双闭环调速

① 调节速度调节器参数：可适当降低Kn，以使最大 超调量(σ)减小，但调整时间ts将会有所增加。 ② 增设转速微分负反馈环节(Derivative Negative Feedback)。使转速的最大超调量减小。
综上所述，可知双闭环调速系统具有明显的优点： ①具有良好的静特性(接近理想的“挖土机特 性”)。 ②具有较好的动态特性，起动时间短(动态响应 快)，超调量也较小。 ③系统抗扰动能力强，电流环能较好地克服电网 电压波动的影响，而速度环能抑制被它包围的各个环 节扰动的影响，并最后消除转速偏差。 ④由两个调节器分别调节电流和转速。这样，可 以分别进行设计，分别调整(先调好电流环，再调速 度环)，调整方便。
新授：
转速、电流双闭环直流调速系统
一、转速、电流双闭环直流调速系统的组成 1、系统组成原理图
2、系统组成框图
•两个环：
电流环—内环 转速环—外环
•转速、电流调节器均采用PI调节器，且带限幅功能。
二、双闭环调速系统的工作原理
（运放器输入端 “看作”正相输入） 1、电流环的自动调节
电流环是由ACR和电流负反馈组成的闭环，它的主 要作用是稳定电流。
<3>发光二极管说明
（1）LED1:+12V电源指示；LED2:-12V电源指 示；LED3:过流指示；LED4:过热指示； （2）LED3、LED4全亮表示缺相。
<4>调节元件说明
C4R17为速度环调节元件；C3R16为电流环调 节元件。
小结：
1、双闭环直流调速系统的组成： 直流电动机——晶闸管控制执行——电流调节器—— 转速调节器——电位器给定。互感器电流测量反馈、测速 发电机转速测量反馈。 2、双闭环直流调速系统框图（PI） 3、双闭环直流调速系统的自动调节(PI调节器) 电流环：稳定电流， Id=Usi/β 转速环：稳定转速，消除转速静差 n= Usn/α 4、双闭环调速模块及控制板介绍
当电动机发生严重过载时：
双闭环调 速系统的 机械特性
2、系统的稳定性分析
电流环分析：由于直流电动机的传递函数是一个二阶 系统，所以加上电流环便是一个三阶系统，若再计及 晶闸管延迟或调节器输入处的R、C滤波环节，那便成 了四阶系统。
这时倘若电动机的机电时间常数(Tm)较大，而调试时， 若电流调节器参数整定不当，则有可能形成振荡 （这在系统调试时，是常遇到的)，这时可采取措施 有： ① 增加电流调节器的微分时间常数Ti（RiCi） ② 降低电流调节器的增益Ki（Ri/Ro） ③ 在电流调节器反馈回路(Ri、Ci)两端再并联一个 1～2ΜΩ的电阻(R2)，最主要的是积分环节被惯性环 节取代，这显然有利系统稳定性改善，但使系统的 稳态性能变差(系统由Ⅰ型变为0型，变为有静差)。
作业：
P212-213 7-7，7-17
六、双闭环调速系统的优点
1、由两个调节器分别调节电流和转速。这样，可以分 别进行设计，分别调整(先调好电流环，再调速度环)， 调整方便。 2、由于采用PI调节器，可实现无静差。具有良好的稳 态性能，它的静特性(接近理想的“挖土机特性”)。 同时具有较好的动态特性，起动时间短(动态响应快)， 超调量也较小。 3、系统抗扰动能力强，电流环能较好地克服电网电压 波动的影响，而速度环能抑制被它包围的各个环节扰 动的影响，并最后消除转速偏差。
双闭环直流调速控制板
用途及特点 1、该控制板配合调速模块可对直 流电动机进行速度调节，广泛应 用于直流电动机调速系统。 2、可根据负载特性对速度环与电 流环反馈参数进行调整，以保证 电机平稳运行。 3、给定积分环节可实现直流电动 机软起动，且积分时间可调。
双闭环直流调速控制板示意图
注：控制板配合双闭环调速模块实现对电动机的调速。
自动控制原理与系统
——转速、电流双闭环直流调速系统
复习导入
1、转速负反馈单闭环直流调速系统组成？
直流电动机——晶闸管控制执行——比例调节器比较放 大——电位器给定。测速发电机测量转速并反馈，电流截 止负反馈。
2、单闭环调速的自动调节过程？
答：转速环的自动调节，包括电动机自身电动势的 调节和转速反馈环的自动调节。
速度环分析
电流环已是一个三阶系统，如今再串联一个速度(PI) 调节器，则系统将为四阶系统，若计及输入处的R、C 滤波环节，则系统便成了五阶系统，若电流环整定得 不好，再加上速度调节器参数整定得不好，很容易产 生振荡。若系统产生振荡，可以采取的措施，与调节 电流调节器参数时相同。
3、系统的动态性能分析
转速、电流双闭环调速模块
调速模块主电路负载接线图
产品介绍 ： 双闭环直流调速模块，内含功率晶闸管、移相控制电路、 电流传感器、转速电流双闭环调速电路，可对直流电动机进行 速度调节， 产品用途：应用于直流电动机调速。
五、给定积分器的应用
对于对加速度提出了确定的限制性要求 的机械，系统的给定信号不能直接采用 阶跃信号，而是通过“给定积分器”将 正负阶跃信号换成上升或下降斜率可调 的斜坡输入信号，以使系统平稳地起动 或停车。 给定积分器实际是一个具有限幅功能的 积分环节。
附： <1>引脚说明
1脚：外接+12V电源 2脚：地 3脚：外接-12V电源 4脚：地 5脚：控制信号输入端，给定信号由此端输入。 6脚：同1脚相连。 7脚：测速发电机正信号输入。 8脚：测速发电机负信号输入。 9脚：复位端，当模块处于保护状态时，此端接 +12V对模块进行复位。
<2>电位器功能说明
U sn U fn U sn n 0 n U sn /
假设 n< Usn/α，转速环的自动调节过程如下：
物理意义：当Usn为一定的情况下，由于转速调节器 ASR的调节作用，转速n将稳定在Usn/α的数值上。调 节Usn（电位器RP1），既可调节转速n,整定电位器 RP2，既可整定转速反馈系数α，以整定系统的额定 转速。
整定Im，一般整定Im=2-2.5IN。
②能有效抑制电网电压波动的影响。电网电压 波动引起电流波动时，由电流环ACR的调节，电流 很快恢复。电网电压波动对转速的影响提前消除。
2、转速环的自动调节
转速环是由ASR和转速负反馈组成的闭环，它的主 要作用是保持转速稳定，并最后消除转速静差。
稳态时： U
三、转速、电流双闭环直流调速系统框图
ASR、Aห้องสมุดไป่ตู้R：PI
四、系统性能分析
1、系统稳态性能分析 ① 虽然在负载扰动量TL作用点前的电流调节器为PI 调节器，其中含有积分环节，但它被电流负反馈回 环所包围后，电流环的等效的闭环传递函数中，便 不再含有积分环节了，所以速度调节器还必须采用 PI调节器，以使系统对阶跃给定信号实现无静差。 ② 双闭环调速系统的机械特性 由于ASR为PI调节器，系统为无静差，稳态误 差很小，一般讲来，大多能满足生产上的要求。
稳态时： U U si U fi U si I d 0 I d U si /
假设 Id>Usi/β,电流环的自动调节过程如下：
物理意义： 当Usi为一定的情况下，由于电流调节器ACR的调节 作用，整流装置的电流将保持在Usi/β的数值上。
这种保持电流不变的特性，将使系统能： ①自动限制最大电流。ASR有输出限幅，限幅 值为Usim，最大电流值Im=Usim/β,当Id〉Im时，电流 环使电流下降。整定 β（RP3)，或ASR的限幅Usim ，可
（1）P1、P2为软起动积分时间调节，顺时针旋转增 加积分时间。P1改变积分信号大小，P2改变积分常数 大小。 （2）P3:速度反馈信号大小调节，改变测速发电机信 号大小。 （3）P4：速度环限幅调节，顺时针旋转减小限幅值。 （4）P5：电流环限幅调节，顺时针旋转减小限幅值。 （5）P6：过流保护设定，顺时针旋转减小保护电流。
问题的提出：
1、转速负反馈单闭环直流调速系统是依据偏差对系 统进行调节的，此类系统虽然采用PI调节器可以 实现无静差调速。但同时动态响应中的上升时间 和调节时间会变长。且电流截止负反馈限制了最 大电流，使得起动加速过程变慢，起动时间较长。 2、实际的生产过程中，有许多生产机械很大一部分 时间是工作在过渡过程中。它们被要求频繁地起 动，或总是处于正反转切换状态。为了提高生产 效率，我们就要求这样的调速系统要有尽可能短 的过渡过程。 3、为了解决调速系统无静差与快速响应之间的矛盾 及提高系统的过载能力，我们采用转速电流双闭 环直流调速系统。