双闭环直流调速系统
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• ｎ ＝ Ｕ*ｎ ， 速 度 调 节 器ＡＳＲ 饱 和 ， 输 出 为 限 幅 值 Ｕ *ｉ ｍ ， 电 流 调 节 器 ＡＣＲ 的 输 出Ｕ ｃｔ 及 电 动 机 的 电 枢 电 流 和 转 速 的 动态 响 应 过 程 分 为 ３ 个 阶 段 ：
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项目二 双闭环直流调速系统的静特性
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项目二 双闭环直流调速系统的静特性
• 任务二 双闭环直流调速系统的起动 过程
• 双闭环直流调速系统的起动特性如图２－６所示。在 突 加 阶 跃 给 定 信 号 Ｕ *ｎ的 情 况 下 ，由 于 起 动 瞬 间 电 动 机 的 转 速 为 零 ， 速 度 调 节 器 ＡＳＲ 的 输 入 偏 差 电 压ΔＵ
模块二 双闭环直流调速系统
• 项目一 双闭环直流调速系统的组成 • 项目二 双闭环直流调速系统的静特
ห้องสมุดไป่ตู้性 • 项目三 双闭环直流调速系统的动态
特性
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项目一 双闭环直流调速系统的 组成
• 任务一 双闭环直流调速系统的原理
• 采 用 ＰＩ 调 节 器 组 成 的 单 闭 环 转 速 负 反 馈 调 速 系 统 能 够 实 现 系 统 的 稳 定 运 行 和 无 静 差 调速 ， 但 不 能 限 制 起 动 电 流。当系统在阶跃信号给定作用下起动时，由于机械 惯 性 的 作 用 ， 转速 不 能 立 即 建 立 起 来 ， 会 造 成 起 动 电 流 过 大 ； 并 且 某 些 生 产 机 械 经 常 处 于 正 ／ 反 转 运 行 的 调速 阶段，要尽可能缩短起动、制动过程的时间以提高生 产 效 率 。 为 达 到 这 一 目 的 ， 工 程 上 常采 用 双 闭 环 控 制 。
能 立 即 跟 随 上 给 定 信 号 ， 转 速 很小 ， 转 速 偏 差 电 压 ΔＵ ｎ 很 大 ， 转 速 调 节 器 ＡＳＲ 饱 和 ， 输 出 为 限 幅 值 Ｕ *ｉｍ 且 不 变 ， 转 速 环 相 当于 开 环 。 此 种 情 况 下 ， 电 流 负 反 馈 环节起恒流调节作用，转速线性上升，从而获得极好 的 下垂 特 性 曲 线 ， 如 图 ２ －５ 中 的 ＡＢ 段 所 示 。 当 转 速 达 到 给 定 值 且 略 有 超 调 时 ， 转 速 环 的 输 入信 号 变 极 性 ， 转速调节器退饱和，转速负反馈环节起调节作用，使 转 速 保 持 恒 定 ， 即 ｎ ＝Ｕ *ｎ／ α 保 持 不 变 ， 如 图 ２ －５ 中ｎ０Ａ段所示。
• １. 第 一 阶 段 （ 电 流 上 升 阶 段 ） • 刚 起 动 时 ， 转 速 ｎ 为 零 ，ΔＵｎ＝ Ｕ *ｎ－ αｎ 为 最 大 ， 它
使 速 度 调 节 器 ＡＳＲ 的 输 出 电 压｜ Ｕ *ｉ｜ 迅 速 增 大 ， 很 快 达 到 限 幅 值 Ｕ *ｉｍ 。 此 时 Ｕ*ｉｍ 作 为 电 流 环 的 给 定 电 压 ， 其 输 出 电 流 迅 速上 升 ， 当 Ｉ ｄ ＝ Ｉ ｄＬ 时 ， 转 速 ｎ开始上升，由于电流调节器的调节作用，很快使Ｉ ｄ ＝ Ｉ ｄｍ ， 标 志着 电 流 上 升 过 程 结 束 ， 见 图 ２ －６ 的 ０～ｔ１阶段。 • 状 态 ： 速 度 ＡＳＲ 调 节 器 迅 速 达 到 饱 和 状 态 ， 不 再 起 调 节 作 用 。 因 电 磁 时 间 常 数 Ｔ Ｌ小 于 机 电 时 间 常 数 Ｔ ｍ ， Ｕ ｉ 比 Ｕ ｎ 增 长 得 快 ， 使 得 电 流 调 节 器 ＡＣＲ 不 饱 和 ， ＡＣＲ 起 主 要调 节 作 用 。
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项目一 双闭环直流调速系统的 组成
• 以 电 流 调 节 器 ＡＣＲ 为 核 心 的 电 流 环 自 动 调 节 过 程 如 下 。 • 电 流 环 电 流 调 节 器 ＡＣＲ 和 电 流 负 反 馈 环 节 组 成 闭 合 回
路 ， 通 过 电 流 负 反 馈 的 作 用 去 稳定 电 流 。 由 于 ＡＣＲ 为 ＰＩ 调 节 器 ， 稳 态 时 ， 输 入 偏 差 电 压 ΔＵ ｉ ＝ Ｕ *ｉ＋ Ｕ ｉ ＝ － Ｕ *ｉ＋ βＩ ｄ ＝０， 即β ＝ Ｕ *ｉ／ Ｉ ｄ （ 其 中 β 为 电流反馈系数）。
• 在 图 ２ －３ 中 ， ＡＣＲ 和 ＡＳＲ 的 输 入 与 输 出 信 号 的 极 性 要 视 触 发 电 路 对 控 制 电 压 的 要 求 而定 。 若 触 发 电 路 要 求 ＡＣＲ 的 输 出 Ｕ ｃｔ 为 正 极 性 ， 由 于 ＰＩ 调 节 器 为 反 相 输 入 ， 则 要 求 ＡＣＲ 的输 入 Ｕ *ｉ为 负 极 性 ； 所 以 要 求 ＡＳＲ 的 输 入 （ 给 定 电 压 Ｕ *ｎ ）为 正 极 性 。
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项目一 双闭环直流调速系统的 组成
• 为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，必须在 系 统 中 设 计 两 个 ＰＩ 调 节 器 ， 即 速度 调 节 器 ＡＳＲ 和 电 流 调 节 器 ＡＣＲ， 如 图 ２ －２ 所 示 。
• 任务二 双闭环直流调速系统的自动 调节过程
• 为 了 更 好 地 诠 释 双 闭 环 调 速 系 统 工 作 过 程 ， 将 图 ２ －２ 所 示 的 双 闭 环 直 流 调 速 的 原 理 图转 换 成 系 统 的 稳 态 结 构 框 图 ， 如 图 ２ －３ 所 示 。
• 由 图 ２ －４ 可 知 ， 当 系 统 的 ＡＳＲ 和 ＡＣＲ 两 个 调 节 器 都 不 饱 和 且 系 统 处 于 稳 态 时 ， 各 变量 之 间 的 关 系 为
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项目二 双闭环直流调速系统的静特性
• ２. 双 闭 环 调 速 系 统 的 静 特 性 • 起 动 时 ， 突 加 给 定 信 号 Ｕ *ｍ ，由 于 机 械 惯 性 ， 转 速 不
• 图 ２ －１ （ ａ） 所 示 ， 单 闭 环 调 速 系 统 的 起 动 过 程 并 不 理 想 ， 为 了 达 到 图 ２ －１ （ ｂ） 所 示的 理 想 起 动 过 程 ， 依据自动控制原理，在单闭环转速负反馈调速系统的 基 础 上 ， 再 引 入 一 个电 流 负 反 馈 ， 构 成 转 速 、 电 流 双 闭 环调速系统。
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项目二 双闭环直流调速系统的静特性
• 任务一 双闭环直流调速系统的稳态 结构框图
• 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 框 图 ， 如 图 ２ －４ 所 示 。
• １. 双 闭 环 调 速 系 统 各 变 量 的 稳 态 工 作 点 和 稳 态 参 数 计 算
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项目二 双闭环直流调速系统的静特性
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项目二 双闭环直流调速系统的静特性
• 任务二 双闭环直流调速系统的起动 过程
• 双闭环直流调速系统的起动特性如图２－６所示。在 突 加 阶 跃 给 定 信 号 Ｕ *ｎ的 情 况 下 ，由 于 起 动 瞬 间 电 动 机 的 转 速 为 零 ， 速 度 调 节 器 ＡＳＲ 的 输 入 偏 差 电 压ΔＵ
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• 项目一 双闭环直流调速系统的组成 • 项目二 双闭环直流调速系统的静特
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• 任务一 双闭环直流调速系统的原理
• 采 用 ＰＩ 调 节 器 组 成 的 单 闭 环 转 速 负 反 馈 调 速 系 统 能 够 实 现 系 统 的 稳 定 运 行 和 无 静 差 调速 ， 但 不 能 限 制 起 动 电 流。当系统在阶跃信号给定作用下起动时，由于机械 惯 性 的 作 用 ， 转速 不 能 立 即 建 立 起 来 ， 会 造 成 起 动 电 流 过 大 ； 并 且 某 些 生 产 机 械 经 常 处 于 正 ／ 反 转 运 行 的 调速 阶段，要尽可能缩短起动、制动过程的时间以提高生 产 效 率 。 为 达 到 这 一 目 的 ， 工 程 上 常采 用 双 闭 环 控 制 。
能 立 即 跟 随 上 给 定 信 号 ， 转 速 很小 ， 转 速 偏 差 电 压 ΔＵ ｎ 很 大 ， 转 速 调 节 器 ＡＳＲ 饱 和 ， 输 出 为 限 幅 值 Ｕ *ｉｍ 且 不 变 ， 转 速 环 相 当于 开 环 。 此 种 情 况 下 ， 电 流 负 反 馈 环节起恒流调节作用，转速线性上升，从而获得极好 的 下垂 特 性 曲 线 ， 如 图 ２ －５ 中 的 ＡＢ 段 所 示 。 当 转 速 达 到 给 定 值 且 略 有 超 调 时 ， 转 速 环 的 输 入信 号 变 极 性 ， 转速调节器退饱和，转速负反馈环节起调节作用，使 转 速 保 持 恒 定 ， 即 ｎ ＝Ｕ *ｎ／ α 保 持 不 变 ， 如 图 ２ －５ 中ｎ０Ａ段所示。
• １. 第 一 阶 段 （ 电 流 上 升 阶 段 ） • 刚 起 动 时 ， 转 速 ｎ 为 零 ，ΔＵｎ＝ Ｕ *ｎ－ αｎ 为 最 大 ， 它
使 速 度 调 节 器 ＡＳＲ 的 输 出 电 压｜ Ｕ *ｉ｜ 迅 速 增 大 ， 很 快 达 到 限 幅 值 Ｕ *ｉｍ 。 此 时 Ｕ*ｉｍ 作 为 电 流 环 的 给 定 电 压 ， 其 输 出 电 流 迅 速上 升 ， 当 Ｉ ｄ ＝ Ｉ ｄＬ 时 ， 转 速 ｎ开始上升，由于电流调节器的调节作用，很快使Ｉ ｄ ＝ Ｉ ｄｍ ， 标 志着 电 流 上 升 过 程 结 束 ， 见 图 ２ －６ 的 ０～ｔ１阶段。 • 状 态 ： 速 度 ＡＳＲ 调 节 器 迅 速 达 到 饱 和 状 态 ， 不 再 起 调 节 作 用 。 因 电 磁 时 间 常 数 Ｔ Ｌ小 于 机 电 时 间 常 数 Ｔ ｍ ， Ｕ ｉ 比 Ｕ ｎ 增 长 得 快 ， 使 得 电 流 调 节 器 ＡＣＲ 不 饱 和 ， ＡＣＲ 起 主 要调 节 作 用 。
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• 以 电 流 调 节 器 ＡＣＲ 为 核 心 的 电 流 环 自 动 调 节 过 程 如 下 。 • 电 流 环 电 流 调 节 器 ＡＣＲ 和 电 流 负 反 馈 环 节 组 成 闭 合 回
路 ， 通 过 电 流 负 反 馈 的 作 用 去 稳定 电 流 。 由 于 ＡＣＲ 为 ＰＩ 调 节 器 ， 稳 态 时 ， 输 入 偏 差 电 压 ΔＵ ｉ ＝ Ｕ *ｉ＋ Ｕ ｉ ＝ － Ｕ *ｉ＋ βＩ ｄ ＝０， 即β ＝ Ｕ *ｉ／ Ｉ ｄ （ 其 中 β 为 电流反馈系数）。
• 在 图 ２ －３ 中 ， ＡＣＲ 和 ＡＳＲ 的 输 入 与 输 出 信 号 的 极 性 要 视 触 发 电 路 对 控 制 电 压 的 要 求 而定 。 若 触 发 电 路 要 求 ＡＣＲ 的 输 出 Ｕ ｃｔ 为 正 极 性 ， 由 于 ＰＩ 调 节 器 为 反 相 输 入 ， 则 要 求 ＡＣＲ 的输 入 Ｕ *ｉ为 负 极 性 ； 所 以 要 求 ＡＳＲ 的 输 入 （ 给 定 电 压 Ｕ *ｎ ）为 正 极 性 。
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• 为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，必须在 系 统 中 设 计 两 个 ＰＩ 调 节 器 ， 即 速度 调 节 器 ＡＳＲ 和 电 流 调 节 器 ＡＣＲ， 如 图 ２ －２ 所 示 。
• 任务二 双闭环直流调速系统的自动 调节过程
• 为 了 更 好 地 诠 释 双 闭 环 调 速 系 统 工 作 过 程 ， 将 图 ２ －２ 所 示 的 双 闭 环 直 流 调 速 的 原 理 图转 换 成 系 统 的 稳 态 结 构 框 图 ， 如 图 ２ －３ 所 示 。
• 由 图 ２ －４ 可 知 ， 当 系 统 的 ＡＳＲ 和 ＡＣＲ 两 个 调 节 器 都 不 饱 和 且 系 统 处 于 稳 态 时 ， 各 变量 之 间 的 关 系 为
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• ２. 双 闭 环 调 速 系 统 的 静 特 性 • 起 动 时 ， 突 加 给 定 信 号 Ｕ *ｍ ，由 于 机 械 惯 性 ， 转 速 不
• 图 ２ －１ （ ａ） 所 示 ， 单 闭 环 调 速 系 统 的 起 动 过 程 并 不 理 想 ， 为 了 达 到 图 ２ －１ （ ｂ） 所 示的 理 想 起 动 过 程 ， 依据自动控制原理，在单闭环转速负反馈调速系统的 基 础 上 ， 再 引 入 一 个电 流 负 反 馈 ， 构 成 转 速 、 电 流 双 闭 环调速系统。
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• 任务一 双闭环直流调速系统的稳态 结构框图
• 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 框 图 ， 如 图 ２ －４ 所 示 。
• １. 双 闭 环 调 速 系 统 各 变 量 的 稳 态 工 作 点 和 稳 态 参 数 计 算