全数字控制的桥式可逆直流脉宽调速系统设计 [附图+中英文翻译]

XXXXXXXX大学
本科生毕业设计
姓名：XXX 学号：XXXX
学院：信息与电气工程学院
专业：电气工程与自动化
设计题目：全数字控制的桥式可逆直流脉宽调速系统设计专题：
指导教师：XXXX 职称：XXXX
XXXX年6月
XXXXXXXX大学毕业设计任务书
学院信息与电气工程学院专业年级电气02—3 学生姓名曹言敬
任务下达日期：XXXX年2月20日
毕业设计日期：XXXX 年 2 月20日至XXXX 年6月20日
毕业设计题目：全数字控制的桥式可逆直流脉宽调速系统设计
毕业设计专题题目：
毕业设计主要内容和要求：
1、直流电机的参数为15KW，电枢电压440V，电枢电流39.5A，
励磁电压90V，励磁电流7A，转速为1510转/分。

2、制定主电路方案并进行选型设计计算。

3、用PROTEL设计全数字控制系统的电路原理图及PCB图。

4、编制控制软件。

5、基于MATLAB对桥式可逆直流脉宽调速系统进行仿真研究。

6、翻译与论文相关的电气自动化方面专业外文资料约5000字。

7、用OFFICE—WORD打印论文。

院长签字：指导教师签字：
XXXXXXXX大学毕业设计指导教师评阅书
指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
成绩：指导教师签字：
年月日
XXXXXXXX大学毕业设计评阅教师评阅书
评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
成绩：评阅教师签字：
年月日
XXXXXXXX大学毕业设计答辩及综合成绩
摘要
直流脉宽调速系统，是采用脉冲宽度调制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PWM调速系统。

全数字控制系统是以微处理器为核心的数字控制系统，简称微机数字控制系统。

目前流行的方案是采用由数字电路组成的大规模集成电路，加上大功率可关断器件组成直流脉宽调速系统（PWM），进而发展成用单片机控制的功能更强的全数字微机控制的直流调速系统。

本文针对国内外在这一领域的研究现状，详细分析了双极式控制的桥式可逆直流脉宽调速系统的工作过程，以及直流PWM系统的原理和优缺点。

在此基础上，引入了直流PWM系统的转速、电流双闭环控制，增强了控制性能。

本文还介绍了C8051单片机在标准单片机基础上新增加的功能，以及将微处理系统与LED显示连接所必须的一种芯片—ICM 7218A。

本文根据所给的电机参数，硬件方面制定出直流脉宽调速系统的主回路方案并进行了选型设计，结合C8051芯片和ICM 7218A芯片设计出全数字控制系统的电路原理图及PCB图。

软件方面编制了单片机控制的流程图，并在MATLAB环境下对桥式可逆直流脉宽调速系统做了仿真研究。

关键词：直流电动机；C8051单片机；数字PWM控制；IGBT
ABSTRACT
The direct current pulse width modulating speed system adopts the high frequency switch control method with the pulse width modulation(PWM), and comes into being PWM convertor---direct current speed adjustment system, whose brief name is PWM direct current speed modulation system. The totle digital control system takes microprocessor as a core, and it is shorted for singlechip digital control system. The popular project now is PWM direct current speed modulation system which adopts large scale integration electrocircuit constituted by the digital circuit and the big power apparatus that can be controlled to break. Then it develops into total digital direct speed modulation system with stronger function which is controlled by singlechip.
Based on the present conditions in this field all over the world, this dissertation detailedly analysed the working process of the reversible direct current PWM controlled by double poles bridge, and illustrated the merits and shortcomings of the direct current PWM system. Then doubled closed loop control of rotate speed and current was introduced in this dissertation , which strengthened the control function of the direct PWM system. Accessorial function of C8051 singlechip was also introduced, as well as a kind of chip—ICM 7218A which is used to connecting the tiny processing system and LED display.
According to the given parameters, work of this dissertation has been done. Aspects of hardware was done as follows. First, the project of the main loop was made. Second, types of the components were choosed. Finally, circuit diagram and PCB diagram of the total digital control system were designed by using the C8051 chip and ICM 7218A chip. Aspects of software was done as follows. First of all,the flow chart of the singlechip control was made. Second, the simulation of the reversible direct current PWM system was done basing on the MATLAB.
Keywords：direct current motor ；C8051 singlechip ；digital PWM control ；
IGBT
目录
1 绪论 (1)
1.1研究本课题的意义综述 (1)
1.2本课题所涉及的内容以及国内外发展情况综述 (1)
1.2.1直流调速控制技术发展概况 (1)
1.2.2交流调速控制技术发展概况 (2)
1.2.3计算机控制技术概况 (3)
1.3本课题的主要研究内容 (3)
2 直流调速系统 (4)
2.1直流调速方法 (4)
2.1.1直流调速方法概述 (4)
2.1.2三种调速方法的性能与比较 (4)
2.2直流斩波器或脉宽调制变换器 (6)
2.3直流脉宽调速系统 (9)
2.3.1双极式控制的桥式可逆PWM变换器 (9)
2.3.2电能回馈与泵升电压的限制 (12)
2.4转速、电流双闭环直流调速系统 (13)
2.4.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成 (14)
2.4.2稳态结构图和调节器的限幅作用 (14)
2.4.3转速和电流两个调节器的作用 (15)
3 Cygnal C8051FXXX 系列单片机 (16)
3.1 Cygnal C8051FXXX 系列单片机特点 (16)
3.1.1 Cygnal C8051 单片机的片内资源和主要特点 (16)
3.1.2 增加的功能 (17)
3.2 C8051 单片机的组成 (18)
3.2.1 C8051 单片机的结构 (18)
3.2.2中断系统 (19)
3.2.3定时器∕计数器 (21)
3.3 C8051 用于控制电动机时的输入输出端口设置 (22)
3.4电动机控制中的模∕数转换在C8051中的实现 (23)
3.5 ICM7218芯片说明 (24)
3.5.1 ICM7218芯片特点 (24)
3.5.2 ICM7218管脚及其与单片机的连接 (24)
4 全数字控制的桥式可逆直流脉宽调速系统的设计 (25)
4.1全数字控制系统的电路原理图及组成 (25)
4.1.1电路原理图及PCB图 (25)
4.1.2原理图组成及各部分的功能说明 (28)
4.2选型设计计算 (31)
4.2.1主回路 (31)
4.2.2检测回路 (38)
4.2.3键盘、显示电路 (40)
4.2.4电源部分 (40)
4.3单片机控制软件流程图及说明 (41)
4.3.1流程图及算法说明 (41)
4.3.2 M∕T法数字测速和数字PI调节器原理 (53)
4.4基于MATLAB对直流脉宽调速系统开环特性的仿真研究 (57)
4.4.1仿真框图 (57)
4.4.2仿真波形 (57)
4.4.3仿真分析 (58)
4.5基于MATLAB对直流脉宽调速系统闭环特性的仿真研究 (58)
4.5.1仿真框图 (58)
4.5.2调节器的参数整定 (61)
4.5.3仿真结果 (63)
4.5.4波形分析 (64)
4.5.5对比分析 (65)
5 总结 (65)
参考文献 (67)
附录1 (69)
翻译部分 (70)
中文译文 (70)
英文原文 (85)
致谢 (105)
1 绪论[1]
1.1研究本课题的意义综述
直流脉宽调速系统，是采用脉冲宽度调制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PWM调速系统。

随着电力电子技术和控制技术的的发展，20世纪末以交流调速为主导方向调速系统日趋完善，其性能可与直流调速系统相媲美，它的控制技术已居世界先进水平。

但由于造价较高，目前在国内应用局限性较大，在较短的时间内难以取代较为落后的直流调速。

相对而言，PWM调速系统的出现，弥补了这个空白。

PWM调速系统主电路线路简单，功率元件少，开关频率高，其控制水平从1000Hz可达到4000Hz，电机电流连续，低速性能好，谐波少，稳态精度高，脉动小，损耗和发热都较小，调速范围宽，调速系统频带宽，快速响应性好，动态抗扰能力强。

特别是近几年大功率CTR、GTO、IGBT的相继问世，促使其生产水平已达到4500V、2500A，组成的PWM变换器用来驱动上千千瓦的电动机，广泛用于交通、工矿企业等电动传动系统中。

因此对PWM调速系统的进一步研究，在调速精度要求较高的场合，对解决传统直流调速系统调速精度低、稳定性差的难题，具有广泛的意义和价值。

全控型电力电子技术和单片机技术的发展，促使模拟控制转向全数字化控制。

全数字控制系统是以微处理器为核心的数字控制系统，简称微机数字控制系统，主要特点是离散化和数字化。

它的稳定性好，可靠性高，可以提高控制性能，此外还拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟控制系统无法实现的功能。

因此目前流行的方案是采用由数字电路组成的大规模集成电路，加上大功率自关断器件组成直流脉宽调速系统（PWM）。

进而发展成用单片机控制的功能更强的全数字微机控制的直流调速系统。

1.2本课题所涉及的内容以及国内外发展情况综述
1.2.1直流调速控制技术发展概况
由于直流调速控制系统具有良好的启制动、正反转及调速等性能，目前在调速领域中仍占主要地位。

按供电方式，它可分交流机组供电、整流供电
和晶闸管供电三类。

其中，晶闸管供电的直流调速控制系统具有良好的技术经济指标。

因此，在国内外已取代了其他两种供电方式。

目前，我国的直流调速控制主要在以下几个方面进行着研究。

①提高调速的单机容量。

我国现有最大单机容量为7000KW，国外单机容
量已达14500KW。

②提高电力电子器件的生产水平，增加品种。

20世纪50年代末出现的无
自关断能力的半控型普通晶闸管是第一代电力电子器件。

70年代以后，出现了能自关断的全控型器件，如电力晶体管（GTR）、门极可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、电力场效应管（MOSFET）、静电感应晶体管（SIT）和静电感应晶闸管（SITH）等称之为第二代电力电子器件。

其中，IGBT综合了MOSFET和GTR的优点，既有MOSFET 电压控制器件驱动功率小、开关频率较高（一般为20KHz以下）的特点，又有GTR电压电流值较大的长处。

因此，在中等容量的变频器、逆变器中，得到了广泛的应用。

然而目前，在高电压（4500V以上）和大电流（2000A以上）范围，还不得不使用GTO晶闸管。

80年代以后，出现了电力集成电路（PIC），属于第三代电力电子器件，在PIC中，不仅含有主电路的器件，而且把驱动电路以及过压、过流保护、电流检测甚至温度自动控制等电路都集成在一起，形成一个整体。

当今，电力电子器件正在向大功率化、高频化、模块化、智能化发展。

电力电子技术的发展使直流传动得到了新的发展，以往普遍使用的是晶闸管相控整流—直流电机调压调速系统，现在也发展了全波不控整流——PWM斩波——直流电机调压调速系统，这也正是本课题所研究的。

③提高控制单元水平。

目前国内使用较多的仍是小规模集成运放和组件构
成的叫直流调速控制系统，触发装置甚至仍是分立元件的，相当于国外第二代产品。

目前，国外的第四代以微处理机为基础，具有控制、监视、保护、诊断及自复原等多种功能。

1.2.2交流调速控制技术发展概况
交流电动机与直流电动机相比，有结构简单、牢固、成本低廉等许多优点，缺点是调速困难。

自从微处理机出现以后，国外在绕线式转子异步电动机串级调速、无换向器电动机调速、笼式异步电动机的矢量控制以及脉宽调制（简称PWM）技术方面，都已取得了重大突破与发展，进入了工业应用阶段。

尤其是20世纪70年代后不断涌现出新型电力电子器件，变频技术获得了日新月异的发展，使得交流调速性能可以与直流调速相媲美，目前，交
流调速逐步取代直流调速已成为明显的发展趋势。

随着现代控制理论的发展，交流调速控制技术的发展方兴未艾，非线性解耦控制、人工神经网络、自适应控制、模糊控制等各种智能控制策略正在不断涌现，展现出更为广阔的前景，必将进一步推动交流调速控制技术的发展。

1.2.3计算机控制技术概况
为实现综合自动化，国外在集散型计算机控制系统方面已有定型成套装置，对复杂的电气自动化系统进行在线实时控制，技术已过关，尤其是单片机的出现给控制带来了很多方便之处。

实现非线性控制比模拟电路更加方便、可靠，参数调节容易。

目前的发展方向是大型化和智能化。

此外，由于计算机控制技术的发展，实时运行的图形功能比较强，对控制过程的参数和状态可以从图形中得到比较直观的了解，便于对系统进行在线监控与管理。

1.3本课题的主要研究内容
本课题所要解决的核心问题是电机调速。

采用按键设定电机转速以及正转、反转，用数字测速法检测电机转速，经A/D转换变为数字量后送入单片机，将转速实际值与给定值进行比较，根据偏差与变化的情况控制速度调节器ASR，ASR的输出与电流反馈比较后偏差送入电流调节器ACR，ACR的输出控制单片机产生PWM波形，经过专门的驱动电路驱动IGBT。

通过改变占空比，改变电机两端的平均电压，实现调速。

本课题的主要研究内容如下:
⑴制定直流脉宽调速系统的主回路方案并进行选型设计计算。

⑵用Protel设计全数字控制系统的电路原理图及PCB图。

⑶编制单片机控制的软件流程图。

⑷在MATLAB环境下，对桥式直流可逆直流脉宽调速系统进行仿真研究。

2 直流调速系统
2.1直流调速方法
2.1.1直流调速方法概述
直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。

直流电动机转速和其他参量之间的稳态关系可表示为：
e U IR n K -=
Φ （2—1） 式中
n — 转速（r/min ）；
U — 电枢电压（V ）；
I — 电枢电流（A ）；
R — 电枢回路总电阻（ Ω ）； Φ— 励磁磁通（Wb ）
； e K — 由电机结构决定的电动势常数。

在上式中，e K 是常数，电流I 是由负载决定的，因此调节电动机的转速可以有三种方法：
（1）调节电枢供电电压U ；
（2）减弱励磁磁通Φ；
（3）改变电枢回路电阻R 。

2.1.2三种调速方法的性能与比较
（1）调压调速
调压调速特性曲线如图2-1所示。

工作条件：保持励磁N Φ=Φ；保持电阻a R R =；
调节过程：改变电枢电压N U U ↓→↓，U n ↓→↓，0n n ↓→↓；
调速特性：转速下降，机械特性曲线平行下移。

（2）调阻调速
调阻调速特性曲线如图2-2所示。

工作条件：保持励磁N Φ=Φ；保持电压N U U =；
调节过程：增加电阻a R R ↑→↑，R n ↑→↓，0n 不变；
调速特性：转速下降，机械特性曲线变软。

（3）调磁调速
调磁调速特性曲线如图2-3所示。

工作条件：保持电压N U U =；保持电阻a R R =；
调节过程：减小励磁N Φ→Φ↓；n Φ↓→↑，0n ↑
调速特性：转速上升，机械特性曲线变软。

n L I n
图2-1 调压调速特性曲线
n L
I n
图2-2 调阻调速特性曲线
n n
e T L T O
图2-3 调磁调速特性曲线
（4） 三种调速方法的性能与比较：
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。

改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。

因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。

2.2直流斩波器或脉宽调制变换器
在干线铁道电力机车、工矿电力机车、城市有轨和无轨电车和地铁电机
车等电力牵引设备上，常采用直流串励或复励电动机，由恒压直流电网供电，过去用切换电枢回路电阻来控制电机的起动、制动和调速，在电阻中耗电很大。

为了节能，并实行无触点控制，现在多用电力电子开关器件，如快速晶闸管、GTO 、IGBT 等。

采用简单的单管控制时，称作直流斩波器，后来逐渐发展成采用各种脉冲宽度调制开关的电路，脉宽调制变换器（PWM-Pulse Width Modulation ）。

1. 直流斩波器的基本结构
直流斩波器—电动机系统的原理图如图2—4所示。

+-
+-+
-
u
U
0(a) 原理图
图2—4 直流斩波器-电动机系统的原理图和电压波形
2. 斩波器的基本控制原理
在原理图中，VT 表示电力电子开关器件，VD 表示续流二极管。

当VT 导通时，直流电源电压S U 加到电动机上；当VT 关断时，直流电源与电机脱开，电动机电枢经 VD 续流，两端电压接近于零。

如此反复，电枢端电压波形如图2—4（b ）所示 ，好像是电源电压S U 在on t 时间内被接上，又在on t T →时间内被斩断，故称“斩波”。

3. 输出电压计算
这样，电动机得到的平均电压为：on s s d t U U U T
ρ== （2—2）
式中T—晶闸管的开关周期；
t—开通时间；
on
ρ==；
ρ—占空比，on on
t T t f
其中f为开关频率。

4. 斩波电路三种控制方式
根据对输出电压平均值进行调制的方式不同而划分，有三种控制方式：T不变，变on t—脉冲宽度调制（PWM）；
t不变，变T—脉冲频率调制（PFM）；
on
t和T都可调，改变占空比—混合型。

on
5、PWM系统的优点
（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。

6、总结
直流PWM调速系统作为一种新技术，发展迅速，应用日益广泛，特别在中、小容量的系统中，已取代V-M系统成为主要的直流调速方式。

2.3直流脉宽调速系统
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。

2.3.1双极式控制的桥式可逆PWM 变换器
PWM 变换器的作用是：用PWM 调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压系列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。

PWM 变换器电路有多种形式，主要分为不可逆与可逆两大类。

可逆PWM 变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H 形）电路，如图2—5所示。

这时，电动机M 两端电压的极性随开关器件栅极驱动电压极性的变化而改变，其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种。

由于本设计采用双极式控制，这里只着重分析最常用的双极式控制的桥式可逆PWM 变换器。

1、H 形主电路结构
桥式可逆PWM 变换器的主电路结构如图2—5所示。

图2—5 桥式可逆PWM 变换器的主电路
2、双极式控制方式
（1）正向运行：
第1阶段，在0on t t ≤≤期间，1g U 、4g U 为正， VT1 、 VT4导通，
2g U 、
3g U 为负，VT2 、 VT3截止，电流d i 沿回路1流通，电动机M 两端电压
AB S U U =+；
第2阶段，在on t t T ≤≤期间，1g U 、4g U 为负， VT1 、 VT4截止， VD2 、
VD3续流， 并钳位使VT2 、 VT3保持截止，电流d i 沿回路2流通，电动机M 两端电压AB S U U =-；
（2） 反向运行：
第1阶段，在0on t t ≤≤期间，1g U 、4g U 为负，VT2 、 VT3截止， VD1 、
VD4 续流，并钳位使 VT1 、 VT4截止，电流d i -沿回路4流通，电动机M 两端电压AB S U U =+；
第2阶段，在on t t T ≤≤期间，2g U 、3g U 为正， VT2 、 VT3导通，1g U 、4g U 为负，使VT1 、 VT4保持截止，电流d i -沿回路3流通，电动机M 两端电压AB S U U =-；
3、输出波形
双极式控制可逆PWM 变换器的输出波形如图2—6所示。

+U -U 0+U -U 0
（a ）正向电动运行波形 （b ）反行电动运行波形
2—6 双极式控制可逆PWM 变换器的输出波形
4、输出平均电压
双极式控制可逆PWM 变换器的输出平均电压为
2(1)on on on s s s d t T t t U U U U T T T
-=-=- （2—3） 式中
/on t T ρ= 为 PWM 波形的占空比，改变 ρ()01ρ≤≤即可调节电机的转速，若令/s d U U γ=为PWM 电压系数，则在双极式控制的可逆变换器中，21γρ=-。

5、调速范围
调速时， ρ 的可调范围为0～1，11γ-≤≤+，。

当0.5ρ>时， γ 为正，电机正转；
当0.5ρ<时， γ 为负，电机反转；
当0.5ρ=时， 0γ= ，电机停止。

当电机停止时电枢电压并不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。

这个交变电流的平均值为零，不产生平均转矩，徒然增大电机的损耗，这是双极式控制的缺点。

但它也有好处，在电机停止时仍有高频微振电流，从而消除了正、反向时的静摩擦死区，起着所谓“动力润滑”的作用。

6、性能评价
双极式控制的桥式可逆PWM 变换器有下列优点：
（1）电流一定连续；
（2）可使电机在四象限运行；
（3）电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；
（4）低速平稳性好，系统的调速范围可达1:20000左右；
（5）低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。

双极式控制方式的不足之处是：
在工作过程中，4个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大，而且在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故，为了防止直通，在上、下桥臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。

2.3.2电能回馈与泵升电压的限制
PWM变换器的直流电源通常由交流电网经不可控的二极管整流器产生，并采用大电容C滤波，以获得恒定的直流电压，电容C同时对感性负载的无功功率起储能缓冲作用。

（1）桥式可逆直流脉宽调速系统主电路示意图
桥式可逆直流脉宽调速系统主电路示意图如图2—7所示。

图2—7 桥式可逆直流脉宽调速系统主电路示意图
（2）泵升电压产生的原因
对于PWM变换器中的滤波电容，其作用除滤波外，还有当电机制动时吸收运行系统动能的作用。

由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电机制动时只好对滤波电容充电，这将使电容两端电压升高，称作“泵升电压”。

（3）泵升电压限制
电力电子器件的耐压限制着最高泵升电压，因此电容量就不可能很小，一般几千瓦的调速系统所需的电容量达到数千微法。

在大容量或负载有较大惯量的系统中，不可能只靠电容器来限制泵升电
R来消耗掉部分动能。

分流电路靠开压，这时，可以采用下图中的镇流电阻
b
VT在泵升电压达到允许数值时接通。

关器件
b
（4）泵升电压限制电路
泵升电压限制电路如图2—8所示。

-
图2—8 泵升电压限制电路
对于更大容量的系统，为了提高效率，可以在二极管整流器输出端并接逆变器，把多余的能量逆变后回馈电网。

当然，这样一来，系统就更复杂了。

2.4转速、电流双闭环直流调速系统
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。

这是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。

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
I以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的的，但它只能在超过临界电流值
dcr
冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。

带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动过程，在起动电流达到最I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，大值
dm
加速过程延长。

而我们期望达到的理想起动过程是，在电机最大允许电流和转矩受限制的条件下，应该充分利用电机的过载能力，最好是在过渡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，使转矩马上与负载平衡，从而转入稳态运行。

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。

因此，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。

2.4.1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）联接如图2—9所示。

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。

2.4.2稳态结构图和调节器的限幅作用
1. 系统稳态结构图
TG
n ASR ACR U *n
+ - U n U i
U *i + - U c TA
V M
+ -
U d I d UPE L - M T + 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
图2-9 转速、电流双闭环直流调速系统结构。