运动控制系统
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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。
实用文档
2). 理想的起动过程
Id
Idm
Idcr
n
Id
Idm
n
Id
Id
L
L
O
t
O
t
a) 带电流截止负反馈的单闭环调速系 统
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
实用文档
（1）转速调节器不饱和
Un* Un nn0 Ui* Ui Id
b) 理想的快速起动过程
图2-1 直流调速系统起动过程的电流和转速波形
实用文档
• 性能比较
❖ 带电流截止负反馈的
单闭环直流调速系统 Id
Idm
起动过程如图 所示， Idcr
n
起动电流达到最大值
Idm 后，受电流负反
IdL
馈的作用降低下来，
Biblioteka Baidu电机的电磁转矩也随 O
t
之减小，加速过程延
图2-1 a) 带电流截止负反馈
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。
实用文档
Uin R00
3). 限幅电路
RR1 1 C1C1
-0
+0 0
+0
0
VRRDlim11
+ M
RP1
Uex
VD22 N RP2
-
二极管钳位的外限幅电路
实用文档
限幅电路（续）
VVSST11 VS2T2
实用文档
•系统原理图
+
RP1 U*n R0
-
R0
Un
Rn Cn
Ui
R0
ASR
-
+
+
U*i
LM
R0
TA
Ri Ci
L
ACR
LM GT
-
+
+
Uc
V
UPE
Id Ud
M
+
-
n
+
RP2 TTGG -
图2-3 双闭环直流调速系统电路原理图
实用文档
图中表出，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
2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组 成
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。二者之 间实行嵌套（或称串级）联接如下图所 示。
实用文档
1). 系统的组 成
TA
L
U*n +-
Ui U*i ASR +
内环
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。
实用文档
现在的问题是，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。
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 的阶段里起作用呢实？用文档
实用文档
1). 系统稳态结构图
Id
U*n +
R
ASR U*i +
Ui -
ACR Uc UPE Ud0 + - E
n
Ks
1/Ce
- Un
图2-4 双闭环直流调速系统的稳态结构图
—转速反馈系数; —电流反馈系数
实用文档
2). 限幅作用 存在两种状况：
❖ 饱和——输出达到限幅值
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。
实用文档
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 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。
如果对系统的动态性能要求较 高，例如：要求快速起制动，突加负载 动态速降小等等，单闭环系统就难以满 足需要。
实用文档
1). 主要原因
因为在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。
❖ 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。
实用文档
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，
R11
C11
Uin RR00
- +0
0
0
+0
0
RRlilmim Uex
稳压管钳位的内限幅电路
实用文档
4). 电流检测电路
ABC Ui
TA
U0
电流检测电路 实T用A文—档—电流互感器
2.1.2 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。
第六讲
2.1 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特 性
2.2 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性 能分析
实用文档
转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法
内容提要
转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性； 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析； 调节器的工程设计方法； 按工程设计方法设计双闭环系统的调节器 弱磁控制的直流调速系统。
V
ACR Uc UPE
+
Ud
Id
Un
-
外环
+
MM
n
TTGG
图2-2 转速、电流双闭环直流调速系统结 ASR—转速调节器 ACR—构电流调节器 TG—测速发电机
TA—电流互感器 实用U文PE档—电力电子变换器
图中，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。
实用文档
2). 系统电路结构
为了获得良好的静、动态性能， 转速和电流两个调节器一般都采用 P I 调节器，这样构成的双闭环直流调速系统 的电路原理图示于下图。图中标出了两个 调节器输入输出电压的实际极性，它们是
按照电力电子变换器的控制电压Uc为正电
压的情况标出的，并考虑到运算放大器的 倒相作用。
长。
实用文档
的单闭环调速系统
性能比较（续）
❖ 理想起动过程波形 如图，这时，起动
Id Idm
电流呈方形波，转
n
速按线性增长。这
是在最大电流（转
IdL
矩）受限制时调速
O
t
系统所能获得的最
快的起动过程。
图2-1 b) 理想的快速起动过 程
实用文档
3). 解决思路
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
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。
实用文档
2). 理想的起动过程
Id
Idm
Idcr
n
Id
Idm
n
Id
Id
L
L
O
t
O
t
a) 带电流截止负反馈的单闭环调速系 统
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
实用文档
（1）转速调节器不饱和
Un* Un nn0 Ui* Ui Id
b) 理想的快速起动过程
图2-1 直流调速系统起动过程的电流和转速波形
实用文档
• 性能比较
❖ 带电流截止负反馈的
单闭环直流调速系统 Id
Idm
起动过程如图 所示， Idcr
n
起动电流达到最大值
Idm 后，受电流负反
IdL
馈的作用降低下来，
Biblioteka Baidu电机的电磁转矩也随 O
t
之减小，加速过程延
图2-1 a) 带电流截止负反馈
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。
实用文档
Uin R00
3). 限幅电路
RR1 1 C1C1
-0
+0 0
+0
0
VRRDlim11
+ M
RP1
Uex
VD22 N RP2
-
二极管钳位的外限幅电路
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限幅电路（续）
VVSST11 VS2T2
实用文档
•系统原理图
+
RP1 U*n R0
-
R0
Un
Rn Cn
Ui
R0
ASR
-
+
+
U*i
LM
R0
TA
Ri Ci
L
ACR
LM GT
-
+
+
Uc
V
UPE
Id Ud
M
+
-
n
+
RP2 TTGG -
图2-3 双闭环直流调速系统电路原理图
实用文档
图中表出，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
2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组 成
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。二者之 间实行嵌套（或称串级）联接如下图所 示。
实用文档
1). 系统的组 成
TA
L
U*n +-
Ui U*i ASR +
内环
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。
实用文档
现在的问题是，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。
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 的阶段里起作用呢实？用文档
实用文档
1). 系统稳态结构图
Id
U*n +
R
ASR U*i +
Ui -
ACR Uc UPE Ud0 + - E
n
Ks
1/Ce
- Un
图2-4 双闭环直流调速系统的稳态结构图
—转速反馈系数; —电流反馈系数
实用文档
2). 限幅作用 存在两种状况：
❖ 饱和——输出达到限幅值
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。
实用文档
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 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。
如果对系统的动态性能要求较 高，例如：要求快速起制动，突加负载 动态速降小等等，单闭环系统就难以满 足需要。
实用文档
1). 主要原因
因为在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。
❖ 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。
实用文档
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，
R11
C11
Uin RR00
- +0
0
0
+0
0
RRlilmim Uex
稳压管钳位的内限幅电路
实用文档
4). 电流检测电路
ABC Ui
TA
U0
电流检测电路 实T用A文—档—电流互感器
2.1.2 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。
第六讲
2.1 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特 性
2.2 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性 能分析
实用文档
转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法
内容提要
转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性； 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析； 调节器的工程设计方法； 按工程设计方法设计双闭环系统的调节器 弱磁控制的直流调速系统。
V
ACR Uc UPE
+
Ud
Id
Un
-
外环
+
MM
n
TTGG
图2-2 转速、电流双闭环直流调速系统结 ASR—转速调节器 ACR—构电流调节器 TG—测速发电机
TA—电流互感器 实用U文PE档—电力电子变换器
图中，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。
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2). 系统电路结构
为了获得良好的静、动态性能， 转速和电流两个调节器一般都采用 P I 调节器，这样构成的双闭环直流调速系统 的电路原理图示于下图。图中标出了两个 调节器输入输出电压的实际极性，它们是
按照电力电子变换器的控制电压Uc为正电
压的情况标出的，并考虑到运算放大器的 倒相作用。
长。
实用文档
的单闭环调速系统
性能比较（续）
❖ 理想起动过程波形 如图，这时，起动
Id Idm
电流呈方形波，转
n
速按线性增长。这
是在最大电流（转
IdL
矩）受限制时调速
O
t
系统所能获得的最
快的起动过程。
图2-1 b) 理想的快速起动过 程
实用文档
3). 解决思路
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