电力拖动自动控制系统第2章转速、电流双闭环直流调速系统与调节器工程设计方法
电力拖动自动控制系统实验报告
电⼒拖动⾃动控制系统实验报告电⼒拖动⾃动控制系统实验实验⼀转速反馈控制直流调速系统的仿真⼀、实验⽬的1、了解MATLAB下SIMULINK软件的操作环境和使⽤⽅法。
2、对转速反馈控制直流调速系统进⾏仿真和参数的调整。
⼆、转速反馈控制直流调速系统仿真根据课本的操作步骤可得到如下的仿真框图：图 1 仿真框图1、运⾏仿真模型结果如下：图2 电枢电流随时间变化的规律图3 电机转速随时间变化的规律2、调节参数Kp=0.25 1/τ=3 系统转速的响应⽆超调但调节时间长3、调节参数Kp=0.8 1/τ=15 系统转速的响应的超调较⼤，但快速性较好实验⼩结通过本次实验初步了解了MATLAB下SIMULINK的基本功能，对仿真图的建⽴了解了相关模块的作⽤和参数设置。
并可将其⽅法推⼴到其他类型控制系统的仿真中。
实验⼆转速、电流反馈控制直流调速系统仿真⼀、实验⽬的及内容了解使⽤调节器的⼯程设计⽅法，是设计⽅法规范化，⼤⼤减少⼯作计算量，但⼯程设计是在⼀定近似条件下得到的，⽤MATLAB仿真可根据仿真结果对设计参数进⾏必要的修正和调整。
转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能优良、应⽤最⼴泛的直流调速系统，对于需要快速正、反转运⾏的调速系统，缩短起动、制动过程的时间成为提⾼⽣产效率的关键。
为了使转速和电流两种负反馈分别起作⽤，可在系统⾥设置两个调节器，组成串级控制。
⼀、双闭环直流调速系统两个调节器的作⽤1)转速调节器的作⽤（1）使转速n跟随给定电压*mU变化，当偏差电压为零时，实现稳态⽆静差。
（2）对负载变化起抗扰作⽤。
（3）其输出限幅值决定允许的最⼤电流。
2)电流调节器的作⽤（1）在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压*iU变化。
（2）对电⽹电压波动起及时抗扰作⽤。
（3）起动时保证获得允许的最⼤电流，使系统获得最⼤加速度起动。
（4）当电机过载甚⾄于堵转时，限制电枢电流的最⼤值，从⽽起⼤快速的安全保护作⽤。
当故障消失时，系统能够⾃动恢复正常。
《电力拖动自动控制系统》课程综述
电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统简介电力拖动自动控制系统包括：直流调速系统和交流调速系统。
直流调速系统包括：直流调速方法、直流调速电源和直流调速控制。
交流调速系统包括：交流调速系统的主要类型、交流变压调速系统、交流变频调速系统、绕线转子异步电机双馈调速系统——转差功率馈送型调速系统和同步电动机变压变频调速系统。
电力拖动自动控制系统课程内容介绍第一篇直流调速系统闭环反馈直流调速系统1.1 直流调速系统用的可控直流电源根据前面分析，调压调速是直流调速系统的主要方法，而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源。
常用的可控直流电源有以下三种:旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。
静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。
直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。
1.2 晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题本节讨论V-M系统的几个主要问题：（1）触发脉冲相位控制；（2）电流脉动及其波形的连续与断续；（3）抑制电流脉动的措施；（4）晶闸管-电动机系统的机械特性；（5）晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数。
1.3 直流脉宽调速系统的主要问题自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制（PWM）的高频开关控制方式形成的脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，即直流PWM 调速系统。
（1）PWM变换器的工作状态和波形；（2）直流PWM调速系统的机械特性；（3）PWM 控制与变换器的数学模型；（4）电能回馈与泵升电压的限制。
1.4反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计本节提要:转速控制的要求和调速指标；开环调速系统及其存在的问题；闭环调速系统的组成及其静特性；开环系统特性和闭环系统特性的关系；反馈控制规律；限流保护——电流截止负反馈1.5 反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计反馈控制闭环直流调速系统的动态数学模型;反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件; 动态校正——PI调节器的设计;系统设计举例与参数计算转速、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、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性能很好的直流调速系统。
电力拖动自动控制系统知识点答疑
按工程设计方法设计ASR和ACR
✓双环系统的动态结构图（理解即可） ✓双闭环系统的设计步骤：先内环、后外环
图2-22 双闭环调速系统的动态结构框图
电流环 U*n(s)
1
+
T0ns+1
ASR 1
-
T0is+1
Un
U*I(s)
作业：P51 1-16、1-17
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
一、转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性
（1）转速、电流双闭环直流调速系统的组成：内环和外 环结构 （2）稳态结构图和静特性 （3）各变量稳态工作点和稳态参数计算（涉及的问题： 稳态运行时，ASR和ACR的输入和输出分别为多少？如 作业2-2）
当 K ≥ Kcr 时，系统将不稳定。 对于一个自动控制系统来说，稳定性是它能否 正常工作的首要条件，是必须保证的。 系统的稳定性与稳态性能指标要求可能矛盾
从稳态性能指标角度：K越大，稳态误差(速降) 越小
从稳定性角度：K越大，稳定性降低，甚至不 稳定
整理后得到系统 的稳定条件为：
KTm(Tl Ts)Ts2 （1-59）
二、反馈控制闭环调速系统的稳态分析和设计
（1）稳态调速性能指标（此处涉及的计算题要求同学们 掌握，必考内容，主要掌握书后作业题型）
调速范围D的定义 静差率s的定义，静差率与机械特性硬度的区别， 调速范围、静差率和额定速降之间的关系
作业：P50，1-3、1-4、
（2）开环调速系统的原理图、机械特性及主要问题
（1）动态数学模型（理解即可） 用传递函数表示的双闭环直流调速系统的动态结构框图
电力拖动自动控制系统课程设计
《运动控制系统设计》课程设计报告设计题目：转速、电流双闭环直流调速系统设计与实践班级：04 级自动化一班学号:姓名：指导教师：设计时间：2007.11.20 —2007.12.14目录摘要第一章概述第二章设计任务及要求2.1设计任务：2.2设计要求：2.3理论设计3.1方案论证3.2系统设计3.2.1电流调节器设计3.2.1.1确定时间常数3.2.1.2 选择电流调节器结构3.2.1.3计算电流调节器参数3.2.1.4 校验近似条件3.2.1.5 计算调节器电阻和电容3.2.2速度调节器设计3.2.2.1 确定时间常数3.2.2.2 选择转速调节器结构3.2.2.3 计算转速调节器参数3.2.2.4 校验近似条件3.2.2.5 计算调节器电阻和电容3.2.2.6 校核转速超调量第三章系统建模及仿真实验4.1MATLAB 仿真软件介绍4.2仿真建模及实验4.2.1单闭环仿真实验4.2.2双闭环仿真实验4.2.3仿真波形分析第四章实际系统设计及实验5.1 系统组成及工作原理5.2 设备及仪器5.3 实验过程5.3.1 实验内容5.3.2 实验步骤第五章总结与体会参考文献摘要从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。
双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等．给定信号为0～10V直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。
由于其机械特性硬，调速范围宽，而且是无级调速，所以可对直流电动机进行调压调速。
动静态性能好，抗扰性能佳。
速度调节及抗负载和电网扰动，采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。
电流环校正成典型I型系统。
为使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，速度环设计成典型Ⅱ型系统。
根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法，用Simulink做了带电流补偿的电压负反馈直流调速系统进行仿真综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真波形图。
#《电力拖动自动控制系统》习题答案1
第一章闭环控制的直流调速系统1－1 为什么PWM—电动机系统比晶闸管—电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM—电动机系统在很多方面有较大的优越性：（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。
（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。
（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右。
（4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。
（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。
（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
1－2 试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的。
答：在制动状态中，为负值，就发挥作用了。
这种情况发生在电动运行过程中需要降速的时候。
这时，先减小控制电压，使di2VT1gU的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压降低。
但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成，很快使电流反向，截止，在dUdEU>di2VDont≤＜Ｔ时，2gU变正，于是导通，反向电流沿回路3流通，产生能耗制动作用。
在＜Ｔ+时，关断，2VTTt≤ont2VTdi.沿回路4经续流，向电源回馈制动，与此同时，两端压降钳住使它不能导通。
在制动状态中，和轮流导通，而始终是关断的。
1VD1VD1VT2VT1VT1VT在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在关断后经续流时，还没有达到周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时两端电压也降为零，便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。
1VTdi2VD2VD2VT１－３调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系？为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？答：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母Ｄ表示，即maxminnDn= 其中，和一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。
典型Ⅱ型系统ppt课件
II.恒流升速阶段 III.转速调节阶段
I dL O t1
t2 t3 t4
t
典型Ⅱ型系统
双闭环直流调速系统起动过程的特点 （1）饱和非线性控制 （2）转速超调 （3）准时间最优控制(有限制条件的 最短时间控制)
典型Ⅱ型系统
动态抗扰性能分析
调速系统的动态抗扰性能， 主要是抗负载扰动和抗电网 电压扰动的性能
稳定，同时满足所需的稳态精度。 2.再选择调节器的参数，以满足动态性能指标的要
求。
典型Ⅱ型系统
调节器结构的选择
选择调节器，将控制对象校正成为典型系统。
输入
调节器
控制对象
输出
系统校正
输入
典型系统
输出
典型Ⅱ型系统
典型I型系统
R(s)
K
C(s)
s(Ts 1)
T — 系统的惯性时间常数； K — 系统的开环增益。
选择参数，保证 稳定。
c
1 T
或
cT 1，使系统足够
典型Ⅱ型系统
典型Ⅱ型系统
R(s)
K (s 1) C (s)
s 2 (Ts 1)
1
c
1 T
或
T
保证系统足够稳定
典型Ⅱ型系统
控制系统的动态性能指标
1.跟随性能指标 2.抗扰性能指标 调速系统的动态指标以抗扰性
能为主，而随动系统的动态指标 则以跟随性能为主。
n
Tms
1/Ce
典型Ⅱ型系统
转速和电流两个调节器的作用
1. 转速调节器的作用
（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，
它使转速 n 很快地跟随给定电压变化，稳态
时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则 可实现无静差。 （2）对负载变化起抗扰作用。 （3）输出限幅值决定电机允许的最大电流。
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 。
转速﹑电流双闭环直流调速系统
引言目前，转速﹑电流双闭环控制直流调速系统是性能很好﹑应用最广泛的直流调速系统。
我们知道采用转速负反馈和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，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。
故需要引入转速﹑电流双闭环控制直流调速系统，本文着重阐明其控制规律﹑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。
首先介绍转速﹑电流双闭环调速系统的组成及其静特性，接着说明该系统的动态数学模型，并从起动和抗扰两个方面分析其性能和转速与电流两个调节器的作用。
在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。
电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。
因此，调速技术一直是研究的热点。
长期以来，直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。
直流电动机在额定转速以下运行时，保持励磁电流恒定，可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速；在额定转速以上运行时，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。
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。
在现代化的工业生产中，几乎无处不使用电力拖动装置。
轧钢机、电铲、提升机、运输机等各类生产机械都要采用电动机来传动。
随着对生产工艺，产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械能实现自动调速。
从20世纪60年代以来，现代工业电力拖动系统达到了全新的发展阶段。
这种发展是以采用电力电子技术为基础的，在世界各国的工业部门中，直流电力拖动系统至今仍广泛的应用着。
直流拖动的突出优点在于：容易控制，能在很宽的范围内平滑而精确的调速，以及快速响应等。
在一定时期以内，直流拖动仍将具有强大的生命力。
转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计
运动控制系统课程设计题目:转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计1. 设计题目转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计2. 设计任务已知某晶闸管供电的双闭环直流调速系统,整流装置采用三相桥式电路,基本数据如下：1）直流电动机：160V、120A、1000r/min、C e=r,允许过载倍数λ=2）晶闸管装置放大系数：K s=303）电枢回路总电阻：R=Ω4）时间常数：T l=,T m=,转速滤波环节时间常数T on取5）电压调节器和电流调节器的给定电压均为10V试按工程设计方法设计双闭环系统的电流调节器和转速调节器,并用Simulink建立系统模型,给出仿真结果;系统要求：1）稳态指标：无静差2）动态指标：电流超调量σi ≤5%；空载起动到额定转速时超调量σn ≤10%3. 设计要求根据电力拖动自动控制理论,按工程设计方法设计双闭环调速系统的步骤如下：1）设计电流调节器的结构和参数,将电流环校正成典型I型系统；2）在简化电流环的条件下,设计速度调节器的结构和参数,将速度环校正成典型II型系统；3）进行Simulink仿真,验证设计的有效性;4.设计内容1 设计思路：带转速负反馈的单闭环系统,由于它能够随着负载的变化而相应的改变电枢电压,以补偿电枢回路电阻压降的变化,所以相对开环系统它能够有效的减少稳态速降;当反馈控制闭环调速系统使用带比例放大器时,它依靠被调量的偏差进行控制的,因此是有静差率的调速系统,而比例积分控制器可使系统在无静差的情况下保持恒速,实现无静差调速;对电机启动的冲击电流以及电机堵转时的堵转电流,可以用附带电流截止负反馈作限流保护,但这并不能控制电流的动态波形;按反馈的控制规律,采用某个物理量的负反馈就可以保持该基本量基本不变,采用电流负反馈就应该能够得到近似的恒流过程;另外,在单闭环调速系统中,用一个调节器综合多种信号,各参数间相互影响,难于进行调节器的参数调速;例如,在带电流截止负反馈的转速负反馈的单闭环系统中,同一调节器担负着正常负载时的速度调节和过载时的电流调节,调节器的动态参数无法保证两种调节过程均具有良好的动态品质;按照电机理想运行特性,应该在启动过程中只有电流负反馈,达到稳态转速后,又希望只有转速反馈,双闭环调速系统的静特性就在于当负载电流小于最大电流时,转速负反馈起主要作用,当电流达到最大值时,电流负反馈起主要作用,得到电流的自动保护;2双闭环调速系统的组成：a.系统电路原理图图2-1为转速、电流双闭环调速系统的原理图;图中两个调节器ASR和ACR 分别为转速调节器和电流调节器,二者串级连接,即把转速调节器的输出作为电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置;电流环在内,称之为内环；转速环在外,称之为外环;两个调节器输出都带有限幅,ASR的输出限幅什U im决定了电流调节器ACR 的给定电压最大值U im,对就电机的最大电流；电流调节器ACR输出限幅电压U cm 限制了整流器输出最大电压值,限最小触发角α;图2－1 双闭环调速系统电路原理图b.系统动态结构图图2-2为双闭环调速系统的动态结构框图,由于电流检测信号中常含有交流分量,须加低通滤波,其滤波时间常数T oi按需要选定;滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量,但同时也给反馈信号带来了延滞;为了平衡这一延滞作用,在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节,称作给定滤波环节;其作用是：让给定信号和反馈信号经过同样的延滞,使二者在时间上得到恰当的配合,从而带来设计上的方便;由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波,因此也需要滤波,滤波时间常数用T on表示;根据和电流环一样的道理,在转速给定通道中也配上时间常数为T on的给定滤波环节;T oi—电流反馈滤波时间常数T on—转速反馈滤波时间常数图2－2双闭环调速系统的动态结构图3）按工程设计方法设计双闭环系统的ACR：设计多环控制系统的一般原则是：从内环开始,一环一环地逐步向外扩展;在这里是：先从电流环入手,首先设计好电流调节器,然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器;a.确定时间常数整流滤波时间常数T s,三相桥式电路的平均失控时间T s=；电流滤波时间常数T oi,三相桥式电路每个波头的时间是,为了基本虑平波头,应有1～2Toi=,因此取Toi=2ms=；电流环小时间常数T∑i,按小时间常数近似处理,取T∑i=T s+T oi=;b.选择电流调节器结构由设计要求：σi%≤5%,并保证系统稳态电流无误差,因此可按典型I型系统设计,电流调节器选用PI 型,其传递函数为: W ACR s =isis Ki ττ1+ c.校验近似条件电流环截止频率11.135-==s KI ci ω； 晶闸管装置传递函数近似条件为：13ci sw T ≤=,满足近似条件； 忽略反电动势对电流环影响的条件为：ci w ≥满足近似条件； 小时间常数近似条件处理条件为：ci w ≤=, 满足近似条件;d.计算调节器电阻和电容电流调节器原理如图3－1所示,按所用运算放大器取R 0=40kΩ,各电阻和电容值计算如下：,取30k; ,取;-图3－1含给定滤波与反馈滤波的PI 型电流调节器按照上述参数,电流环可以达到的动态指标为：σi %=%<5%,满足设计4按工程设计方法设计双闭环系统的ASR ：a.确定时间常数电流环等效时间常数为20.0074i T s ∑=；转速滤波时间常数Ton ,根据所用测速发电机波纹情况,取Ton=； 转速环小时间常数n T ∑ 按小时间常数近似处理,取n T ∑=20.0174i T Ton s ∑+=;b ．选择转速调节器结构由于设计要求无静差,转速调节器必须含有积分环节；又根据动态要求,应按典型Ⅱ型系统设计速度环,故ASR 选用PI 调节器,其传递函数为：1()n ASR nn s W s K sττ+= c.计算速度调节器参数按跟随和抗干扰性能较好的原则,取h=5,则ASR 的超前时间常数为：50.01740.087n n hT s τ∑==⨯=,转速环开环增益： 2224.39621-∑=+=s T h h K nN 于是,ASR 的比例系数: =d.校验近似条件由转速截止频率：15.341-===s n KN KNcn τωω; 电流环传递函数简化条件： ,满足简化条件; 转速环小时间常数近似条件为： ,满足近似条件;e.计算调节器电阻和电容转速调节原理图如图3－2所示,取040R k =Ω,则,取550k; ,取;图3－2含给定滤波与反馈滤波的PI 型转速调节器-按照上述参数,电流环可以达到的动态指标为：当h=5时,查表得%,虽然不满足设计要求,而实际上,突加阶跃给定时,ASR 饱和,应按退饱和的情况重新计算超调量,实际%,满足设计要求;5内、外开环对数幅频特性的比较图4－1把电流环和转速环的开环对数幅频特性画在一张图上,其中各转折频率和截止频率依次为：13.2700037.011-==∑s i T ,151.570174.011-==∑s n T , 151.34-=s cn ω,15.11087.011-=s n τ; 以上频率一个比一个小,从计算过程可以看出,这是必然的规律;因此,这样设计的双闭环系统,外环一定比内环慢;一般来说,1150~100-=s ci ω,150~20-=s cn ω;从外环的响应速度受到限制,这是按上述方法设计多环控制系统时的缺点;然而,这样一来,每个环本身都是稳定的,对系统的组成和调试工作非常有利;总之,多环系统的设计思想是：以稳为主,稳中求快;L/dBO1/-s ωiT ∑1ciωnT ∑1cn ωnτ1InI-电流内环 n-转速外环图4－1又闭环系统内环和外环的开环对数幅频特性－20－40－20－406 晶闸管的电压、电流定额计算a.晶闸管额定电压U N晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压Um ,考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素,还要放宽2～3倍的安全系数,即按下式选取U N ＝2～3Um ,式中系数2～3的取值应视运行条件,元件质量和对可靠性的要求程度而定;b.晶闸管额定电流I N为使晶闸管元件不因过热而损坏,需要按电流的有效值来计算其电流额定值;即必须使元件的额定电流有效值大于流过元件实际电流的最大有效值;可按下式计算：I N =~2K fb I MAX ;式中计算系数K fb =Kf/由整流电路型式而定,Kf 为波形系数,Kb 为共阴极或共阳极电路的支路数;当α=0时,三相全控桥电路K fb =,故计算的晶闸管额定电流为I N =~2K fb I MAX =~2 ××220×=～,取200A;7平波电抗器计算由于电动机电枢和变压器存在漏感,因而计算直流回路附加电抗器的电感量时,要从根据等效电路折算后求得的所需电感量中,扣除上述两种电感量;a.电枢电感量L M 按下式计算)(2103mH I Pn U K L NN N D M ⨯=P —电动机磁极对数,K D —计算系数,对一般无补偿电机：K D =8~12; b.整流变压器漏电感折算到次级绕组每相的漏电感L B 按下式计算)(100%2mH I U U K L dK BB •= U 2—变压器次级相电压有效值,I d —晶闸管装置直流侧的额定负载电流,K B —与整流主电路形式有关的系数;c.变流器在最小输出电流I dmin 时仍能维持电流连续时电抗器电感量L 按下式计算min2d I U K L •=, K 是与整流主电路形式有关的系数,三相全控桥K 取则L ＝mH.6）进行Simulink 仿真,验证设计的有效性a. 电流闭环的仿真如下图：为了研究系统的参数对动态性能的影响,分别取K I T ∑i =、、、,此时K I 的值也会随之变化,运行仿真,即可得不同K I 值的阶跃响应曲线：图6-1 KT=的阶跃响应曲线图6-2KT=的阶跃响应曲线图6-3 KT=的阶跃响应曲线图6-4 KT=的阶跃响应曲线由曲线可以看出如果要求动态响应快,可取KT=；如果要求系统超调小,则应把KT 的值取小些,可取KT<;无特殊要求,取折中值KT=,,称为最佳二阶系统;图6-1~图6-4反映了PI 调节器的参数对系统品质的影响趋势,在工程设计中,可以根据工艺的要求,直接修改PI 调节器的参数,找到一个在超调量和动态响应快慢上都较满意的电流环调节器;b. 转速环的仿真设计在增加转速环调节后,转速环开环传递函数如下： )1()1()(n 2n N n ++=∑s T s s K s W τ 校正后的调速系统动态结构框图如下所示：其中me n n N T C R K K βτα=;在matlab中搭建好系统的模型,如下图：转速环的仿真设计为满足系统在不同需求下的跟随性与抗扰行能要求,取h的之分别为：3、5、7、9. 用matlab仿真结果如下：图7-1h=3时的阶跃响应曲线图7-2h=5时的阶跃响应曲线图7-3h=7时的阶跃响应曲线图7-4h=9时的阶跃响应曲线由图可以看出：h值越小,动态降落也越小,恢复时间、调节时间也短,抗扰性能也越好,但是,从h<5以后,由于震荡剧烈h越小,恢复时间反而延长,综合起来看,h=5是最佳选择,也即最佳三阶系统;对电流环与转速环都是根据实际需要调节参数的,对比Ⅰ型、Ⅱ型系统可以发现：Ⅰ型系统可以在跟随性上做到超调小,但抗扰性能差；而Ⅱ型系统超调却相对较大,抗扰性能较好;5.设计心得a.通过该次设计,更加熟悉掌握了电流转速双闭环直流调速系统的结构组成以及它的工作原理,加深了对开环、闭环有静差、无静差调速的理解---闭环结构保证系统的稳定性与抗干扰能力；无静差调速则保证系统有较低的稳态误差;b.由此也初步掌握双闭环调节器的整个设计过程,其基本思想是先内环再外环;在结构框图的处理过程中有多处近似处理,简化了传递函数,从而使问题得到简化,因此称为被称为“工程设计方法”,这意味着在实际的应用中,在可以大大简化分析过程却很小影响分析结果的方法是很有价值的;从开环到闭环、从闭环无静差到有静差、从单环到双环着一些列的变化显示人们人知的渐进性;仿真是自己临时捡起matlab课本重新回顾才完成的,仿真的直观的证明了最佳二阶、三阶系统的参数,并再一次体现了matlab在控制中的重要作用,的确是一个很强大的仿真工具;整个仿真过程也加深了自己对电力拖动控制相关知识理解程度,相当于也许经过证明的才是最可靠的;d.由于水平有限,设计中肯定有许多错误和不足的地方,敬请老师指正;6．参考文献【1】陈伯时,电力拖动自动控制系统;机械工业出版社;【2】李荣生,电气传动控制设计指导;;。
转速电流双闭环直流调速系统仿真设计
转速电流双闭环直流调速系统仿真摘要：本设计主要研究了直流调速转速电流双闭环控制系统以及对MATLAB软件的使用。
系统模型由晶闸管-直流电动机组成的主电路和转速电流调节器组成的控制电路两部分组成。
主电路采用三相可控晶闸管整流电路整流，用PI调节器控制，通过改变直流电动机的电枢电压从而进行调压调速。
控制电路设置两个PI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。
二者实行嵌套连接，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，形成转速电流双闭环直流调速系统。
在Simulink中建立仿真模型，设置各个模块的参数，仿真算法和仿真时间，运行得出仿真模型的波形图。
通过对波形图的分析，说明直流调速转速电流双闭环控制系统具有良好的静态和动态特性。
关键词：双闭环直流调速系统，MATLAB/SIMULINK仿真，ASR，ACR。
课程概述：直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。
随着交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。
但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。
采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。
但如果对系统的动态性能要求较高，如要求快速起制动、突加负载动态速降时，单闭环系统就难以满足。
这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。
在单闭环系统中，只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。
实际工作中，在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。
第二章+双闭环直流调速系统
2.2 双闭环调速系统的稳态结构图及其静特性 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。
2.2.1 双闭环调速系统的稳态结构图
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。
2.2.2 双闭环调速系统的静特性
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，
2. 理想的起动过程
Id Idc Idm n IL O t O Id Idm n IL t b) 理想的快速起动过程
a) 带电流截止负反馈的单闭环调速系统
直流调速系统起动过程的电流和转速波形
• 性能比较
带电流截止负反馈的 单闭环直流调速系统 起动过程如图所示， 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。
上述关系表明，在稳态工作点上，
转速
n 是由给定电压Un决定的；
ASR的输出量Ui是由负载电流 IL 决定的； 控制电压
Uc 的大小则同时取决于 n 和 Id， 或者说，同时取决于Un 和 IL。
这些关系反映了PI调节器不同于P调 节器的特点。比例环节的输出量总是正 比于其输入量，而PI调节器则不然，其 输出量的稳态值与输入无关，而是由它 后面环节的需要决定的。后面需要PI调 节器提供多么大的输出值，它就能提供 多少，直到饱和为止。
电力拖动自动控制系统课程设计(25页)
图2 模型编辑窗 口
■ (3)修改模块参数：
双击模块图案，则出现关于该图 案的对话框，
通过修改对话框内容来设定模块 的参数。
描述加法器 三路输入的 符号，|表示 该路没有信 号，用|+-取 代原来的符 号。得到减 法器。
图3 加法器模块对话 框
图4 传递函数模块对话框
分子多项式 系数
分母多项式 系数
■ 设计要求：系统中各个参数计算过程 双闭环调速系统的仿真模型 ASR、ACR的仿真模型 转速、电流波形图 转速超调量的验证
■ 设计说明书内容 1 目录
2 正文（可分几章来写） 3 总结 4 参考文献
转速反馈控制直流调速系统的仿真
■ MATLAB下的SIMULINK软件进行系 统仿真是十分简单和直观的，
例如，0.002s+1是 用向量[0.002 1]来 表示的。
阶跃时刻， 可改到0 。
阶跃值，可 改到10 。
图5 阶跃输入模块对话框
填写所需要 的放大系数
图6 增益模块对话框
图7 Integrator模块对话框
积分饱和值, 可改为10。
积分饱和值,可 改为-10。
(4)模块连接
■ 以鼠标左键点击起点模块输出端，拖动鼠标至 终点模块输入端处，则在两模块间产生“→” 线。
图 SIMULINK模块浏览 器窗口
■ (1)打开模型编辑窗口：通过单击SIMULINK工具栏 中新模型的图标或选择→Model菜单项实现。
■ (2)复制相关模块：双击所需子模块库图标，则可打 开它，以鼠标左键选中所需的子模块，拖入模型编 辑窗口。
■ 在本例中拖入模型编辑窗口的为：Source组中的 Step模块；Math Operations组中的Sum模块和Gain 模块；Continuous组中的Transfer Fcn模块和 Integrator模块；Sinks组中的Scope模块；
第2章 转速反馈控制的直流调速系统(第三周)
1. 被调量有静差
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，系统的稳 态性能越好。然而，Kp =常数，稳态速差就只能减 小，却不可能消除。因为闭环系统的稳态速降为
ncl
RI d Ce (I
K)
只有 K = ，才能使 ncl = 0，而这是不可能的。
因此，这样的调速系统叫做有静差调速系统。实际
式中: K KpKs 闭环系统的开环放大系数
Ce
系统的静特性方程式
n
K
p
KsU
* n
RId
Ce (1 K ) Ce (1 K )
2.3 转速反馈控制的直流调速系统
2.3.2 比例控制的直流调速系统
闭环系统静特性和开环系统机械特性
n op
n cl
n
K
p
KsU
* n
RId
(静特性方程)
n
K
p
K
sU
✓nmax和nmin是电动机在额定负载时的最高和最低转速
✓一般取nN≈nmax
2.2 稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性
2.2.1转速控制的要求和稳态调速性能指标
稳态性能指标：
调速范围 静差率
D= nmax n min
当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加
到额定值所对应的转速降落ΔnN与理想空载转速n0之比：
比较一下开环系统的机械特性和闭环系统的静特 性，就能清楚地看出反馈闭环控制的优越性。如果 断开反馈回路，则上述系统的开环机械特性为
n Ud0 IdR Ce
K
p
KsU
* n
Ce
RId Ce
n0op
《电力拖动自动控制系统》教学大纲
《电力拖动自动控制系统》教学大纲一、课程基本信息1、课程英文名称：Automation Control System by Power Driving2、课程类别：专业方向课程3、课程学时：总学时64，实验学时84、学分：45、先修课程：《电路原理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电力电子技术》、《电机学》、《控制电机》、《自动控制原理》、《电力拖动基础》等专业基础课程6、适用专业：电气工程及其自动化二、课程的目的与任务课程的教学目的：本课程是电气工程及其自动化专业的专业特色课程。
通过本课程的学习，了解和掌握电力拖动自动控制系统的设计、校正和综合方法，为今后的工作打下专业基础。
课程教学的任务：了解直流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，调速系统的静态动态性能指标。
掌握直流转速单闭自动控制系统和转速、电流双闭环自动控制系统的静、动态设计方法，深刻领会和掌握控制系统的工程设计方法，能够熟练应用典型Ⅰ型、典型Ⅱ系统的设计和校正方法，了解可逆直流调速系统和位置随动系统的特点和设计方法。
了解交流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，特别是重点了解和掌握笼型异步电动机变压变频调速系统的原理、特点和设计方法，了解矢量控制技术在异步电动机变压变频调速系统的应用，了解同步电动机变压变频调速系统的特点和设计方法。
三、课程的基本要求本课程是所有专业基础课程的综合应用，特别是对《电力电子技术》、《电机学》、《控制电机》、《自动控制原理》、《电力拖动基础》以及《模拟电子技术》、《数字电子技术》的基础知识应用较多，学生必须在这些专业基础课程学习过后，才能开设本课程。
教师在授课中必须引导学生对专业基础课程的综合应用，按照系统的控制规律为主线，由简入繁、由低及高的循序深入，思路必须清楚，引导学生学习和掌握系统设计与分析的方法，培养学生对工程问题的处理方法，同时要认真进行和完成课程实验，并且通过课程设计，要求学生能够对简单的电力拖动自动控制系统进行性能分析和设计。
2.2 双闭环直流调速系统
T法测速
T法测速是测出旋转编码器两个输出脉冲之间的
间隔时间来计算出转速。它又被称为测周法测速。
T法测速同样也是用计数器加以实现，与M法测
速不同的是，它计的是计算机发出的高频时钟脉
冲，以旋转编码器输出的脉冲的边沿作为计数器 的起始点和终止点。
T法测速原理
高频时钟脉冲
M2 Tt M 2 f 0
运动控制系统 第 2章
闭环控制的直流调速 系统
内 容 提 要
转速单闭环直流调速系统 转速、电流双闭环直流调速系统 调节器的设计方法
2.3 转速、电流双闭环直流 调速系统的数字实现
系统组成方式 数字控制直流调速系统的组成方式大致 可分为三种： 1. 数模混合控制系统 2. 数字电路控制系统 3. 计算机控制系统
工程设计方法的基本思路
设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各方面
相互有矛盾的静、动态性能要求。
作为工程设计方法，首先要使问题简化，突出主要矛 盾。简化的基本思路是，把调节器的设计过程分作两步： 1. 先选择调节器结构，以确保系统稳定，同时满足所需要的 稳态精度。 2.再选择调节器的参数，以满足动态性能指标。 稳、准、快、抗干扰之间相互交叉的矛盾也分两步解
增量式PI调节器
Tsam
u (n) u (n) u (n 1) K p (e(n) e(n 1))
T 在计算机的程序中，用 K I 代替
e(n)
(2-56)
sam
u (n) u (n) u (n 1) K P (e(n) e(n 1)) K I e(n) u (n 1)
M法的测速误差率
典型Ⅱ型系统
稳态结构框图
Id
R
Un +
ASR Ui
Ui ACR Uc UPE Ud0 + IdR
n
+
Ks
E 1/Ce
Un
双闭环直流调速系统的稳态结构框图
—转速反馈系数 —电流反馈系数
调节器输出限幅的作用
转速调节器ASR的输出限幅电压Uim决定
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
K 值成反比； 在加速度输入下稳态误差为
因此，I型系统不能用于具有加速度输入 的随动系统。
2动态跟随性能指标
参数关系KT
阻尼比 超调量
上升时间 tr 峰值时间 tp
相角稳定裕度 截止频率c
025 039
05
10
08 0707
0 % 15% 43 %
66T
47T
763° 0243/T
83T 699° 0367/T
908% 340 2585
校正成典型I型系统的几种调节器选择
K2
K 2 K2
K2
K2
控制 对象
(T1s 1)(T2s 1) Ts
1
s (Ts 1) (T1s1)(T2s1)(T3s1) (T1s1)(T2s1)(T3s1)
T1 T2
T1 T2 T3
T1 T2,T3
调节 K pi (1s 1)
器
和分成三个阶段： O
t
I 电流上升阶段
Id
Idm
II恒流升速阶段 III转速调节阶段
I dL
O
t1
t2 t3 t4
t
双闭环直流调速系统起动过程的特点
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。
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典型Ⅰ系统的参数和性能指标的关系； 非典型系统的近似。
2.3 调节器的工程设计方法
2.3.0 问题的提出
►必要性：
用经典的动态校正方法设计调节器须同时解决稳、准、 快、抗干扰等各方面相互有矛盾的静、动态性能要求，需 要设计者有扎实的理论基础和丰富的实践经验。于是便需
要一种简单实用的方法→工程设计方法。
►可能性：
大多数现代的电力拖动自动控制系统均可由低阶系统近 似。若事先深入研究低阶典型系统的特性并制成图表，那 么将实际系统校正或简化成典型系统的形式再与图表对照， 设计过程就简便多了。这样，就有了建立工程设计方法的 可能性。
设计方法的原则 ：
（1）概念清楚、易懂； （2）计算公式简明、好记； （3）不仅给出参数计算的公式，而且指明参数
恢复时间
O
tm
t
tv
图2-13 突加扰动的动态过程和抗扰性能指标
2.3.4 典型I型系统性能指标和参数的关系
典型I型系统包含两个参数：开环增益 K 和时 间常数 T 。
T 是控制对象本身固有的； 能够由调节器改变的只有开环增益 K ，即，K
是唯一的待定参数。
设计时，需要按照性能指标选择参数 K 的大小。
满足
c
1 T
或
cT 1
于是，相角稳定裕度
1 8 9 0 0 arc T c 9 t g 0 arc T c 4 tg 5
2. 典型Ⅱ型系统 结构图和传递函数
R(s)
K (s 1) C (s)
O
s 2 (Ts 1)
K(s 1)
W(s) s2(Ts1)
（2-10）
性能特性
典型的Ⅱ型系统也是以 –20dB/dec 的斜率
调整的方向； （4）能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出
简单的计算公式； （5）适用于各种可以简化成典型系统的反馈控
制系统。
2.3.1 工程设计方法的基本思路
1. 选择调节器结构,使系统典型化并满足 稳定和稳态精度。
2. 设计调节器的参数，以满足动态性能 指标的要求。
3. 调节器结构的选择
只采用少量 典型系统
O
R(s)
K
C(s)
s(Ts 1)
W(s) K s(Ts1)
（2-9）
式中 T — 系统的惯性时间常数； K — 系统的开环增益。
性能特性
典型的I型系统结构简单，其对数幅频特性的
中频段以 –20 dB/dec 的斜率穿越 0dB 线，只要
参数的选择能保证足够的中频带宽度，系统就一
定是稳定的，且有足够的稳定裕量，即选择参数
穿越零分贝线。由于分母中s 2 项对应的相频特性
是 –180°，后面还有一个惯性环节，在分子添上
一个比例微分环节（s +1），是为了把相频特性
抬到 –180°线以上，以保证系统稳定，即应选择 参数满足
1
c
1 T
或
T
且 比 T 大得越多，系统的稳定裕度越大。
2.3.3 控制系统的动态性能指标
1. 跟随性能指标：
2. 抗扰性能指标
抗扰性能指标标志着控制系统抵抗扰动的 能力。常用的抗扰性能指标有
Cmax — 动态降落
tv — 恢复时间
一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能 为主，而随动系统的动态指标则以跟随性能 为主。
• 突加扰动的动态过程和抗扰性能指标
C
N
C 1
动态降落 ±5%（或±2%） Cb
N Cmax C 2
所以
K = c
（当 c
1 时）
T
(2-12)
但相角稳定裕度 = 90°–arctgcT 越小，
这也说明快速性与稳定 性之间的矛盾。
K 值越大，截止频
率c 也越大，系统
响应越快，
1. 典型I型系统跟随性能指标与参数的关系
（1）稳态跟随性能指标：系统的稳态跟随性能指标 可用不同输入信号作用下的稳态误差来表示。
基本思路:事先将典型系统的各项性能指标
列出图表。将控制对象校正成为典型I型系 统或 II型系统，根据图表选择调节器参数。
输入 调节器
输出 控制对象
系统校正
输入
典型系统
输出
2分.3母自.中2动的控典制s型r理项系论表统已示经该证系明统，在0原型点系处
统有稳r 态重精极度点低，，或而者Ⅲ说型，和系Ⅲ统型含以有上r 的 系个统积很分难环稳节定。。根据 r=0，1，
在给定信号或参考输入信号的作用 下，系统输出量的变化情况可用跟随性 能指标来描述。常用的阶跃响应跟随性 能指标有: tr — 上升时间 — 超调量 ts — 调节时间
C (t )
C
CmaxC
超调量
C max
±5%（或±2%）
C
上升时间 调节时间
O0
tr
ts
t
图2-12 典型阶跃响应曲线和跟随性能指标
表2-1 I型系统在不同输入信号作用下的稳态误差
输入信号
阶跃输入 R(t) R0
斜坡输入
R(t) v0t
稳态误差
0
v0 / K
加速度输入
R(t) a0t 2 2
由表可见：
在阶跃输入下的 I 型系统稳态时是无静差的；
但在斜坡输入下则有恒值稳态误差，且与 K 值成反
比； 在加速度输入下稳态误差为 。
• K 与开环对数频率特性的关系
图2-13绘出了在不同 K 值时典型 I 型系统的开
环对数频率特性。
• K 与截止频率 c 的关系
当 c<1/T 时，特性以–20dB/dec斜率穿
越零分贝线，系统有较好的稳定性。由图中 的特性可知
2l0 K g 2 (0 lc g l1 g ) 2l0 g c
2，因…此…，等一为不般了同来保说数证，值稳许，定多分性控别和制称系较作统好0的型的开、环传递函数都 稳I型态、精可Ⅱ度表型，示、多为…选…用系I型统和II型系统
R(s)
C(s)
W (s)
m
K ( js 1)
W (s)
j1 n
(2-8)
s r (Ti s 1)
i 1
1பைடு நூலகம் 典型I型系统
结构图与传递函数
电力拖动自动控制系统
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
主要内容
1.双闭环调速系统的组成及其静特性
2.数学模型和动态性能分析
√3.调节器的工程设计方法
*
*
4.双闭环系统调节器的设计
*5.转速超调的抑制
*6.弱磁控制的直流调速系统
本节要点：
1. 介绍一般调节器的工程设计方法； 2. 介绍典型环节; 3. 典型Ⅰ、Ⅱ系统的参数和性能指标的关系; 4. 小惯性环节近似处理； 5. 高阶系统的降阶处理； 6. 大惯性环节的近似处理。
因此，I型系统不能用于具有加速度输入的随 动系统。