运控_总结与复习

1、Spring 2014Motion Control Systems电力拖动与运动控制系统电力拖动与运动控制系统 复习大纲复习大纲为什么为什么要学习运动控制系统要学习运动控制系统? ?运动控制系统的主要应用领域运动控制系统的主要应用领域机械加工，冶金，交通运输，石油加工，机械加工，冶金，交通运输，石油加工，航天航空、国防工业、家电生产、轻工、航天航空、国防工业、家电生产、轻工、农业等领域。农业等领域。具体应用例子：具体应用例子： 工业领域：数控机床；电梯控制等等；工业领域：数控机床；电梯控制等等； 印刷电路板生产线：表面贴焊，快速打孔，印刷电路板生产线：表面贴焊，快速打孔， 机械手放置器件；机械

2、手放置器件； 国防领域：雷达跟踪，自动武器，飞行器控制等；国防领域：雷达跟踪，自动武器，飞行器控制等； 家电领域：冰箱，空调，洗衣机，电脑光驱，家电领域：冰箱，空调，洗衣机，电脑光驱， 电风扇等；电风扇等； 机器人：机械手、足球机器人、搬运机器人等。机器人：机械手、足球机器人、搬运机器人等。据统计，我国电动机装机容量约为据统计，我国电动机装机容量约为4 4亿多千瓦，亿多千瓦，其用电量占当年全国发电量的其用电量占当年全国发电量的60% 70%60% 70%。当前，能源紧张！当前，能源紧张！合理、经济、有效的利用电能，是运动控制系统合理、经济、有效的利用电能，是运动控制系统设计者的责任。设计者的责

3、任。1 1罗飞，稀晓田，文小玲，许玉格罗飞，稀晓田，文小玲，许玉格. . 电力拖动与运动控制系统电力拖动与运动控制系统 （第（第2 2版），化学工业出版社版），化学工业出版社. .2 2陈伯时，陈伯时，电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统-运动控制系统运动控制系统（第（第3 3版），版）， 机械工业出版社，机械工业出版社，20032003单项选择题单项选择题（约（约15%，1015小题）小题）范围广，注意细节区分范围广，注意细节区分多项选择题多项选择题（约（约20%，510小题，少选扣分，错选小题，少选扣分，错选0分）分）范范 围广，内容深，注意细节区分围广，内容深，注意细节区分填空题填空

4、题（约（约15%，510小题）小题）范围广，基本概念范围广，基本概念作图与简述题作图与简述题（约（约40%，46小题），小题），课程重点内容课程重点内容分析计算题分析计算题（10%，12题），题），课程重点内容课程重点内容判断题？判断题？（待定）范围广，基本概念，注意细节区分（待定）范围广，基本概念，注意细节区分说明：以上考试题型及分数分配仅供参考，考试试卷可能会做些稍微调整。说明：以上考试题型及分数分配仅供参考，考试试卷可能会做些稍微调整。(交流交流)电源电源控制器控制器电力电子变化器电力电子变化器电动机电动机机械系统机械系统反馈装置反馈装置PID调节器调节器数字控制器（数字控制器（PC、P

5、LC、DSP）晶闸管晶闸管PWM控制电路控制电路(他励他励)直流电动机直流电动机 (异步异步 )交流电动交流电动机机（笼型、绕线型）（笼型、绕线型）测速发电机（测速发电机（TG）电流互感器（电流互感器（TA）电压互感器（电压互感器（TU）编码器（数控）编码器（数控）传动装置传动装置定位平台定位平台旋转平台旋转平台给定给定运动控制系统的分类运动控制系统的分类按按驱动电机驱动电机分：分： 传动系统用直流电机带动生产机械；传动系统用直流电机带动生产机械； 传动系统用交流电机带动生产机械；传动系统用交流电机带动生产机械；按按被控物理量被控物理量分：分： 调速调速系统以转速为被控量；系统以转速为被控量；

6、 位置随动位置随动系统（伺服系统）系统（伺服系统） 以角位移或直线位移为被控量；以角位移或直线位移为被控量； 按按控制器的类型控制器的类型分：分：模拟模拟控制系统以模拟电路构成控制器；控制系统以模拟电路构成控制器； 数字数字控制系统以数字电路构成控制器；控制系统以数字电路构成控制器；按按闭环数闭环数分：单环，双环，多环系统分：单环，双环，多环系统对某一实际运动控制系统可能是这些分类的交叉：对某一实际运动控制系统可能是这些分类的交叉： 如：用单片机实现的数字式双闭环直流调速系统；如：用单片机实现的数字式双闭环直流调速系统；1.1.直流、交流电机的基础（工作原理、等效电路图、转速公直流、交流电机的

7、基础（工作原理、等效电路图、转速公式、开环机械特性）式、开环机械特性）2.2.闭环调速系统的组成（电路原理图）闭环调速系统的组成（电路原理图）3.3.闭环调速系统的工作原理闭环调速系统的工作原理4.4.闭环调速系统的静特性（稳态结构图、稳态参数计算）闭环调速系统的静特性（稳态结构图、稳态参数计算）5.5.闭环调速系统的机械特性闭环调速系统的机械特性6.6.闭环调速系统的启动（制动）过程（转速、电流响应过程）闭环调速系统的启动（制动）过程（转速、电流响应过程）7.7.闭环调速系统的动态分析（传递函数动态结构图）闭环调速系统的动态分析（传递函数动态结构图）8.8.闭环调速系统的动态设计闭环调速系统

8、的动态设计 根据电机的等效电路，给出电压平衡方程式，根据电机的等效电路，给出电压平衡方程式，导出调速方法导出调速方法，从反馈控，从反馈控制原理和静态参数的要求导出制原理和静态参数的要求导出单闭环控制系统单闭环控制系统；从静态与动态性能的矛盾；从静态与动态性能的矛盾分析了分析了P P调节器和调节器和I I调节器，发展到调节器，发展到PIPI调节器；从单闭环的调速系统无法控调节器；从单闭环的调速系统无法控制起、制动动态电流，导出了带饱和非线性的制起、制动动态电流，导出了带饱和非线性的PIPI调节器构成调节器构成双闭环的系统双闭环的系统结构结构，而双闭环的结构可以说是交直流电动机控制的基本结构；从单

9、向开，而双闭环的结构可以说是交直流电动机控制的基本结构；从单向开关的晶闸管不能实现反转和回馈制动导出了关的晶闸管不能实现反转和回馈制动导出了可逆系统结构可逆系统结构，又从可逆系统，又从可逆系统引起的环流问题引起的环流问题导出有环流和无环流控制策略。导出有环流和无环流控制策略。 问题一步一步深化，但思考问题的出发点是问题一步一步深化，但思考问题的出发点是电压平衡方程式，转矩平电压平衡方程式，转矩平衡、转速方程式衡、转速方程式，再加，再加半导体开关的特性半导体开关的特性导致的电力电子电路中的特殊问导致的电力电子电路中的特殊问题（也就是电力电子技术），同时分析时用到了电路和电机中的基本概念题（也就是

10、电力电子技术），同时分析时用到了电路和电机中的基本概念如如机械特性、转差功率机械特性、转差功率（交流）等等。（交流）等等。第一部分第一部分 直流调速系统直流调速系统1.1.第一章（转速负反馈）单闭环直流调速系统第一章（转速负反馈）单闭环直流调速系统2.2.第二章第二章 双闭环（速度环双闭环（速度环+ +电流环）直流调速系统电流环）直流调速系统 3.3.第三章第三章 直流可逆（晶闸管反并联）调速系统直流可逆（晶闸管反并联）调速系统4.4.第四章第四章 直流脉宽调速系统（直流脉宽调速系统（PWMPWM）第二部分第二部分 交流调速系统交流调速系统1.1.第六章第六章 交流调速系统（调压调速、串级调速

11、）交流调速系统（调压调速、串级调速） 2.2.第七章第七章 交流异步电动机变频调速系统；交流异步电动机变频调速系统；第一章（转速负反馈）单闭环直流调速系统第一章（转速负反馈）单闭环直流调速系统1.1 1.1 直直流调速系统的构成流调速系统的构成 1.2 1.2 单闭环调速系统的稳态分析与设计单闭环调速系统的稳态分析与设计 1.3 1.3 单闭环调速系统的动态分析与设计单闭环调速系统的动态分析与设计 1.4 1.4 无静差调速系统无静差调速系统1.5 1.5 电压反馈电流补偿控制的调速系统电压反馈电流补偿控制的调速系统 第一章第一章 复习要点（复习要点（1）1.1 1.1 理解直流电动机的工作原

12、理；理解与掌握理解直流电动机的工作原理；理解与掌握等效电路、电磁转矩方程、运动平衡方程、等效电路、电磁转矩方程、运动平衡方程、转速方程，调速方法转速方程，调速方法等等。直流电机的工作原理和主要结构直流电机的工作原理和主要结构15直流电动机的等效电路图直流电动机的等效电路图dTdTeICIKTM+ +_ _dUdIRL+ +_ _E En nLTeT瞬时电压平衡方程式：瞬时电压平衡方程式：电磁转矩方程式：电磁转矩方程式：nCnKEeeEtiLRiuddddd：工作机械系统折算到电动机轴上的总转动惯量工作机械系统折算到电动机轴上的总转动惯量：电动机的角速度：电动机的角速度：电动机提供的电磁转矩（动

13、力转矩）：电动机提供的电磁转矩（动力转矩）：负载对运动力的反抗作用表现为负载转矩（阻力转：负载对运动力的反抗作用表现为负载转矩（阻力转 矩）（矩）（补充负载转矩的相关知识补充负载转矩的相关知识）运动平衡方程：运动平衡方程：电动机工作机械eTnLTeTLTeLdTTJdt J系统加速系统加速系统减速系统减速系统恒速或静止系统恒速或静止000,eLeLeLdTTdtdTTdtdTTdt 18机械特性：机械特性：直流直流电动机的机械特性电动机的机械特性: :在电动机的电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为在电动机的电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值恒值的条件的条件下，即电动机处于下，即电动机处于稳态

14、运行稳态运行时，时，电动机的转速与电磁转矩之间电动机的转速与电磁转矩之间的关系。的关系。n0nNTLTn n斜率大，特性软斜率大，特性软斜率小，特性硬斜率小，特性硬eddeddCRIUKRIUn19直流调速方法：直流调速方法：根据直流电动机转速方程：根据直流电动机转速方程：式中式中 转速（转速（r/minr/min）；）； 电机电枢电压（电机电枢电压（V V）；）； 电枢电流（电枢电流（A A）；）； 电机电枢电阻（电机电枢电阻（ ）；）； 励磁磁通（励磁磁通（WbWb）；）； 由电机结构决定的电动势常数；由电机结构决定的电动势常数； 电机在恒定磁通下的电动势转速比电机在恒定磁通下的电动势转速

15、比RnUdIdKeCeeddeddCRIUKRIUn20有三种方法可以调节电动机的转速：有三种方法可以调节电动机的转速： （1）调节电枢供电电压）调节电枢供电电压 Ud； （2）减弱励磁磁通）减弱励磁磁通 ； （3）改变电枢回路电阻）改变电枢回路电阻 R ；（1 1）调压调速）调压调速 工作条件：工作条件： 保持励磁保持励磁 = N ； 保持电阻保持电阻 R = Ra 调节过程：调节过程： 改变电压改变电压 UN U U n ， n0 调速特性：调速特性： 转速下降，机械特性曲线平行转速下降，机械特性曲线平行 下移。下移。nn0OIILUNU 1U 2U 3nNn1n2n3调压调速特性曲线调压

16、调速特性曲线（2 2）调阻调速）调阻调速工作条件：工作条件： 保持励磁保持励磁 = N ； 保持电压保持电压 U = UN ；调节过程：调节过程： 增加电阻增加电阻 Ra R R n ，n0不变；不变；调速特性：调速特性： 转速下降，机械特性曲线变软。转速下降，机械特性曲线变软。OIILnn0R aR 1R 2R 3nNn1n2n3调阻调速特性曲线调阻调速特性曲线（3 3）调磁调速）调磁调速工作条件：工作条件： 保持电压保持电压 U =UN ； 保持电阻保持电阻 R = Ra ；调节过程：调节过程： 减小励磁减小励磁 N n ， n0 调速特性：调速特性： 转速上升，机械特性曲线变软。转速上升

17、，机械特性曲线变软。nn0OTeTL N 1 2 3nNn1n2n3调磁调速特性曲线调磁调速特性曲线三种调速方法的性能与比较：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，以对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调调节电枢供电电压的方式为最好节电枢供电电压的方式为最好。改变。改变电阻只能有级调速电阻只能有级调速；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（额定转速）以上作小范围的是配合调压方案，在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。弱磁升速。因此，因此，自动控制的直流调速系统往往以自

18、动控制的直流调速系统往往以调压调速调压调速为主。为主。251.2 1.2 理解理解调速范围与静差率调速范围与静差率是调速系统的是调速系统的两个相互关联的稳两个相互关联的稳态性能指标态性能指标。闭环控制相对于开环控制来讲，可使系统稳。闭环控制相对于开环控制来讲，可使系统稳态性能指标得到改善。正确理解调速范围的静差率中的理态性能指标得到改善。正确理解调速范围的静差率中的理想空载转速指的是稳定运转的想空载转速指的是稳定运转的最低转速最低转速对应的理想空载转对应的理想空载转速，这就将调速范围和静差率联系起来了。速，这就将调速范围和静差率联系起来了。闭环后，由于闭环后，由于反馈作用降低了静差率，提高了调

19、速范围。反馈作用降低了静差率，提高了调速范围。 第一章第一章 复习要点（复习要点（2）（2）静差率（转速变化率）静差率（转速变化率） 电动机在一条机械特性上的额定负载时的转速降与该机械特性的理电动机在一条机械特性上的额定负载时的转速降与该机械特性的理想空载转速之比想空载转速之比000nnnsnn00nssn相同时，机械特性越硬， 越小与 成反比maxminnDnn（1）调速范围）调速范围 电动机在额定负载下调速时，其最高转速与最低转速之比电动机在额定负载下调速时，其最高转速与最低转速之比(3) D、s、 之间的关系之间的关系nnnnnnNNNssD)1 (minminmaxNn（1-7）281

20、.3 1.3 理解理解单闭环系统的组成单闭环系统的组成、静态结构图静态结构图、静特性方程静特性方程。（说明静态结构图以及静特性方程不在此一一列举）（说明静态结构图以及静特性方程不在此一一列举） 自行分析开环系统到达稳态、单闭环系统刚接入、单自行分析开环系统到达稳态、单闭环系统刚接入、单闭环系统到达稳态（闭环系统到达稳态（P控制或控制或PI控制）时，系统中各变量控制）时，系统中各变量的取值和变化情况。的取值和变化情况。第一章第一章 复习要点（复习要点（3）系统的组成系统的组成 图图5 5转速负反馈单闭环调速系统转速负反馈单闭环调速系统 AGT UnUnUcMTGUt Ufn闭环系统能够减少稳态速

21、降的实质闭环系统能够减少稳态速降的实质: :根据自动控制原理，反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的根据自动控制原理，反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。调速系统的调速系统的转速降落转速降落正是正是由负载引起的转速偏差由负载引起的转速偏差，显然，显然，引入转速闭环引入转速闭环将使调速系统应该将使调速系统应该能够大大减少转速降落能够大大减少转速降落。1.41.4 理解理解闭环调速系统的基本性质闭环调速系统的基本性质（反馈控制的规律）（反馈控制的规律）（P9-P10）:1.

22、应用比例调节器的闭环系统是应用比例调节器的闭环系统是有静差的有静差的：加转速负反馈和比例调节器的：加转速负反馈和比例调节器的系统，可使稳态速降减小，但总是有静差，不可能使速降为零。系统，可使稳态速降减小，但总是有静差，不可能使速降为零。2.闭环系统系统中，被反馈环所包围的加于闭环系统系统中，被反馈环所包围的加于控制系统前向通道上的各种扰控制系统前向通道上的各种扰动动对转速的影响，都受到反馈控制的对转速的影响，都受到反馈控制的有效地加以抑制有效地加以抑制。但反馈控制无力但反馈控制无力克服给定电源和检测反馈元件的误差。克服给定电源和检测反馈元件的误差。3.闭环系统绝对服从于给定输入反馈控制系统：一

23、方面能够有效地抑制一闭环系统绝对服从于给定输入反馈控制系统：一方面能够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向通道上的扰动作用；另一方面，则紧紧地跟随切被包在负反馈环内前向通道上的扰动作用；另一方面，则紧紧地跟随着给定作用，对给定信号的任何变化都是唯命是从的。着给定作用，对给定信号的任何变化都是唯命是从的。4.按照反馈控制的原理，即要控制什么物理量，就必须检测或间接检测这按照反馈控制的原理，即要控制什么物理量，就必须检测或间接检测这个物理量并变成电信号，组成闭环控制系统。个物理量并变成电信号，组成闭环控制系统。第一章第一章 复习要点（复习要点（4）1.5 1.5 理解和掌握理解和掌握转速反馈控制闭环

24、直流调速系统的稳态参数转速反馈控制闭环直流调速系统的稳态参数计算计算（P10及及P33: 习题习题1-9）: 在作闭环调速系统的稳态参数计算时，可根据稳态在作闭环调速系统的稳态参数计算时，可根据稳态性能指标、电动机及其它控制部件的已知参数来计算反性能指标、电动机及其它控制部件的已知参数来计算反馈检测元件与放大器的参数，这首先需找出系统的输入馈检测元件与放大器的参数，这首先需找出系统的输入输出关系，画出系统的输出关系，画出系统的静态结构图静态结构图，然后，然后根据各环节输根据各环节输入输出关系的算式来推导入输出关系的算式来推导，并利用，并利用调速范围、静差率和调速范围、静差率和额定速降之间的关系

25、额定速降之间的关系运算求出。运算求出。第一章第一章 复习要点（复习要点（5） 1.6 1.6 理解理解截流反馈的概念截流反馈的概念，电流截止负反馈环节的特点，电流截止负反馈环节的特点: 在有静差单转速闭环系统中，可以用电流截止负反馈来抑制在有静差单转速闭环系统中，可以用电流截止负反馈来抑制突加给定电压的电流冲击（防止电流过大，保护电动机），突加给定电压的电流冲击（防止电流过大，保护电动机），以保证系统有较大的比例系数来满足稳态性能指标。以保证系统有较大的比例系数来满足稳态性能指标。第一章第一章 复习要点（复习要点（6）1.7 1.7 理解反馈控制闭环调速系统的理解反馈控制闭环调速系统的动态数学

26、模型的建立动态数学模型的建立、动动态结构图态结构图、传递函数传递函数、以及稳定条件以及稳定条件。 根据直流电动机的电压平衡方程式，转矩平衡方程式，根据直流电动机的电压平衡方程式，转矩平衡方程式，可以得到电机的动态模型。根据整流器的输出与输入关可以得到电机的动态模型。根据整流器的输出与输入关系，可将其视为一个惯性环节。系，可将其视为一个惯性环节。 采用比例放大器控制的有静差的调速系统，采用比例放大器控制的有静差的调速系统，比例放大系比例放大系数数K K 越大，系统精度越高越大，系统精度越高；但；但 K K 过大过大，将降低系统稳，将降低系统稳定性，使定性，使系统动态不稳定系统动态不稳定。 第一章

27、第一章 复习要点（复习要点（7）1.8 1.8 理解理解无静差调速系统的含义无静差调速系统的含义，积分控制规律的含义积分控制规律的含义、结构。结构。积分调节器与比例调节器的区别积分调节器与比例调节器的区别。 P P调节器动态响应快但静态有误差，且为保证较小的静调节器动态响应快但静态有误差，且为保证较小的静差需要较大的放大系数，这就可能使得系统出现动态不差需要较大的放大系数，这就可能使得系统出现动态不稳定。稳定。I I调节器静态无差但动态响应慢也会使系统不稳调节器静态无差但动态响应慢也会使系统不稳定。定。PIPI调节器调节器综合了综合了P P和和I I调节器的优点，可使得调节器的优点，可使得系统

28、响系统响应较快且无静差应较快且无静差。第一章第一章 复习要点（复习要点（8）1.9 1.9 理解理解电压负反馈代替转速负反馈电压负反馈代替转速负反馈的思想，其优点与不足的思想，其优点与不足（P28P28）。）。 电压负反馈代替转速负反馈电压负反馈代替转速负反馈省去了测速装置、电路简单、省去了测速装置、电路简单、易实现、可靠性高易实现、可靠性高(优点优点)，但其调速精度低些但其调速精度低些（与转速负（与转速负反馈相比）反馈相比）且不能抗电机内阻干扰且不能抗电机内阻干扰（取反馈电压尽量靠（取反馈电压尽量靠近电动机电枢两端）。在带电流正反馈的电压负反馈调近电动机电枢两端）。在带电流正反馈的电压负反馈

29、调速系统中，可以采用速系统中，可以采用电流正反馈补偿电流正反馈补偿电枢电阻引起的稳电枢电阻引起的稳态速降。态速降。全补偿可做到无静差，全补偿可做到无静差，但系统已处于稳定边但系统已处于稳定边缘，故不能指望单独采用电流正反馈补偿控制这类系统缘，故不能指望单独采用电流正反馈补偿控制这类系统实现无静差调速。实现无静差调速。第一章第一章 复习要点（复习要点（9）采用采用P调节器的调节器的速度闭环调速系统速度闭环调速系统直流电动机直流电动机带电流截至负反馈带电流截至负反馈闭环调速系统闭环调速系统采用采用PI调节器的无静差调节器的无静差闭环调速系统闭环调速系统电压负反馈电压负反馈闭环调速系统闭环调速系统带

30、电流正反馈的电压带电流正反馈的电压负反馈闭环调速系统负反馈闭环调速系统三种调速方法三种调速方法反馈控制规律反馈控制规律解决启动和堵转时解决启动和堵转时电流过大的问题电流过大的问题消除静差消除静差简化结构简化结构弥补电枢压降弥补电枢压降第一章第一章 小结小结第二章第二章 双闭环（速度环双闭环（速度环+电流环）直流调速系统电流环）直流调速系统 2.1 2.1 双闭环调速系统的构成双闭环调速系统的构成2.2 2.2 双闭环调速系统的稳态结构及其静特性双闭环调速系统的稳态结构及其静特性2.3 2.3 双闭环调速系统的动态分析与设计双闭环调速系统的动态分析与设计2.1 2.1 理解本章的基本思路。理解本

31、章的基本思路。第二章第二章 复习要点（复习要点（1）转速电流双闭环调速系统克服了单闭环调速动态电流无法控制的缺点。可以转速电流双闭环调速系统克服了单闭环调速动态电流无法控制的缺点。可以根据原理图画出稳态结构图，进而得出静特性方程式。对于根据原理图画出稳态结构图，进而得出静特性方程式。对于PIPI调节器组成的调节器组成的双闭环系统，其双闭环系统，其稳态参数计算比较简单稳态参数计算比较简单。转速反馈系数转速反馈系数和和电流反馈系数电流反馈系数可按可按照照最高电压最高电压和和最大电流最大电流及及调节器的线性工作电压调节器的线性工作电压来选择。带饱和非线性的来选择。带饱和非线性的PIPI调节器组成的双

32、闭环调速系统是本次课程的重点内容。利用饱和来实现调节器组成的双闭环调速系统是本次课程的重点内容。利用饱和来实现准最准最优时间控制。优时间控制。掌握双闭环调速系统的动态分析，重点掌握掌握双闭环调速系统的动态分析，重点掌握转速调节器转速调节器ASRASR、电流调节器电流调节器ACRACR的作用的作用，以及系统突加给定时，以及系统突加给定时电流、转速的变化过程电流、转速的变化过程（要求（要求会画出波形图）。会画出波形图）。2.2 2.2 理解单闭环调速系统理解单闭环调速系统存在的问题存在的问题、理想起动过程理想起动过程以及双闭以及双闭环调速系统环调速系统提出的思路提出的思路。第二章第二章 复习要点（

33、复习要点（2）2.2.1 2.2.1 采用采用带带PIPI调节器的转速负反馈调节器的转速负反馈单闭环直流调速系统可以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：要求的动态性能要求较高，例如：要求快速起动、制动，突加负载快速起动、制动，突加负载动态速降小动态速降小等等时，由转速负反馈构成的单闭环系统已不能满等等时，由转速负反馈构成的单闭环系统已不能满足上述要求。足上述要求。2.2.2 2.2.2 单闭环调速系统存在的问题单闭环调速系统存在的问题（1 1）不能完全按照需要来控制动态过程的

34、）不能完全按照需要来控制动态过程的电流和转矩的动态过程。电流和转矩的动态过程。（2 2）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）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，但它也制电流的，但它也只是当电枢电流超过截止电流值只是当电枢电流超过截止电流值I Idcrdcr以后以后，靠强烈靠强烈的负反馈作用来限制电流的冲击，也并不能很理想地控制电流的动态的负反馈作用来限制电流的冲击，也并不能很理想地控制电流的动态波形；起动过程电流不是最大，起动时间长。波形；起动过程电流不是最大，起动时间长。（3 3）所有的反馈都到一个调节器上，参数整定困难）所有的反馈都到一个调节

35、器上，参数整定困难。2.2.3 2.2.3 理想起动过程理想起动过程 理想起动过程波形如图理想起动过程波形如图2.22.2所示，这所示，这时，起动电流呈方形波，转速按线时，起动电流呈方形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）性增长。这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快受限制时调速系统所能获得的最快的起动过程。的起动过程。IdLntIdOIdmn理想的快速起动过程理想的快速起动过程为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使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电流保持为最大值最大值 Idm Idm 的恒流过程。的恒流过程。按照按照反馈控制规律反馈

36、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，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用变，那么，采用电流负反馈电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。应该能够得到近似的恒流过程。2.2.4 2.2.4 提出增加电流环的思路提出增加电流环的思路2.3 2.3 理解转速、电流双闭环直流调速系统的组成，主要包理解转速、电流双闭环直流调速系统的组成，主要包括：双闭环直流调速系统的括：双闭环直流调速系统的原理框图原理框图和和稳态结构图稳态结构图以以及及稳态参数的计算稳态参数的计算。 自行分析双闭环直流调速系统静特性曲线上自行分析双闭环直流调速系统静特性曲线上A、B点的含义和系统中各

37、变量的取值情况。点的含义和系统中各变量的取值情况。第二章第二章 复习要点（复习要点（3）MdUdInUTGTAiUnACRASRnU iU GTV外 环外 环内环内环ni图图2-2(a) 2-2(a) 转速、电流双闭环直流调速系统结构转速、电流双闭环直流调速系统结构 转速调节器的转速调节器的输出当作电流输出当作电流调节器的输入调节器的输入电流调节器的输电流调节器的输出去控制电力电出去控制电力电子变换器子变换器ASRASR转速调节器转速调节器 ACRACR电流调节器电流调节器 TGTG测速发电机测速发电机 TATA电流互感器电流互感器 GTGT触发装置触发装置 V V 整流装置整流装置 、 -转

38、速给定电压和转速反馈电压；转速给定电压和转速反馈电压； 、 -电流给定电压和电流反馈电压电流给定电压和电流反馈电压nUnUiUiUctU系统原理图系统原理图双闭环直流调速系统电路原理图双闭环直流调速系统电路原理图 MdUdInU0R0RnRbalRnU nUTG2RPnCGTVTAiUn0R0RiRbalRiCiU ctUASRACR稳态结构图稳态结构图图图2-4 2-4 双闭环直流调速系统的稳态结构框图双闭环直流调速系统的稳态结构框图 转速反馈系数转速反馈系数 电流反馈系数电流反馈系数 注意：用带限幅的输出特性表示注意：用带限幅的输出特性表示PIPI调节器调节器1eC nU iUctUdIn

39、 sK0dUEnU R iU *imctmPIAASRUACRUCR调节器采用调节器，而且两个调节器的输出都限幅决定的给定的输电压最大值决定触发出限幅电压的输出限晶闸管输出电压幅电压的最大值PI带有输出限幅的调节器存在两种状态：输出达到限幅值，在调节器退饱和之前输出为恒值输出未达到限幅值，调节器进行无饱和：不饱和：稳态误差调节 正常运行时，电流不会达到最大值，因此正常运行时，电流不会达到最大值，因此ACRACR始终不会饱始终不会饱和，只有和，只有ASRASR涉及是否饱和问题涉及是否饱和问题理解理解PIPI调节器存在的两种状况：调节器存在的两种状况：稳态参数的计算稳态参数的计算 根据原理图画出稳

40、态结构图，进而得出静特性方程式。对于根据原理图画出稳态结构图，进而得出静特性方程式。对于PIPI调节器组成的双闭环系统，其调节器组成的双闭环系统，其稳态参数计算比较简单稳态参数计算比较简单。转转速反馈系数速反馈系数和和电流反馈系数电流反馈系数可按照可按照最高电压最高电压和和最大电流最大电流及及调调节器的线性工作电压节器的线性工作电压来选择来选择。稳态参数计算稳态参数计算 双闭环调速系统在稳态工作中，当两个双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系 0n*nnnUUdLdi*iIIUUsdL*nesdesd0c/KRIUCKRI

41、nCKUU2.3 2.3 理解双闭环直流调速系统突加给定时的启动过程中，理解双闭环直流调速系统突加给定时的启动过程中，电流、转速的变化过程电流、转速的变化过程（要求会（要求会画出波形图并简单叙画出波形图并简单叙述启动过程的三个阶段、三个特点述启动过程的三个阶段、三个特点）。）。第二章第二章 复习要点（复习要点（3）启动过程的启动过程的3个阶段：个阶段：I.电流上升阶段电流上升阶段II. 恒流升速阶段恒流升速阶段III.转速调节阶段转速调节阶段启动过程分析启动过程分析设置双闭环的重要目的设置双闭环的重要目的是获得接近理想启动特性的是获得接近理想启动特性的启动过程，启动过程，整个启动过程按整个启动

42、过程按照照ASR处于处于不饱和、饱和、退饱和不饱和、饱和、退饱和的不同状态分为三个阶段的不同状态分为三个阶段双闭环调速系统的启动过程分析双闭环调速系统的启动过程分析启动过程的三个阶段启动过程的三个阶段n 电流上升阶段电流上升阶段IdL Id n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt恒流升速阶段恒流升速阶段转速调节阶段转速调节阶段图图2-10 2-10 双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形ASRASR一直饱和，转速环相当于一直饱和，转速环相当于开环状态，系统表现为在恒值开环状态，系统表现为在恒值电流给定电流给定 作用下的电流调作用下的

43、电流调节系统。节系统。 恒定，加速度恒定，恒定，加速度恒定，转速呈线性增长。转速呈线性增长。imUdI在此阶段开始时，转速基在此阶段开始时，转速基本达到给定值，由于转速本达到给定值，由于转速调节器的积分作用，电动调节器的积分作用，电动机将经过一段调整最终达机将经过一段调整最终达到稳定。最后阶段，由于到稳定。最后阶段，由于转速调节器在外环，转速调节器在外环，ASRASR处于主导地位。处于主导地位。突加电流以后，突加电流以后，因为因为UUU Un n* *-U-Un n 较大，较大，ASRASR由不由不饱和很快达到饱饱和很快达到饱和，而和，而ACRACR一般一般应该不饱和。应该不饱和。启动过程特点

44、：启动过程特点：（）饱和非线性控制（）饱和非线性控制ASR饱和：恒值电流调节饱和：恒值电流调节ASR不饱和：电流随动，无静差调速不饱和：电流随动，无静差调速（）准时间最优控制（）准时间最优控制（）退饱和转速超调（）退饱和转速超调启动过程特点启动过程特点2.4 2.4 理解理解转速调节器转速调节器ASR和和电流调节器电流调节器ACR在在双闭环调速双闭环调速系统中的作用系统中的作用。第二章第二章 复习要点（复习要点（4） 转速调节器的作用转速调节器的作用 实现转速调节无静差，使转速实现转速调节无静差，使转速 n n 跟随给定电压跟随给定电压 UnUn* * 变化；变化； 对负载变化起抗扰作用；对负

45、载变化起抗扰作用； 能对电流环进行饱和非线性控制，且其输出限幅值决能对电流环进行饱和非线性控制，且其输出限幅值决 定允许的最大电流。定允许的最大电流。 电流调节器的作用电流调节器的作用 对电网电压波动起及时抗扰作用；对电网电压波动起及时抗扰作用； 起动时保证获得允许的最大电流，实现最佳起动过程；起动时保证获得允许的最大电流，实现最佳起动过程； 在转速调节过程中，能使电流跟随其给定电压在转速调节过程中，能使电流跟随其给定电压UnUn* *变化；变化； 静态时依靠静态时依靠ACRACR的恒流调节作用可获得理想的下垂特性；的恒流调节作用可获得理想的下垂特性； 当电动机过载甚至堵转时，可限制最大电枢电

46、流，起到当电动机过载甚至堵转时，可限制最大电枢电流，起到快速的安全保护作用，一旦故障消失，系统能自动恢复快速的安全保护作用，一旦故障消失，系统能自动恢复正常。正常。 2.5 2.5 理解控制系统的理解控制系统的动态性能指标动态性能指标，包括：，包括：跟随性能指标跟随性能指标、 抗扰性能指标抗扰性能指标第二章第二章 复习要点（复习要点（5） 典型阶跃响应曲线和跟随性解指标典型阶跃响应曲线和跟随性解指标跟随性能指标：跟随性能指标： 上升时间上升时间tr;tr; 超调量；超调量； 调整（调节）时间调整（调节）时间tsts第二章第二章 复习要点（复习要点（5）2.5 2.5 理解控制系统的理解控制系统

47、的动态性能指标动态性能指标，包括：，包括：跟随性能指标跟随性能指标、抗扰性能指标抗扰性能指标。突加扰动的动态过程和抗扰性解指标突加扰动的动态过程和抗扰性解指标抗扰性能指标：抗扰性能指标： 动态降落动态降落; ; 恢复时间恢复时间tftf2.6 2.6 理解调节器的工程设计方法的基本思路，以及典型理解调节器的工程设计方法的基本思路，以及典型 I I 、 II II 型系统的系统结构、型系统的系统结构、参数和动态性能指标的关系参数和动态性能指标的关系；了；了解解“工程最佳参数（系统）工程最佳参数（系统）”概念及选取概念及选取；了解；了解“截止频截止频率率”、“中频宽度中频宽度”等基本概念（等基本概

48、念（中频段的状况对典型中频段的状况对典型IIII系统的动态品质起着决定性的作用系统的动态品质起着决定性的作用）。）。 系统动态性能或系统动态性能或调节器的工程设计基本思想是调节器的工程设计基本思想是非典型系统的典型化非典型系统的典型化，具体，具体来讲就是来讲就是零极点抵消方法零极点抵消方法再加上再加上工程近似法工程近似法，一般都是抵，一般都是抵消大的惯性环节。一般消大的惯性环节。一般电流环设计为典型电流环设计为典型I I型系统型系统，因为，因为电流环强调跟随性能；而电流环强调跟随性能；而转速环设计为典型转速环设计为典型IIII型系统型系统，因，因为转速环强调抗干扰性能。为转速环强调抗干扰性能。

49、第二章第二章 复习要点（复习要点（6）1.1.了解双闭环调速系统设计的基本思路（先设计和调试内环，使其稳定并了解双闭环调速系统设计的基本思路（先设计和调试内环，使其稳定并满足动态性能后，再设计和调试外环）：先从内环（电流环）开始，根满足动态性能后，再设计和调试外环）：先从内环（电流环）开始，根据电流控制要求，确定把电流环校正为哪种典型系统（典据电流控制要求，确定把电流环校正为哪种典型系统（典I I型），按照型），按照调节对象选择调节器及其参数。设计完电流环后，就把电流环等效成一调节对象选择调节器及其参数。设计完电流环后，就把电流环等效成一个小惯性环节，作为转速环的一个组成部分，然后用同样的方法

50、进行转个小惯性环节，作为转速环的一个组成部分，然后用同样的方法进行转速环的设计。每个环的设计都是校正成典型系统（典型速环的设计。每个环的设计都是校正成典型系统（典型 I I 、II II 型），型），以便获得预期的性能指标。以便获得预期的性能指标。2.2.了解双闭环调速系统设计中增加了电流，转速反馈了解双闭环调速系统设计中增加了电流，转速反馈滤波环节滤波环节的作用，以的作用，以抑制反馈信号中的交流分量抑制反馈信号中的交流分量，同时在转速、电流给定信号通道中加入两，同时在转速、电流给定信号通道中加入两个个给定滤波器给定滤波器，其时间常数与相应反馈滤波环节的时间常数相等，其时间常数与相应反馈滤波环

51、节的时间常数相等，以平以平衡反馈滤波环节给转速、电流反馈信号带来的延滞。衡反馈滤波环节给转速、电流反馈信号带来的延滞。第二章第二章 复习要点（复习要点（7）第二章第二章 小结小结 如果对直流调速系统的如果对直流调速系统的动态性能要求较高动态性能要求较高，例如要求快速启动，例如要求快速启动和制动、突加负载动态速降小等等，则简单的速度闭环调速系和制动、突加负载动态速降小等等，则简单的速度闭环调速系统难以满足需要，可采用多环控制的直流调速系统，统难以满足需要，可采用多环控制的直流调速系统，最常用的最常用的是双环控制系统是双环控制系统。 转速电流双闭环调速系统中有两个调节器分别对转速和电流进转速电流双

52、闭环调速系统中有两个调节器分别对转速和电流进行控制，可以使系统获得令人满意的行控制，可以使系统获得令人满意的动态跟随性能动态跟随性能和和动态抗扰动态抗扰性能性能。在正常运行时，能够实现转速的无静差调节以及电流的。在正常运行时，能够实现转速的无静差调节以及电流的随动控制；在系统启动时，随动控制；在系统启动时，保证获得允许的最大电流保证获得允许的最大电流，使电动，使电动机机以最快速度到达转速给定值以最快速度到达转速给定值。 双闭环调速系统的启动过程具有如下特点：双闭环调速系统的启动过程具有如下特点：饱和非线性饱和非线性、准时准时间最优控制间最优控制、退饱和转速超调退饱和转速超调。第三章第三章 直流

53、可逆（晶闸管反并联）调速系统直流可逆（晶闸管反并联）调速系统3.1 3.1 直流可逆调速系统的构成直流可逆调速系统的构成3.2 3.2 晶闸管直流可逆系统的回馈制动晶闸管直流可逆系统的回馈制动3.3 3.3 有环流的可逆调速系统有环流的可逆调速系统3.4 3.4 无环流可逆调速系统无环流可逆调速系统 3.1 3.1 理解：理解：从电动机转矩公式可得出改变转矩方向的两种基本方法：改变从电动机转矩公式可得出改变转矩方向的两种基本方法：改变电枢电电枢电流流或或改变励磁磁通的方向改变励磁磁通的方向。采用接触器切换、晶闸管开关切换、。采用接触器切换、晶闸管开关切换、反并反并联线路联线路都能实现。前两者都

54、只适用于动态性能要求不高的情况。由于都能实现。前两者都只适用于动态性能要求不高的情况。由于励磁绕组电感量大，改变励磁磁通方向的方法只适用于对快速性要求励磁绕组电感量大，改变励磁磁通方向的方法只适用于对快速性要求不高、正反转不频繁的可逆系统。不高、正反转不频繁的可逆系统。即使不需要正、反转，但只要它需要快速回馈制动，就必须采用即使不需要正、反转，但只要它需要快速回馈制动，就必须采用正反正反两组晶闸管装置两组晶闸管装置供电。因为回馈制动需使反组晶闸管工作在有源供电。因为回馈制动需使反组晶闸管工作在有源逆变逆变状态状态才能实现。有源逆变需要一定的条件。而且有源逆变须防止才能实现。有源逆变需要一定的条

55、件。而且有源逆变须防止逆变逆变颠覆颠覆造成过电流的故障发生造成过电流的故障发生。第三章第三章 复习要点（复习要点（1） 3.23.2 环流环流是采用正、反两组晶闸管供电后带来的新问题，是采用正、反两组晶闸管供电后带来的新问题，了解了解环流的概念环流的概念、环流出现的、环流出现的缺点缺点与与优点优点；了解环流的种；了解环流的种类（动态环流、静态环流）；理解环流产生的原因；理解类（动态环流、静态环流）；理解环流产生的原因；理解和掌握和掌握直流平均环流（直流平均环流（）、瞬时脉动环流（自然环）、瞬时脉动环流（自然环流）抑制的方法流）抑制的方法。可分为有环流系统和无环流系统。有环可分为有环流系统和无环

56、流系统。有环流系统中必须加流系统中必须加环流电抗器（均衡电抗器）环流电抗器（均衡电抗器）（反并联（反并联4 4个，个，交叉连接交叉连接2 2个），而无环流可省出环流电抗器，在控制策略个），而无环流可省出环流电抗器，在控制策略上必须加上上必须加上无环流逻辑无环流逻辑来控制选触开关。来控制选触开关。第三章第三章 复习要点（复习要点（2） 3.33.3 理解理解=配合控制的有环流配合控制的有环流可逆调速系统原理框图可逆调速系统原理框图（要求会画），（要求会画），并并简叙其制动正向过程简叙其制动正向过程（本桥逆变、反桥制动阶段），会画出（本桥逆变、反桥制动阶段），会画出转速、转速、电流波形图电流波形图

57、（准时间最优控制）。（准时间最优控制）。按按= 配合控制，系统中配合控制，系统中没有直流平均环流没有直流平均环流仅有仅有脉动环流脉动环流的有环流可的有环流可逆调速系统逆调速系统 系统组成：系统组成：三相桥式晶闸管反并联线路，三相桥式晶闸管反并联线路，4个环流电抗器个环流电抗器Lc，1个平波电抗器个平波电抗器Ld。双闭环系统，双闭环系统，ASR和和ACR均带限幅输出均带限幅输出正、反组触发电压始终保持正、反组触发电压始终保持大小相等、方向相反大小相等、方向相反可逆运行，可逆运行，Un*有正负极性，有正负极性，反馈信号也应有极性显示反馈信号也应有极性显示。根据可逆系。根据可逆系统正反向运行的需要，

58、给定电压、转速反馈电压、电流反馈电压都应统正反向运行的需要，给定电压、转速反馈电压、电流反馈电压都应该能够反映正和负的极性。该能够反映正和负的极性。测速发电机测速发电机正转、反转正转、反转可反映电压反馈正可反映电压反馈正负号负号；采用；采用直流电流互感器或霍尔变换器直流电流互感器或霍尔变换器可反映电流反馈极性。可反映电流反馈极性。第三章第三章 复习要点（复习要点（3）tttOOOId n Uc 制动过程系统响应曲线制动过程系统响应曲线I II1II2II3-Idm IL -Ucm E 图图3-11 3-11 配合控制有配合控制有环流可逆直流调速环流可逆直流调速系统正向制动过渡系统正向制动过渡过

59、程波形过程波形电动机正常运行时，一组晶闸管装置处于整流状态，另一组晶闸管电动机正常运行时，一组晶闸管装置处于整流状态，另一组晶闸管装置处于装置处于“待逆变状态待逆变状态”电动机若需要制动，整流组晶闸管进入电动机若需要制动，整流组晶闸管进入“待整流状态待整流状态”，待逆变组晶，待逆变组晶闸管真正开始逆变，电动机回馈电能闸管真正开始逆变，电动机回馈电能 配合控制时，只有一组晶闸管装置投入使用，另一组处于等配合控制时，只有一组晶闸管装置投入使用，另一组处于等待工作状态待工作状态=说明说明l仔细分析配合控制有环流可逆调速系统的正向制动过程，可以看到，过渡仔细分析配合控制有环流可逆调速系统的正向制动过程

60、，可以看到，过渡过程包含本桥逆变、反桥制动两个阶段，而它组制动又可分解为建流，逆变过程包含本桥逆变、反桥制动两个阶段，而它组制动又可分解为建流，逆变和减流三个子阶段。但最主要的是它组逆变电动机回馈制动阶段。该系统的和减流三个子阶段。但最主要的是它组逆变电动机回馈制动阶段。该系统的突出优点是正反转时起动与制动过程完全衔接而适合快速正反转，但需要增突出优点是正反转时起动与制动过程完全衔接而适合快速正反转，但需要增设环流电抗器而增加负担，因此只适用于中、小容量系统。而采用逻辑无环设环流电抗器而增加负担，因此只适用于中、小容量系统。而采用逻辑无环流控制实现选触，可节省一套电流调节器与触发装置流控制实现