样，设备维护和检修 时有安全隐患，建议用光电耦合器隔离取样。
⑤可控整流电路和电机励磁电源有改进空间。
⑥手动调速旋纽使用时间长了会接触不良，影响系统稳 定，建议用触摸式电压调节器来改进。
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17
2、在原电路基础上提出改进意见，并重新绘
制系统原理图。
①用比例调节器代替原来的放大和比 较节。
他励直流电机的调速
电力拖动自动控制系统(陈伯时)ppt1-5闭环控制的直流调速系统
51电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
23
1.5.3 动态校正—PI调节器的设计
1. 概 述
在设计闭环调速系统时，常常会遇 到动态稳定性与稳态性能指标发生矛盾 的情况（如例题1-5、例题1-7中要求更 高调速范围时），这时，必须设计合适 的动态校正装置，用来改造系统，使它 同时满足动态稳定性和稳态性能指标两 方面的要求。
设计 1.6 比例积分控制规律和无静差调速系统
51电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
2
本节要点：
1. 调速系统各环节动态数学模型的推导及其 简化的工程约束条件；
2. 闭环调速系统传递函数的建立及在系统 稳定性判别中应用。
➢重点、难点：
调速系统各环节动态数学模型的推导及其
简化的工程约束条件
51电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
（2）求出各环节的传递函数；
（3）组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数。
51电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
4
反馈控制有静差直流调速系统原理图
+
51电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
5
1. 电力电子器件的传递函数
构成系统的主要环节是电力电子变换
器和直流电动机。不同电力电子变换器
的传递函数，它们的表达式是相同的，
伯德图是自动控制系统设计和应用中普 遍使用的方法。
51电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
29
低益频高段，典的 说型斜明伯率系德陡统、的图增稳
中在频定段性以地-分20析高d闭B频截/段环d止e衰系c频的减统率斜越性（快率能或，穿时称即越，剪高0通d切B常， 而将且伯这德一图斜分率成频覆低特频盖性、率负足中）分够、越贝的高高值频三，越带个则低宽频系，度段统，，
ppt1-5闭环控制的直流调速系统课件
ppt1-5闭环控制的直流调 速系统课件
直流调速系统是一种闭环控制系统，通过控制器和反馈传感器实现电机的精 确控制，提供优异的调速性能。
系统概述
直流调速系统的定义
直流调速系统是一种按照设定的速度要求控 制直流电机转速的系统。
闭环控制的原理和优点
闭环控制系统通过反馈信号对输出进行调整， 具有稳定性好、抗干扰能力强等优点。
3
速度环调速
通过调整控制器的输出信号来改变直流电机的转速。
系统参数配置
1 控制器参数的设置
根据不同的应用需求，调整控制器的参数以达到最佳的调速效果。
2 反馈传感器的校准
确保反馈传感器测量的转速与实际转速一致，提高调速的精确性。
3 调速曲线的优化
根据具体应用场景，优化调速曲线，使得系统响应更加平滑和稳定。
系统组成
1 直流电机
2 电源模块
直流电机是直流调速系统中的执行机构， 根据电流信号转动转子。
电源模块为直流电机提供工作所需的电能。
3 控制器
4 反馈传感器
控制器接收输入信号并进行处理，控制直 流电机的转速。
反馈传感器测量直流电机的转速，并将转 速信号反馈给控制器。
闭环控制
1 反馈信号的作用
反馈信号反映了实际输出与期望输出之间的差异，用于控制系统的调整。
2 控制器的工作原理
控制器根据反馈信号和设定值进行比较，并输出控制信号来调整直流电机的转速。
3 控制系统的闭环结构
闭环控制系统由控制器、反馈传感器和执行机构组成，形成一个反馈循环。
电机调速方法
脉宽调制调速
通过改变PWM信号的占空比来控制直流电机的转速。
2
电流环调速
通过控制直流电机的电流大小来调整转速。
直流调速系统是一种闭环控制系统，通过控制器和反馈传感器实现电机的精 确控制，提供优异的调速性能。
系统概述
直流调速系统的定义
直流调速系统是一种按照设定的速度要求控 制直流电机转速的系统。
闭环控制的原理和优点
闭环控制系统通过反馈信号对输出进行调整， 具有稳定性好、抗干扰能力强等优点。
3
速度环调速
通过调整控制器的输出信号来改变直流电机的转速。
系统参数配置
1 控制器参数的设置
根据不同的应用需求，调整控制器的参数以达到最佳的调速效果。
2 反馈传感器的校准
确保反馈传感器测量的转速与实际转速一致，提高调速的精确性。
3 调速曲线的优化
根据具体应用场景，优化调速曲线，使得系统响应更加平滑和稳定。
系统组成
1 直流电机
2 电源模块
直流电机是直流调速系统中的执行机构， 根据电流信号转动转子。
电源模块为直流电机提供工作所需的电能。
3 控制器
4 反馈传感器
控制器接收输入信号并进行处理，控制直 流电机的转速。
反馈传感器测量直流电机的转速，并将转 速信号反馈给控制器。
闭环控制
1 反馈信号的作用
反馈信号反映了实际输出与期望输出之间的差异，用于控制系统的调整。
2 控制器的工作原理
控制器根据反馈信号和设定值进行比较，并输出控制信号来调整直流电机的转速。
3 控制系统的闭环结构
闭环控制系统由控制器、反馈传感器和执行机构组成，形成一个反馈循环。
电机调速方法
脉宽调制调速
通过改变PWM信号的占空比来控制直流电机的转速。
2
电流环调速
通过控制直流电机的电流大小来调整转速。
转速反馈控制直流调速系统
图2-18 带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图
3
稳态分析
下面分析闭环调速系统的稳态特性，以确定它如何能 够减少转速降落。为了突出主要矛盾，先作如下的 假定：
1）忽略各种非线性因素，假定系统中 各环节的输入输出关系都是线性的， 或者只取其线性工作段。 2）忽略控制电源和电位器的内阻。
4
稳态分析( Fig2-18)
2.3 转速反馈控制的直流调速系统
2.3.1 ~数学模型 2.3.2 比例控制的直流调速系统 2.3.3 比例积分控制的无静差直流调速系统 2.3.4 直流调速系统的稳态误差分析
1
闭环系统应该以什么量作为反馈量？ ➢ 系统组成，调节原理 ➢ 稳态分析(静特性) ➢ 闭环系统的稳态结构框图
2
系统组成，调节原理
（3）当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提 高调速范围。
如果电动机的最高转速都是nN，而对最低速
静差率的要求相同，那么：
开环时， 闭环时，
Dop
nNl(1s)
再考虑式（2-49），得
Dcl(1K)Dop
(2-50)
22
要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。
转速负反馈系统中各环节的稳态关系如下：
电压比较环节 放大器 电力电子变换器
调速系统开环机械特性 测速反馈环节
Un Un*Un
Uc KpUn
Ud0 KsUc
n Ud0 IdR Ce
Un n
以上各关系式中
Kp— 放大器的电压放大系数； Ks— UPE的电压放大系数；
— 转速反馈系数（V·min/r）；R— 电枢回路总电阻；
从静特性分析中可以看出，由于采用了比例放大
器，闭环系统的开环放大系数K值越大，系统的
3
稳态分析
下面分析闭环调速系统的稳态特性，以确定它如何能 够减少转速降落。为了突出主要矛盾，先作如下的 假定：
1）忽略各种非线性因素，假定系统中 各环节的输入输出关系都是线性的， 或者只取其线性工作段。 2）忽略控制电源和电位器的内阻。
4
稳态分析( Fig2-18)
2.3 转速反馈控制的直流调速系统
2.3.1 ~数学模型 2.3.2 比例控制的直流调速系统 2.3.3 比例积分控制的无静差直流调速系统 2.3.4 直流调速系统的稳态误差分析
1
闭环系统应该以什么量作为反馈量？ ➢ 系统组成，调节原理 ➢ 稳态分析(静特性) ➢ 闭环系统的稳态结构框图
2
系统组成，调节原理
（3）当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提 高调速范围。
如果电动机的最高转速都是nN，而对最低速
静差率的要求相同，那么：
开环时， 闭环时，
Dop
nNl(1s)
再考虑式（2-49），得
Dcl(1K)Dop
(2-50)
22
要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。
转速负反馈系统中各环节的稳态关系如下：
电压比较环节 放大器 电力电子变换器
调速系统开环机械特性 测速反馈环节
Un Un*Un
Uc KpUn
Ud0 KsUc
n Ud0 IdR Ce
Un n
以上各关系式中
Kp— 放大器的电压放大系数； Ks— UPE的电压放大系数；
— 转速反馈系数（V·min/r）；R— 电枢回路总电阻；
从静特性分析中可以看出，由于采用了比例放大
器，闭环系统的开环放大系数K值越大，系统的
交直流调速系统之直流调速简介介绍课件
机的转速和电流， 机的转速和电流，
实现转速和电流 实现转速和电流
的闭环控制
的闭环控制
直流调速系统的工作过程
01
输入信号：接收来 自控制器的指令信
号
02
信号处理：将指令 信号转换为控制信
号
03
驱动控制：控制直 流电机的转速和转
矩
04
反馈控制：根据直 流电机的运行状态， 调整控制信号，实
现闭环控制
05
直流调速系统的挑战与机遇
挑战：提高调速系统的效 率和稳定性，降低能耗和 成本
挑战：提高直流调速系统 的智能化水平，实现对复 杂工况的适应性
机遇：随着新能源技术的 发展，直流调速系统在电 动汽车、轨道交通等领域 的应用前景广阔
机遇：随着物联网技术的 发展，直流调速系统可以 实现远程监控和诊断，提 高系统的可靠性和维护性
直流伺服调 速系统：通 过控制直流 伺服电机的 位置和速度 来控制速度
04
直流变频调 速系统：通 过改变直流 变频器的输 出频率来控 制速度
直流调速系统的基本组成
整流器：将交 流电转换为直
流电
滤波器：滤除 直流电中的交
流成分
逆变器：将直 流电转换为交
流电
控制器：控制 逆变器的输出 频率和电压， 实现调速控制
电机的转矩
03
电压控制：通过控制电压的大小来控制
电机的转速
04
速度-电流双闭环控制：通过速度环和电
流环的协调控制来实现对电机的精确控制
直流调速系统的性能指标
0 1
调速范围：指直流调速系统能够实现的最
高转速和最低转速之间的差值
0 2
调速精度：指直流调速系统能够实现的转
转速电流双闭环直流调速系统PPT课件
组成
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
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
电力拖动自动控制系统ppt1-6闭环控制的直流调速系统
这就是说，实际上仍有很小的静差，只是 在一般精度要求下可以忽略不计而已。
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
29
4. 稳态参数计算
无静差调速系统的稳态参数计算很简单，
在理想情况下，稳态时 Un = 0，因而 Un = Un* ，可以按式（1-67）直接计算转速反馈系
数
U* n max
nmax
（1-67）
14
15
电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
图1-44 有静差调速系统突加负载过程
• 突加负载时的动态过程
无静差调速系统
论断虽：然现在Un = 0， 只其足需积控的于的分出入U到枢上以流在转如零续是要积要以分制在起产到零Uc输 输 现 调 则 偏电升克增稳速 果 ， 变 稳UUn历分的产控规从比新突 动 生出 入 状 节 包 差nc压 到 服 加态偏 则 化 态2史就控生制律例必的加 态U只 偏 ； 器 含 量又U，由 负 的运差 ， 了UUc调上有稳规的制为稳负 速n1取 差 而 的 了 的恢使n载 压d行电 就cU上2节零不，有一态律根电态载 降，决 量 输 输 全积复电电 降d时压 不继升1器。为达时引 时过定运 和 本压为，，数行比区UU值c所例别。n，，
图1-45 积分调节器的输入和输出动态过程
a) 阶跃输电入力电拖力动传b) 一动自般动控输入控制制系统系统
13
5. 比例与积分控制的比较
有静差调速系统
当负载转矩由TL1突增到TL2时，有静 差调速系统的转速n、偏差电压 Un 和 控制电压 Uc 的变化过程示于下图。
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
33
根据例题1-4的稳态参数计算结果，闭环系 统的开环放大系数已取为
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
29
4. 稳态参数计算
无静差调速系统的稳态参数计算很简单，
在理想情况下，稳态时 Un = 0，因而 Un = Un* ，可以按式（1-67）直接计算转速反馈系
数
U* n max
nmax
（1-67）
14
15
电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
图1-44 有静差调速系统突加负载过程
• 突加负载时的动态过程
无静差调速系统
论断虽：然现在Un = 0， 只其足需积控的于的分出入U到枢上以流在转如零续是要积要以分制在起产到零Uc输 输 现 调 则 偏电升克增稳速 果 ， 变 稳UUn历分的产控规从比新突 动 生出 入 状 节 包 差nc压 到 服 加态偏 则 化 态2史就控生制律例必的加 态U只 偏 ； 器 含 量又U，由 负 的运差 ， 了UUc调上有稳规的制为稳负 速n1取 差 而 的 了 的恢使n载 压d行电 就cU上2节零不，有一态律根电态载 降，决 量 输 输 全积复电电 降d时压 不继升1器。为达时引 时过定运 和 本压为，，数行比区UU值c所例别。n，，
图1-45 积分调节器的输入和输出动态过程
a) 阶跃输电入力电拖力动传b) 一动自般动控输入控制制系统系统
13
5. 比例与积分控制的比较
有静差调速系统
当负载转矩由TL1突增到TL2时，有静 差调速系统的转速n、偏差电压 Un 和 控制电压 Uc 的变化过程示于下图。
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
33
根据例题1-4的稳态参数计算结果，闭环系 统的开环放大系数已取为
运动控制系统第3章-转速闭环控制的直流调速系统ppt
s)
闭环时，Dcl
nN s ncl (1
s)
得到 Dcl (1 K )Dop
（2-50）
闭环系统静特性和开环系统机械特性的关系
开环系统 Id n 例如：在图2-24中工作点从A A′
闭环系统 Id n Un Un Uc
n Ud0 例如：在图2-24中工作点从A B 比例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动 调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压， 以补偿电枢回路电阻压降的变化。
图2-26 积分调节器的输入和输出动态过程
图2-26 积分调节器的 输入和输出动态过程
只要ΔUn>0，积分调 节器的输出Uc便一直 增长；只有达到 ΔUn=0时， Uc才停止 上升；只有到ΔUn变 负， Uc才会下降。
当ΔUn=0时， Uc并 不是零，而是某一个 固定值Ucf
突加负载时，由于Idl的 增加，转速n下降，导 致ΔUn变正，
由式（2-48）可得
K
nop
1
275
1 103.6
ncl
2.63
则得
Kp
K
K s / Ce
103.6 30 0.015 / 0.2
46
即只要放大器的放大系数等于或大于46。
3.1.3 闭环直流调速系统反馈控制规律
（1）比例控制的反馈控制系统是被调量有 静差的控制系统 比例控制反馈控制系统的开环放大系数值 越大，系统的稳态性能越好。 但只要比例放大系数Kp＝常数，开环放大 系数K≠∞，反馈控制就只能减小稳态误差， 而不能消除它， 这样的控制系统叫做有静差控制系统。
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第3章
转速闭环控制的 直流调速系统
单闭环直流调速系统介绍课件
智能化：引入 人工智能技术， 实现系统的自 适应控制和自 学习能力
网络化：通过 互联网和物联 网技术，实现 远程监控和故 障诊断
集成化：将多 个子系统集成 为一个整体， 提高系统的集 成度和可靠性
节能和环保的发展趋势
01
提高能源利用率：通过优化控制策略和算法，降低能耗，提高能源利用率
02
减少污染排放：采用环保材料和工艺，减少生产过程中的污染排放
单闭环直流调速 系统介绍课件
目录
01. 单闭环直流调速系统的基本 概念
02. 单闭环直流调速系统的控制 方式
03. 单闭环直流调速系统的应用 领域
04. 单闭环直流调速系统的发展 趋势
1
单闭环直流调速 系统的基本概念
直流调速系统的组成
01
整流器：将交流 电转换为直流电
02
滤波器：去除直 流电中的交流成
04
应用场合：适用于对转速要求不高，但对响应速度要求较高的场合
电流控制方式
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
电压控制方式： 通过控制电压 来调节电流， 实现调速
电流控制方式： 通过控制电流 来调节电压， 实现调速
速度控制方式： 通过控制速度 来调节电流， 实现调速
位置控制方式： 通过控制位置 来调节电流， 实现调速
网络化：实现远程监控 和控制，提高系统的可 维护性和可扩展性
谢谢
速度控制方式
1
电压控制方式：通过调节直流电源的输出电压来控制电机的转速
2
电流控制方式：通过调节直流电源的输出电流来控制电机的转速
3
转速控制方式：通过调节电机的转速来控制电机的转速
4
位置控制方式：通过调节电机的位置来控制电机的转速
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
当U*n一定时，转速n将稳定在U*n /α数值上。当 n<U*n /α，在突加负载TL时，其自动调节过程如下：
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
最终使转速保持恒定，即ΔUn=U*n-Un=0，
n
U
* n
,如图3-5
中的CA段虚线所示。
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
但是由于转速环是外环，起主导作用，而电流环的作用 只相当于转速环内部的一种扰动作用，因而只要转速环的开 环放大倍数足够大，最终靠ASR的积分作用，可以消除转速 偏差。因此，双闭环系统的稳态特性具有近似理想的“挖土 机特性”(如图3-5中实线所示)。
Un* Un n n0
(3-1)
n
n0
U
* n
(3-2)
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
Ui* Ui I d I dL
(3-3)
Uc
Ud0 Ks
Cen IdR Ks
CeUn* / IdLR
Ks
(3-4)
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
此时，电流
I
d
U
* im
I dm
，Idm为最大电流，是由设
计者选定的，取决于电动机的容许过载能力和拖动系统允许
的最大加速度，一般选择为额定电流IdN的1.5～2倍。 注意，图3-5中的AB段下垂特性只适合于n<n0(n0为电动
转速电流反馈控制的直流调速系统课件
IdL
0
t1
转速电流反馈控制的直流调速系统
t2 t3 t4 课件t
在A快于St上负=R0和升载时A，转，C在矩R系，两 Id统上转个突升速P加I到调为阶I节d零l跃之器。给前的定，作信电用号动下U机，n*转，Id矩在很小
当性作Id用≥ I，dL 后转，速电不机会开很始快起增动长，，由AS于R输机入电偏惯 差电压仍较大， ASR很快进入饱和状态， 而U*AimC。R一般不饱和。直到Id = Idm ， Ui =
转速电流反馈控制的直流调速系统 课件
图3-8 典型的阶跃响应过程和跟随性能指标
超调量σ
Cm ax C 100%
C
上升时间
峰值转时速间电流反馈控课制件的直调流调节速系时统间
2．抗扰性能指标
当调速系统在稳定运行中，突加一个使输 出量降低（或上升）的扰动量F之后，输出 量由降低（或上升）到恢复到稳态值的过 渡过程就是一个抗扰过程。
个阶段， 转速调节器在此三个阶段中经历了不饱和、饱和
以及退饱和三种情况。
转速电流反馈控制的直流调速系统 课件
转速电流反馈控制的直流调速系统 课件
图3-6 双闭环 直流调速系统 起动过程的转 速和电流波形
第Ⅰ阶段：电流上升阶段（0~t1）
n
Ⅰ n*
Ⅱ
Ⅲ
电流从0到达最
。
大允许值 I dm
0
t
Id Idm
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 T转G速—电流—反馈测控课速制件的发直流电调速机系统
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，
直流调速系统及其仿真.ppt
T
二、调压调速的关键装置--可控直流电源
常用的可控直流电源有以下三种：
1、旋转变流机组
2、静止可 控整流器
3、直流斩波 器和脉宽调制
变换器
1、旋转变流机组----用交流电动机拖动直流发电 机，以获得可调的直流电压（G-M系统）。
+ 励 磁 电 源
+
-
~
GE
~M n +(-) n
放
大 装
If
G
U
M
晶闸管整流器的内阻 要求D=20，s≤5%
Rrec=0.13Ω
问题
问若采用开环V-M系统能否满足要求？ 若采用α=0.015V·min/r转速负反馈闭环系统，问放大 器的放大系数为多大时才能满足要求？
解（1）设系统满足D=20，检验系统是否满足s≤5%？
nmin
nn D
1000 20
50(r / min)
n-
+
+
RP2
U tg
IG
-
-
V-M闭环系统原理框图
(a)给定环节——产生控制信号：由高精度直流 稳压电源和用于改变控制信号的电位器组成。
(b)比较与放大环节——信号的比较与放大；由P、I、 PI运放器组成
(c)触发器和整流装置环节（组合体）--功率放大 GT：单结晶体管、锯齿波、正弦波触发器; 整流装置：单相、三相、半控、全控.
U
* n
, 则n
改变
（2）对负载波动等扰动信号的调节——稳速过程：
n基本不受负载波动等扰动输入的影响
例如：
TL
n
Un
U n
(U
* n
Un )
Uct Ud 0 ( Id Te ) n
二、调压调速的关键装置--可控直流电源
常用的可控直流电源有以下三种：
1、旋转变流机组
2、静止可 控整流器
3、直流斩波 器和脉宽调制
变换器
1、旋转变流机组----用交流电动机拖动直流发电 机，以获得可调的直流电压（G-M系统）。
+ 励 磁 电 源
+
-
~
GE
~M n +(-) n
放
大 装
If
G
U
M
晶闸管整流器的内阻 要求D=20，s≤5%
Rrec=0.13Ω
问题
问若采用开环V-M系统能否满足要求？ 若采用α=0.015V·min/r转速负反馈闭环系统，问放大 器的放大系数为多大时才能满足要求？
解（1）设系统满足D=20，检验系统是否满足s≤5%？
nmin
nn D
1000 20
50(r / min)
n-
+
+
RP2
U tg
IG
-
-
V-M闭环系统原理框图
(a)给定环节——产生控制信号：由高精度直流 稳压电源和用于改变控制信号的电位器组成。
(b)比较与放大环节——信号的比较与放大；由P、I、 PI运放器组成
(c)触发器和整流装置环节（组合体）--功率放大 GT：单结晶体管、锯齿波、正弦波触发器; 整流装置：单相、三相、半控、全控.
U
* n
, 则n
改变
（2）对负载波动等扰动信号的调节——稳速过程：
n基本不受负载波动等扰动输入的影响
例如：
TL
n
Un
U n
(U
* n
Un )
Uct Ud 0 ( Id Te ) n
闭环-转速电流双闭环直流调速系统
《运动控制系统》
§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”
§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”
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。
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.
3.1.4 比例控制转速闭环系统的稳 定性
• 问题:增加比例调节器的比例系数,可以减小 转速降落,从而扩大调速范围,理论上当比例 系数为无穷大时,系统基本上就没有转速降 落了,调速范围可以无限大,比例系数可以无 限增大吗?
• 注意:分析系统静特性的前提是系统必须是 稳定的
.
2．转速反馈控制直流调速系统的动态数学模型
转速与负载电流（或转矩）间的稳态关系。
.
（a）闭环调速系统
图3-2 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结 构框图
.
（b）只考虑给定作用时的闭环系统
图3-2 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结
构框图
.
（c）只考虑扰动作用时的闭环系统
图3-2 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结
构框图
.
3.1.2 比例控制的直流调速系统
.
反馈控制规律
2. 反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服 从给定 。 一方面能够有效地抑制一切被包含在 负反馈环内前向通道上的扰动作用； 另一方面则能紧紧跟随着给定作用， 对给定信号的任何变化都是唯命是从。
.
扰动作用
Kp变化
电源波动
Id
电阻变化
R 励磁变化
Un*
给定作用
ΔUN Kp Uc
UN
Ks Ud0
.
例题3-1
在例题2-2中，龙门刨床要求D=20， s≤5%，已知 Ks=30,α= 0.015Vmin/r， Ce=0.2Vmin/r，采用比例控制闭环调速 系统满足上述要求时，比例放大器的 放大系数应该有多少？
.
解:
• 开环系统额定速降为 nop =275 r/min，
• 闭环系统额定速降须为 ncl 2.63 r/min，由
.
3.1.1 比例控制转速闭环直流调速系统的 结构与静特性
• 转速开环系统控制系统存在的问题：对负 载扰动没有任何抑制作用
.
3.1.1 比例控制转速闭环直流调速系 统的结构与静特性
• 引入负反馈，在负反馈基础上的“检测误 差，用以纠正误差”这一原理组成的系统， 其输出量反馈的传递途径构成一个闭合的 环路，因此被称作闭环控制系统。
1．开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系
• 开环机械特性为 nU d0C eIdRK pC K e sU n *R C e dIn0op nop
n 0 op
n op
式中， 表示开环系统的理想空载转速，
(3-2)
表示开环系统的稳态速降。
• 比例控制闭n环C K 系ep (1 统K sU 的K n *)静特Ce(性R 1 d 为IK)n0clncl
.
转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图
.
闭环系统如何减小加载引起的转速降落?
图3-3 闭环系统静特性和开环系统机械特性的关系
.
– 开环系统 Id n 例如：在图3-3中工作点从A A′
– 闭环系统 Id n Un Un Uc
n Ud0 例如：在图3-3中工作点从A B – 比例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于 它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应 地改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降的变化。
Dop
nNs nop(1s)
闭环时，
Dcl
nNs ncl(1s)
• 得到
Dcl(1K)Dop （3-6）
.
• 结论:比例控制的直流调速系统可以获得比 开环系统硬得多的稳态特性,即负载引起的 转速降落减小了,从而保证在一定静差率的 要求下,能够获得更宽的调速范围.
• 问题:电枢回路的总电阻并没变化,但是转速 降落为什么减小了呢?
式（3-4）可得 Knop1275110.63
ncl
2.63
• 则得
KpKs K /C e3 01 0.00 .61/3 0.5 246 • 即只要放大器的放大系数等于或大于46。
.
反馈控制规律
1. 只有比例放大器的反馈控制系统，其 被调量仍是有静差的。
ncl
RId Ce(1K)
只有 K = ，才能使 ncl = 0，而这 是不可能的。过大的K值也会导致系 统的不稳定。
n 0cl
பைடு நூலகம் n cl
(3-3)
.
转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图
.
（1）闭环系统静特性可以比开环系统 机械特性硬得多
• 在同样的负载扰动下，
开环系统的转速降落 闭环系统的转速降落
nop
RI d Ce
• 它们的关系是
ncl
RId Ce(1K)
ncl
nop 1 K
(3-4)
.
（2）闭环系统的静差率要比开环系统 小得多
第3章 转速闭环控制的直流调 速系统
.
第3章 目录
• 3.1有静差的转速闭环直流调速系统（系统 结构与静特性分析，闭环直流调速系统的 反馈控制规律，稳定性分析）
• 3.2 无静差的转速闭环直流调速系统（比例 积分控制规律、稳态参数计算）
• 3.3 转速闭环直流调速系统的限流保护 • 3.4 转速闭环控制直流调速系统的仿真
• 在直流调速系统中，被调节量是转速，所 构成的是转速反馈控制的直流调速系统。
.
图3-1
带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图
.
电压比较环节 Un Un* Un
比例调节器
Uc KpUn
测速反馈环节 Un n
电力电子变换器 Ud0 KsUc
直流电动机
Kp——比例调节器的比例系数
n Ud0 I dR Ce
1
n 被调量
Ce
（输出）
α
图3-4 闭环调速系统的给定作用和扰动作用
.
反馈控制规律
3. 系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。 反馈控制系统无法鉴别是给定信号的正常 调节还是外界的电压波动。 反馈通道上有一个测速反馈系数，它同样 存在着因扰动而发生的波动，由于它不是在 被反馈环包围的前向通道上，因此也不能被 抑制。
. α——转速反馈系数（V·min/r）
静特性方程式 n K pK sU n *IdRK pK sU n * R Id
C e(1K pK s /C e) C e(1K ) C e(1K )
（3-1）
式中: K K p—Ks— 闭环系统的开环放大系数 • 闭环调速系Ce统的静特性表示闭环系统电动机
• 闭环系统的静差率为
s cl
n cl n 0cl
• 开环系统的静差率为
s op
n op n 0 op
• 当 n0op n0cl 时，
scl
sop 1 K
（3-5）
.
（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
• 如果电动机的最高转速都是nN，最低速静差 率都是s，可得
开环时，
3.1.4 比例控制转速闭环系统的稳 定性
• 问题:增加比例调节器的比例系数,可以减小 转速降落,从而扩大调速范围,理论上当比例 系数为无穷大时,系统基本上就没有转速降 落了,调速范围可以无限大,比例系数可以无 限增大吗?
• 注意:分析系统静特性的前提是系统必须是 稳定的
.
2．转速反馈控制直流调速系统的动态数学模型
转速与负载电流（或转矩）间的稳态关系。
.
（a）闭环调速系统
图3-2 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结 构框图
.
（b）只考虑给定作用时的闭环系统
图3-2 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结
构框图
.
（c）只考虑扰动作用时的闭环系统
图3-2 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结
构框图
.
3.1.2 比例控制的直流调速系统
.
反馈控制规律
2. 反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服 从给定 。 一方面能够有效地抑制一切被包含在 负反馈环内前向通道上的扰动作用； 另一方面则能紧紧跟随着给定作用， 对给定信号的任何变化都是唯命是从。
.
扰动作用
Kp变化
电源波动
Id
电阻变化
R 励磁变化
Un*
给定作用
ΔUN Kp Uc
UN
Ks Ud0
.
例题3-1
在例题2-2中，龙门刨床要求D=20， s≤5%，已知 Ks=30,α= 0.015Vmin/r， Ce=0.2Vmin/r，采用比例控制闭环调速 系统满足上述要求时，比例放大器的 放大系数应该有多少？
.
解:
• 开环系统额定速降为 nop =275 r/min，
• 闭环系统额定速降须为 ncl 2.63 r/min，由
.
3.1.1 比例控制转速闭环直流调速系统的 结构与静特性
• 转速开环系统控制系统存在的问题：对负 载扰动没有任何抑制作用
.
3.1.1 比例控制转速闭环直流调速系 统的结构与静特性
• 引入负反馈，在负反馈基础上的“检测误 差，用以纠正误差”这一原理组成的系统， 其输出量反馈的传递途径构成一个闭合的 环路，因此被称作闭环控制系统。
1．开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系
• 开环机械特性为 nU d0C eIdRK pC K e sU n *R C e dIn0op nop
n 0 op
n op
式中， 表示开环系统的理想空载转速，
(3-2)
表示开环系统的稳态速降。
• 比例控制闭n环C K 系ep (1 统K sU 的K n *)静特Ce(性R 1 d 为IK)n0clncl
.
转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图
.
闭环系统如何减小加载引起的转速降落?
图3-3 闭环系统静特性和开环系统机械特性的关系
.
– 开环系统 Id n 例如：在图3-3中工作点从A A′
– 闭环系统 Id n Un Un Uc
n Ud0 例如：在图3-3中工作点从A B – 比例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于 它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应 地改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降的变化。
Dop
nNs nop(1s)
闭环时，
Dcl
nNs ncl(1s)
• 得到
Dcl(1K)Dop （3-6）
.
• 结论:比例控制的直流调速系统可以获得比 开环系统硬得多的稳态特性,即负载引起的 转速降落减小了,从而保证在一定静差率的 要求下,能够获得更宽的调速范围.
• 问题:电枢回路的总电阻并没变化,但是转速 降落为什么减小了呢?
式（3-4）可得 Knop1275110.63
ncl
2.63
• 则得
KpKs K /C e3 01 0.00 .61/3 0.5 246 • 即只要放大器的放大系数等于或大于46。
.
反馈控制规律
1. 只有比例放大器的反馈控制系统，其 被调量仍是有静差的。
ncl
RId Ce(1K)
只有 K = ，才能使 ncl = 0，而这 是不可能的。过大的K值也会导致系 统的不稳定。
n 0cl
பைடு நூலகம் n cl
(3-3)
.
转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图
.
（1）闭环系统静特性可以比开环系统 机械特性硬得多
• 在同样的负载扰动下，
开环系统的转速降落 闭环系统的转速降落
nop
RI d Ce
• 它们的关系是
ncl
RId Ce(1K)
ncl
nop 1 K
(3-4)
.
（2）闭环系统的静差率要比开环系统 小得多
第3章 转速闭环控制的直流调 速系统
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第3章 目录
• 3.1有静差的转速闭环直流调速系统（系统 结构与静特性分析，闭环直流调速系统的 反馈控制规律，稳定性分析）
• 3.2 无静差的转速闭环直流调速系统（比例 积分控制规律、稳态参数计算）
• 3.3 转速闭环直流调速系统的限流保护 • 3.4 转速闭环控制直流调速系统的仿真
• 在直流调速系统中，被调节量是转速，所 构成的是转速反馈控制的直流调速系统。
.
图3-1
带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图
.
电压比较环节 Un Un* Un
比例调节器
Uc KpUn
测速反馈环节 Un n
电力电子变换器 Ud0 KsUc
直流电动机
Kp——比例调节器的比例系数
n Ud0 I dR Ce
1
n 被调量
Ce
（输出）
α
图3-4 闭环调速系统的给定作用和扰动作用
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反馈控制规律
3. 系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。 反馈控制系统无法鉴别是给定信号的正常 调节还是外界的电压波动。 反馈通道上有一个测速反馈系数，它同样 存在着因扰动而发生的波动，由于它不是在 被反馈环包围的前向通道上，因此也不能被 抑制。
. α——转速反馈系数（V·min/r）
静特性方程式 n K pK sU n *IdRK pK sU n * R Id
C e(1K pK s /C e) C e(1K ) C e(1K )
（3-1）
式中: K K p—Ks— 闭环系统的开环放大系数 • 闭环调速系Ce统的静特性表示闭环系统电动机
• 闭环系统的静差率为
s cl
n cl n 0cl
• 开环系统的静差率为
s op
n op n 0 op
• 当 n0op n0cl 时，
scl
sop 1 K
（3-5）
.
（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
• 如果电动机的最高转速都是nN，最低速静差 率都是s，可得
开环时，