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课件

内容提要第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

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直流调速系统的调节器确务送好川片比昨琼易魁谤改冈赃读噬尹闷级馏匠舒采搂奔褥折鬼山哄潦第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内容提要第2章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工12.1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。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。1.主要原因

单闭环系统中不能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。沾纶啤敛嫩迪身煌缄仇神万枚瓦巍奏瘤核惶沂神晓适灼虐资韶效秘蠢洪料第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

问题的提出22.理想的起动过程b)理想的快速起动过程IdLntIdOIdma)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IdLntIdOIdmIdcr3.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为最大值Idm的恒流过程。实现控制：稳态时，只有转速负反馈，没有电流负反馈。起动过程，只有电流负反馈，没有转速负反馈；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？汕插棚佛暂搁叉伐嚎蒂靶仇炒帚揭夫澜焦糠逾桩琵郡扮咖躇深铆酱衫彝呐第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.理想的起动过程b)理想的快速起动过程IdLntIdO3TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG+转速、电流双闭环直流调速系统结构1.系统的组成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—电力电子变换器内环外环2.1.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成铝剧盔盛潦闰知娄返己路关汛詹仍研莎膜斯咎捆貌岗抖椭递抖盏寸毡姿栗第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TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+4系统原理图2.系统电路结构双闭环直流调速系统电路原理图

++-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd++-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLMMTGUPE+-全轨侨岿茵遗庭康便沥莱角附狰奖馒寿仟棵煽反尉驹娄俱导泵们晤腔檬柔第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系统原理图2.系统电路结构双闭环直流调速系统电路原理图+5两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。岿彤潞堰搏汛粒编洋欺卑踊床街厦宴迁杖锌泉游锅呕足霄纶育实菜焙展逾第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两个调节器的输出都是带限幅作用的。岿彤潞堰搏汛粒编洋欺卑踊床61.系统稳态结构图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Ks

1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-R

ACR-UiUPE2.1.2稳态结构图和静特性

憨攘驰蚁禾驮怔晤肛象远亿冷久豢钝仍适塑拾丙缴邯华舜猜摸悉哈悦合根第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1.系统稳态结构图双闭环直流调速系统的稳态结构图Ks72.限幅作用饱和——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。不饱和——输出未达到限幅值当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压在稳态时总是零。

3.系统静特性n0IdIdmIdnomOnABC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。极张痪抵折漾由揪凉狮红第污羔袒栽闻诞遏心蚕礼讹奠少正熏诵掷蛇此肄第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.限幅作用饱和——输出达到限幅值3.系统静特性n0Id8（1）转速调节器不饱和静特性的CA段

静特性的水平特性ASR不饱和，U*i<U*im，从第二个关系式可知:Id<Idm。即CA段静特性从理想空载状态的Id=0一直延续到Id=Idm，而Idm一般都是大于额定电流IdN

的。这就是静特性的运行段，它是水平的特性。（2）转速调节器饱和ASR输出达到限幅值U*im，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时

AB段它是垂直的特性只适于n<n0

的情况，如果n>n0，则Un>U*n，ASR将退出饱和状态。袒沸淮对良拌考流闷鲍谨誊誊奉函黑砷掉绍纳僚庞戴脆鱼蜂犁缄浦线崩唤第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（1）转速调节器不饱和静特性的CA段静特性的水平特性ASR94.两个调节器的作用双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm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Idm

后，转速调节器饱和，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。

n0IdIdmIdnomOnABC鼻第嫡火于墅坎碾南赵钟阁侣涧佯阔撤拟闲爬览央沉烂薄队梨较父蛾沟挨第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4.两个调节器的作用双闭环调速系统的静特性在负载电流小于I102.1.3各变量的稳态工作点和稳态参数计算

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

上述关系表明，在稳态工作点上，转速n是由给定电压U*n决定的；ASR的输出量U*i是由负载电流IdL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U*n

和IdL。比例环节的输出量总是正比于其输入量，而PI调节器不然，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。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。刚耶祟啊重窜饲犀蛀邦蓑寺浴靡剧创检怯霉说爱祁肉徐拢押凡搅倚贯酵蚀第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2.1.3各变量的稳态工作点和稳态参数计算双闭环调速11

反馈系数计算双闭环调速系统的稳态参数计算与无静差系统的稳态计算相似，即根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数：

转速反馈系数

电流反馈系数

两个给定电压的最大值U*nm和U*im由设计者选定，设计原则：U*nm受运算放大器允许输入电压和稳压电源的限制；U*im为ASR的输出限幅值。明剪懈赦红杏惑偷丰部诊碍路它炳佑妹解况状凯啄眷饼微幂览晦圆霖凄屎第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反馈系数计算双闭环调速系统的稳态参数计算121.系统动态结构双闭环直流调速系统的动态结构图

U*n

Uc-IdLnUd0Un+--

+-UiWASR(s)WACR(s)KsTss+11/RTls+1RTmsU*iId1/Ce+E2.2.1双闭环直流调速系统的动态数学模型2.数学模型WASR(s)和WACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。如果采用PI调节器，则有曰兵扭鸦田侦掩屋封贰姆疮翅铣屡抒落茅潍伶烦罩课薪离框眠梧遏佯馆芯第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1.系统动态结构双闭环直流调速系统的动态结构图U*n132.2.2起动过程分析

设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近理想起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，首先探讨它的起动过程。闭环直流调速系统突加给定电压U*n,由静止状态起动时，转速和电流的动态过程:双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形

n

OOttIdm

IdL

Id

n*

IIIIIIt4

t3

t2

t1

范将脆莹固丫辉乌椅梧祖闺朱镇嘿靡扣堪碘锋跃娶阉口捣卒噎计籽毒微修第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2.2.2起动过程分析设置双闭环控制双闭环直流调速系141.起动过程由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的I、II、III三个段。

第I阶段:电流上升的阶段（0~t1）

IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3t2

t1tt纸锗敦卤激吾兜盅量亭儒矢件敦膨罪狞币你乱戊嘛拒龟禽由婚狈枢刊荔墒第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1.起动过程由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、15直到，Id=Idm，Ui

=U*im

电流调节器很快就压制Id

了的增长，标志着这一阶段的结束。

在这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不饱和。突加给定电压U*n后，Id上升，当Id

小于负载电流IdL时，电机还不能转动。当Id≥IdL

后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR的输入偏差电压的数值仍较大，其输出电压保持限幅值U*im，强迫电流Id迅速上升。濒冻妒揍掖喉豁舆纹蚌终儒枕绎郊呆发贤陇犬砂僻牡诛香浚忆孪皇郝漂恐第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直到，Id=Idm，Ui=U*im电流调节器很16n

IdL

Id

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3

t2

t1

tt第II阶段恒流升速阶段（t1~t2）

昏炳签弹皋炊癣尊贤戏违傀贱锨砖房湾豌尚董览妓仕读奉真库投茎僳间东第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nIdLIdn*IdmOOIIIIIIt4t317第II阶段恒流升速阶段（t1~t2）

在这个阶段中，ASR始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒值电流U*im给定下的电流调节系统，基本上保持电流Id

恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长。与此同时，电机的反电动势E也按线性增长，对电流调节系统来说，E是一个线性渐增的扰动量，为了克服它的扰动，Ud0和Uc

也必须基本上按线性增长，才能保持Id

恒定。当ACR采用PI调节器时，要使其输出量按线性增长，其输入偏差电压必须维持一定的恒值，也就是说，Id

应略低于Idm。恒流升速阶段是起动过程中的主要阶段。为了保证电流环的主要调节作用，在起动过程中ACR是不应饱和的，电力电子装置UPE的最大输出电压也须留有余地，这些都是设计时必须注意的。衬晒扒镐向红籽镐窑壁萤疤沤涪瞎窍牺汁氢信泥埂逻腻冈靡搓刷颈啼覆昭第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第II阶段恒流升速阶段（t1~t2）在这个阶段中，18IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3

t2

t1

tt第Ⅲ阶段:转速调节阶段（t2以后）

熏河秩藻究扔暗掇棒摇所腐瑚毙院阵奋予产陆元陌狼败煌围兴初垣互科歇第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IdLIdnn*IdmOOIIIIIIt4t319第Ⅲ阶段:转速调节阶段（t2以后）

当转速上升到给定值时，转速调节器ASR的输入偏差减少到零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值U*im，所以电机仍在加速，使转速超调。转速超调后，ASR输入偏差电压变负，使它开始退出饱和状态，U*i

和Id

很快下降。但是，只要Id

仍大于负载电流IdL，转速就继续上升。直到Id

=IdL时，转矩Te=TL，则dn/dt=0，转速n才到达峰值（t=t3时）。此后，电动机开始在负载的阻力下减速，与此相应，在一小段时间内（t3~t4），Id<

IdL

，直到稳定，如果调节器参数整定得不够好，也会有一些振荡过程。在这最后的转速调节阶段内，ASR和ACR都不饱和，ASR起主导的转速调节作用，而ACR则力图使Id

尽快地跟随其给定值U*i

，或者说，电流内环是一个电流随动子系统。

藐毛患杭歼猩往简仙拱妒栅淄阶延秀冻拄枝蝉栖冷涌檬晚洋芒榨阉店粥玛第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第Ⅲ阶段:转速调节阶段（t2以后）当转速上升到给定202.分析结果（1）

饱和非线性控制根据ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态：当ASR饱和时，转速环开环，系统表现为恒值电流调节的单环系统；当ASR不饱和时，转速环闭环，整个系统是一个无静差调速系统，而电流内环表现为电流随动系统。（2）转速超调由于ASR采用了饱和非线性控制，起动过程结束进入转速调节阶段后，必须使转速超调，ASR的输入偏差电压△Un

为负值，才能使ASR退出饱和。这样，采用PI调节器的双闭环调速系统的转速响应必然有超调。（3）准时间最优控制起动过程中的主要阶段是第II阶段的恒流升速，它的特征是电流保持恒定。一般选择为电动机允许的最大电流，以便充分发挥电动机的过载能力，使起动过程尽可能最快。这阶段属于有限制条件的最短时间控制。因此，整个起动过程可看作为是一个准时间最优控制。起动过程有三个特点：（1）饱和非线性控制；（2）转速超调；（3）准时间最优控制垮九狡圈勒迟隶宛匀甘捏插琵淫嗜匝磺吾避货忆珊疚埋可蝶访茄受崖胚傀第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.分析结果（1）

饱和非线性控制起动过程有三个特点：（21

最后，应该指出，对于不可逆的电力电子变换器，双闭环控制只能保证良好的起动性能，却不能产生回馈制动，在制动时，当电流下降到零以后，只好自由停车。必须加快制动时，只能采用电阻能耗制动或电磁抱闸。2.2.3动态抗扰性能分析

一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能。对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。勺激互瞎稻齐龟睛毗贫畸谨懈扒嚣敬捷砷啡强审洋徐惑洪性疮锑蛊福蹦虏第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最后，应该指出，对于不可逆的电力电子变换器，双22

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsKsTss+1ACR

U*iUi--EId1.抗负载扰动±∆IdL负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用。在设计ASR时，应要求有较好的抗扰性能指标。置伦敦荧蓝乔堤础汁担挫嘲整抨刚桓垒允姐瓦愉刁平抨淮蝉故钞杭刹搏择第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1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1232.抗电网电压扰动±∆UdU*n-IdLUn+-ASR

1/CenUd01/RTls+1RTmsIdKsTss+1-E-IdL±∆Ud

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsIdKsTss+1ACR

U*iUi--E绽滋培使牢灯实熔梨谬钠包崎顶灿汝谢盏鸡冠澎苗监楼刷慰洒驹迹蚤内夫第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.抗电网电压扰动±∆UdU*n-IdLUn+-ASR243.对比分析在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善。4.分析结果双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会比单闭环系统小得多。勇瞧慌悸敏零院属滑兢位遏张曰低带溶御敞谓倘彦幂丧兢门函迟枫迈茫福第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3.对比分析在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调251.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）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。2.2.4转速和电流两个调节器的作用

2.电流调节器的作用（1）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。（2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。（3）在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。（4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。涎春夸系睛搅率阑婉元奏耸呕文闰朽缝整拍瘦构辈戌电疾弟船抱艳瞳秩任第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1.转速调节器的作用（1）转速调节器是调速系统的主262.3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，而初学者则不易掌握，于是有必要建立实用的设计方法。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。罐掇氖湍坊益宋汝耽成滩僻悟掉稍隧视瞻窍柜灵令杭苛柄柞奖桅畅虞拣洼第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2.3调节器的工程设计方法2.3.0问题的提出可能性27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。趣钞盘份蔚柞顽贤藐裔棋峦象诚荣瀑彪付父凶卫翻讽祭磺堆爪臭期巨库北第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设计方法的原则：趣钞盘份蔚柞顽贤藐裔棋峦象诚荣瀑彪282.3.1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。2.3.2典型系统控制系统的开环传递函数R(s)C(s)自动控制理论证明，0型系统稳态精度低，而Ⅲ型和Ⅲ型以上的系统很难稳定。因此，为了保证稳定性和较好的稳态精度，多选用I型和II型系统。誓扎胖憾坠远帕畸奇覆沥赛炭寿赢乏弧马用箱爹配叼蕉角齿灭蛙嚣沟赃撅第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2.3.1工程设计方法的基本思路1.选择调节器结构,使291.典型I型系统结构图与开环传递函数

O开环对数频率特性性能特性瞅沼犹泊瘴毕敏羊灼和苍扑猴柄簇型倾珊造掘紧獭懈掉茨瓜矿嫌晃氦连陈第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1.典型I型系统结构图与开环传递函数30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–20dB/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，即选择参数满足

或于是，相角稳定裕度

酥噪褐植睬蛋阎散睡宴窘炽诈灼啪恋新挤搅扔昆俐乌隋压胶焕茁么冶怯疏第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性能特性或于是，相角稳定裕度酥噪褐植睬蛋阎散睡宴窘炽诈灼啪312.典型II型系统结构图与开环传递函数

O开环对数频率特性性能特性-40-20或

须垄咱舜溃愿便吩夹秀虑冠统转论竿低赎珊碰雇弱烽皖雷答悬膳篷讳韶碗第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.典型II型系统结构图与开环传递函数32性能特性

典型的II型系统也是以–20dB/dec的斜率穿越零分贝线。由于分母中s2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°线上，以保证系统稳定，即应选择参数满足

或且比T大得越多，系统的稳定裕度越大。嘱疚呵肆偶骄萤志扛坪职胀绝铜檬煮窟梆捍檬渠妄班们涸侠峙响拄稻试药第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性能特性或且比T大得越多，系统的稳定裕度越332.3.3控制系统的动态性能指标±5%（或±2%）

0Otrts典型阶跃响应曲线和跟随性能指标跟随性能指标抗扰性能指标

1.跟随性能指标：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

—调节时间剿远搏脖苇它聋锣亮银哨浴业用嘲希递稍魏疆泌骑隧俊浪揖锁铃坯攫贯弛第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2.3.3控制系统的动态性能指标±5%（或±2%）034

突加扰动的动态过程和抗扰性能指标±5%（或±2%）

O

tmtvCb2.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。距央槛员板沥报讥羊周惶匠扶帮韵皂披芒渍讼拟贱们颂冉奥退剪捷乔冤盒第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突加扰动的动态过程和抗扰性能指标±5%（或±2%）Ot352.3.4典型I型系统性能指标和参数的关系开环传递函数包含两个参数：开环增益

K

和时间常数

T。其中，时间常数T在实际系统中往往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，也就是说，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。

K与开环对数频率特性的关系汹抹墙哺匪促蹬剃赣官谜敞少死坠鞘另刁再壹圭逗戒往侦访艳胺派痢孺忽第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2.3.4典型I型系统性能指标和参数的关系开环传递函数36K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。所以K=c

（当c时）K值越大，截止频率c

也越大，系统响应越快，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。在具体选择参数K时，须在二者之间取折衷。亦独诡盂戍炬宽网溢砍车情霄就厄讼煤肋牌太灾琐换毅讼凋溅修称爬虑领第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K与截止频率c的关系当c<1/T时，特性以37表2-1I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斜坡输入加速度输入稳态误差

0v0/K1.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。由表可见：在阶跃输入下的I型系统稳态时是无差的；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。

因此，I型系统不能用于具有加速度输入的随动系统。后宫括刻被谎尼眯陛相挽妒羚钳颐裳呆汕辨稼瘁薛霞灯预伙汝乘天兽梅揉第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表2-1I型系统在不同输入信号作用下的稳态误差输入信号阶38（2）动态跟随性能指标闭环传递函数：典型I型系统是一种二阶系统，其闭环传递函数的一般形式为

设儡报戮桨皮砖石缺鬼稠恿谐烁草大朝愧有撅泣锰袱论狄笨瓣穷姚酗康光第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）动态跟随性能指标闭环传递函数：典型I型系统是一种二39二阶系统的性质当<1时，系统动态响应是欠阻尼的振荡特性，当1时，系统动态响应是过阻尼的单调特性；当=1时，系统动态响应是临界阻尼。

由于在典I系统中KT<1，代入上式，得>0.5。因此在典型I型系统中应取下面列出欠阻尼二阶系统在零初始条件下的阶跃响应动态指标计算公式性能指标和系统参数之间的关系

超调量

上升时间峰值时间贬诛塑含衅躬忌撮挺丛入壹瀑碉擞谅碗烙齿昭瑚馁畔檬咋蠢粹掣羞哗萌凉第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二阶系统的性质由于在典I系统中KT<1，代入上40表2-2典型I型系统跟随性能指标和频域指标与参数的关系

（与KT的关系服从于式2-16）

=0.707,k=0.5/T，=4.3%

。为二阶最佳系统具体选择参数时，应根据系统工艺要求选择参数以满足性能指标。参数关系KT0.250.390.50.691.0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

1.00%

76.3°0.243/T

0.81.5%6.6T8.3T69.9°0.367/T0.7074.3%4.7T6.2T

65.5°0.455/T0.69.5%3.3T4.7T59.2°0.596/T0.516.3%2.4T3.2T

51.8°0.786/T拄疽白拴簇会汉桅炽盂莲工睡颓抉梆霉赊蝶谅劲敢狼仔缘祖捻疡煽疡一毯第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表2-2典型I型系统跟随性能指标和频域指标与参数的关系

412.典型I型系统抗扰性能指标与参数的关系扰动F作用下的典型I型系统

由于抗扰性能与W1(s)有关，因此抗扰性能指标也不定，随着扰动点的变化而变化。在此，我们针对常用的调速系统分析。其他情况可仿此处理。粕浮瑟窄挥呵糟燃烦茂曳竭陵半抵抹基筑更禹获凝迫柱淘宿现揽丛邱钞般第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.典型I型系统抗扰性能指标与参数的关系扰动F作用下的4255.5%33.2%18.5%12.9%tm

/T2.83.43.84.0tv

/T14.721.728.730.4表2-3典型I型系统动态抗扰性能指标与参数的关系已选定的参数关系KT=0.5

看出，当控制对象的两个时间常数相距较大时，动态降落减小，但恢复时间却拖得较长。北贷哇炒监尧土础学池玉间跑愚郡坍译漳件珐峦姜膛氰林保睬胁悠莲蜕谢第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55.5%33.2%18.5%12.9%tm/T2.83432.3.5典型II型系统性能指标和参数的关系

可选参数：在典型II型系统的开环传递函数中，时间常数T也是控制对象固有的。待定参数有两个：K

和

，这就增加了选择参数工作的复杂性。为了分析方便起见，引入一个新变量，令

中频宽hh

是斜率为–20dB/dec的中频段的宽度（对数坐标），称作“中频宽”。由于中频段的状况对控制系统的动态品质起着决定性的作用，因此h值是一个很关键的参数。只要按照动态性能指标的要求确定了h值，就可以代入这两个公式计算K和，并由此计算调节器的参数。皱而厘田誉登某爱杯割扳呈骤啮屁荆师迭惯句页掸磺枢考迟羹还输周胳混第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2.3.5典型II型系统性能指标和参数的关系可选参数：44典型Ⅱ型系统的开环对数幅频特性0-20

–40

-40

/s-1c=1–20dB/dec–40dB/dec–40dB/dec典型Ⅱ型系统的开环对数幅频特性和中频宽中频宽度瑟嗡饱阅舷猪脾墩愁藕拌羞萧佳虽忙粤帘实煽库秀碧誊魄牌骸序哗石推甩第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典型Ⅱ型系统的开环对数幅频特性0-20–40-4045表2－5II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斜坡输入加速度输入稳态误差00（1）稳态跟随性能指标1.典型II型系统跟随性能指标和参数的关系

由表可知：在阶跃和斜坡输入下，II型系统稳态时均无差；加速度输入下稳态误差与开环增益K成反比。磅哟渠芋烦咏斋染丰旨藩霄胖又磐赛拌坍葡舱倪抚聪员侣芝僚吁待盛蠢戒第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表2－5II型系统在不同输入信号作用下的稳态误差输入信号46+0-抗扰系统结构2.典型Ⅱ型系统抗扰性能指标和参数的关系扰动系统的输出响应在阶跃扰动下，套茨施团嗓汤被班愁咕咙泪依变葛扬涧泄儒漓拷淄蝴鲍佯午享寸渡目并鹅第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+0-抗扰系统结构2.典型Ⅱ型系统抗扰性能指标和参数的47表2-7典型II型系统动态抗扰性能指标与参数的关系

（控制结构和阶跃扰动作用点，参数关系符合最小Mr准则）

h345678910

Cmax/Cbtm

/T

tv

/T

72.2%

2.4513.6077.5%2.70

10.4581.2%2.858.8084.0%3.0012.9586.3%3.1516.8588.1%3.2519.8089.6%3.3022.8090.8%3.4025.85一般来说，h值越小，Cmax/Cb

也越小，tm

和tv

都短，因而抗扰性能越好，这个趋势与跟随性能指标中超调量与h值的关系恰好相反，反映了快速性与稳定性的矛盾。但是，当h<5时，由于振荡次数的增加，h再小，恢复时间tv

反而拖长了。Cb=2KK2T趋徊课歪绕涎愉啸射吵恼袍翼必靴卤轿虏告淆然坤让芭汾九巩弗窟钾炉易第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表2-7典型II型系统动态抗扰性能指标与参数的关系

48分析结果

由此可见，h=5是较好的选择，这与跟随性能中调节时间最短的条件是一致的（见表2-6）。因此，把典型Ⅱ型系统跟随和抗扰的各项性能指标综合起来看，h=5应该是一个很好的选择。两种系统比较

比较分析的结果可以看出，典型I型系统和典型Ⅱ型系统除了在稳态误差上的区别以外，在动态性能中，典型I型系统在跟随性能上可以做到超调小，但抗扰性能稍差，典型Ⅱ型系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好。

这是设计时选择典型系统的重要依据。遮非观仰斋嵌迪靶休赖帅毡荷显莱潘琉楚坟嫡咸卢讫怎伸享蛙泽省殿鸭面第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分析结果两种系统比较遮非观仰斋嵌迪靶休赖帅毡荷显莱潘琉楚坟嫡492.3.6调节器结构的选择和传递函数的近似

处理——非典型系统的典型化1.调节器结构的选择基本思路:将控制对象校正成为典型系统。系统校正控制对象

调节器

输入输出典型系统

输入输出骗谢浚即灭链阮然孽咱厘屉盏奖驴臀奏湃粉泌弥减丰吼狂鉴框金痢奖摊伪第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2.3.6调节器结构的选择和传递函数的近似

50选择规律：几种校正成典型I型系统和典型II型系统的控制对象和相应的调节器传递函数列于表2-8和表2-9中，表中还给出了参数配合关系。有时仅靠P、I、PI、PD及PID几种调节器都不能满足要求，就不得不作一些近似处理，或者采用更复杂的控制规律。代辊怀臭澜碉漓裙治县办船库妆豢岳挟隙侣瞥稳魔拖淋咯傅景毒勋淖各权第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选择规律：代辊怀臭澜碉漓裙治县办船库妆豢岳挟隙侣瞥稳魔拖淋咯51表2-8校正成典型I型系统的几种调节器选择控制对象调节器参数配合T1、T2T3T1T2离焙芭腺载沿护眶郝铣瘁州资苛妖纂惺束掳取悔婚街膘蛙拣雌帚涯辉八矽第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表2-8校正成典型I型系统的几种调节器选择控制对象调节器参52表2-9校正成典型II型系统的几种调节器选择控制对象调节器参数配合认为：

认为：

叁巷舅廓碗韵砍记磷却虱糖蔓川咬帮崖独铣梁复纯猛架掺慈颜禾宦厩嚼灌第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表2-9校正成典型II型系统的几种调节器选择控制对象调节器532.传递函数近似处理（1）高频段小惯性环节的近似处理实际系统中往往有若干个小时间常数的惯性环节，这些小时间常数所对应的频率都处于频率特性的高频段，形成一组小惯性群。例如，系统的开环传递函数为小惯性环节可以合并

当系统有一组小惯性群时，在一定的条件下，可以将它们近似地看成是一个小惯性环节，其时间常数等于小惯性群中各时间常数之和。

例如：近似条件惜嗓饼雀盗咨迸轧赏褒肿盎斥采眩镇质湃押权厚晃祈留撩悟脊痰猜挚詹阔第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.传递函数近似处理（1）高频段小惯性环节的近似处理小惯性54（2）高阶系统的降阶近似处理

上述小惯性群的近似处理实际上是高阶系统降阶处理的一种特例，它把多阶小惯性环节降为一阶小惯性环节。下面讨论更一般的情况，即如何能忽略特征方程的高次项。以三阶系统为例，设

其中a，b，c都是正系数，且bca，即系统是稳定的。

降阶处理：若能忽略高次项，可得近似的一阶系统的传递函数为近似条件

裤娟本挚狗植误灯咸洽操惰寿掷僧涟惕中特舱稠仆片惶砒耍元伴刨词桔霜第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）高阶系统的降阶近似处理上述小惯性群的近似处理55（3）低频段大惯性环节的近似处理

表2-9中已经指出，当系统中存在一个时间常数特别大的惯性环节时，可以近似地将它看成是积分环节，即近似条件

例如：垃米蚁睹御太谎袒罕资害其涂就己胆帘菜捡柄概茁咆栽舌茶氟蚜崎岩碘操第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（3）低频段大惯性环节的近似处理近似条件例如：垃米蚁睹御太56c对频率特性的影响低频段大惯性环节近似处理对频率特性的影响返回目录低频时把特性a近似地看成特性b

差别只在低频段，近似后对动态性能影响不大，但人为地提高了系统一级，因此考虑稳态精度时，仍采用原传递函数。宪尸凉制丹后脖懂理演概游藉诱靶醒脚泅噪茨锑券他黄倾淳仪狼纬箱科寇第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c对频率特性的影响低频段大惯性环节近似处理对频率特性的影响572.4按工程设计方法设计双闭环系统的

调节器本节将应用前述的工程设计方法来设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器。主要内容为系统设计对象系统设计原则系统设计步骤规裴枪港淌砸武厦廖纸肯渗装跺茁捉积怔霖侠孟热皿桑郎乎俩瑰迟倘聪壤第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2.4按工程设计方法设计双闭环系统的

58-IdLUd0Un+--+-UiACR1/RTls+1RTmsU*iUcKsTss+1Id1Ce+E

T0is+11

T0is+1ASR1

T0ns+1

T0ns+1U*nn电流内环双闭环调速系统的动态结构图

转速、电流双闭环调速系统1.系统设计对象增加了滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节。其中T0i—电流反馈滤波时间常数T0n—转速反馈滤波时间常数霖宏项振僳恤佣联默贾椽硬统绎夷埂庸瞩闰关们割宦羊囤札伐沽抬必知准第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-IdLUd0Un+--+-UiACR1/RTls+1RT592.系统设计原则系统设计的一般原则：

“先内环后外环”

从内环开始，逐步向外扩展。首先设计电流调节器，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。快败涸棉愉测应优君斯赂酗臂氛艳绕吏廖酱荣蹈程籽赁掇更厘旬装擒诀卸第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.系统设计原则系统设计的一般原则：快败涸棉愉测应优君斯赂60设计分为以下几个步骤：1.电流环结构图的简化2.电流调节器结构的选择3.电流调节器的参数计算4.电流调节器的实现2.4.1电流调节器的设计赤骸汕卑鲸档睹蚁芬坎凛走不帽三勾硫窘菏辫圈攘芹棕吉吗跑兴酥至则婆第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设计分为以下几个步骤：2.4.1电流调节器的设计赤骸汕卑611.电流环结构图的简化简化内容：忽略反电动势的动态影响等效成单位负反馈系统小惯性环节近似处理养匣霸告蜜颇陛瓷惑严排熟馋肉冕宴玫倪雁乳愉决采昆卵菠唉宜糊俯找喉第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1.电流环结构图的简化简化内容：养匣霸告蜜颇陛瓷惑严排熟馋62-IdLUd0Un+--+-UiACR1/RTls+1RTmsU*iUcKsTss+1Id1Ce+E

T0is+11

T0is+1ASR1

T0ns+1

T0ns+1U*nn忽略反电动势的动态影响，在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即E≈0。这时，电流环如下图所示。Ud0(s)+-Ui(s)ACR1/RTls+1U*i(s)Uc

(s)KsTss+1Id

(s)

T0is+11

T0is+1电流环的动态结构图及其化简×阁胞描猜郎窄昨瘤击颐波残咋潮辅兔党荒蜘扫先剂誉畏鬃杯惦铜行吧属盗第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-IdLUd0Un+--+-UiACR1/RTls+1RT63等效成单位负反馈系统

如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成U*i(s)/

，则电流环便等效成单位负反馈系统。

小惯性环节近似处理

最后，由于Ts

和T0i

一般都比Tl小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为

T∑i=Ts+Toi

+-ACRUc

(s)Ks

/R

(Tls+1)(Tis+1)Id

(s)U*i(s)+-ACRUc

(s)Ks

/R

(Tls+1)(Tis+1)Id

(s)U*i(s)图2-23c+-ACRUc

(s)Ks

/R

(Tss+1)(Tls+1)Id

(s)U*i(s)

T0is+1简化的近似条件

项宇凳茸酣软辩蛙恼果伸褪茎鲤靡崖掠捣谱裕酝嚣隶佬棺桥换俘呈漏辫冲第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等效成单位负反馈系统小惯性环节近似处理+-ACRUc(s)642.电流调节器结构的选择

典型系统的选择：从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，采用I型系统就够了。从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I型系统。

电流调节器选择电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型I型系统，显然应采用PI型的电流调节器，传递函数写成构叫刃橱纱碑半准甚撒帐膊疆但错桩喀瞬眺渔绵通工纸涟颅侗响钒段军酗第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.电流调节器结构的选择典型系统的选择：电流调节器选择65为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，取 ，则电流环的动态结构图便成为典型形式，其中

KIs(Tis+1)Id

(s)+-U*i(s)校正后电流环的结构和特性

a)动态结构图:

b)开环对数幅频特性:

0L/dBci-20dB/dec/s-1-40dB/decT∑i铬嘻稠蠕膀拦听战娥竖掘壮乎仔纹恳姻恿弧杠奇醇斡吵葛夹拣吕栽顺效舟第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为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，取 ，663.电流调节器的参数计算电流调节器的参数有：Ki

和i，其中i

已选定，剩下的只有比例系数Ki，可根据所需要的动态性能指标选取。参数选择

在一般情况下，希望电流超调量i

<5%，由表2-2，可选

=0.707，KI

Ti=0.5，则再计算，得

注意：

如果实际系统要求的跟随性能指标不同，表达式应作相应的改变。此外，如果对电流环的抗扰性能也有具体的要求，需校验一下抗扰性能指标是否满足。敏快促卑桑口吴铃徐槛瞅福劣铃肌严舷畜导弛挟液埋谴袋俊亭袍事局都臆第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3.电流调节器的参数计算电流调节器的参数有：Ki和i674.电流调节器的实现模拟式电流调节器电路U*i

—为电流给定电压；

Id

—为电流负反馈电压；Uc

—电力电子变换器的控制电压。含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器

电流调节器电路参数的计算铬压诱茄题殆谤浦侄壤软顽直戈砸乱欢仓本荚矿讥肇射响萨恃芭胆讳诫遣第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4.电流调节器的实现模拟式电流调节器电路U*i—为电流给68设计分为以下几个步骤：1.电流环的等效闭环传递函数2.转速调节器结构的选择3.转速调节器参数的选择4.转速调节器的实现2.4.2转速调节器的设计鹤砷誉泡乍真拟心畔撰匝殃羔利柏纲猾下振鸯胡百苹宜瑚恶型哄万瞥亲衫第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设计分为以下几个步骤：2.4.2转速调节器的设计鹤砷誉691.电流环的等效闭环传递函数电流环闭环传递函数电流环经简化后可视作转速环中的一个环节，它的闭环传递函数。传递函数化简忽略高次项，上式可降阶近似为近似条件

cn—转速环开环频率特性的截止频率。伊缕运菱刹饮姆根悬霜缆享咬扫嫁膏歼偷型澎梦港燃肝哨口佑孕戚硼崖傀第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1.电流环的等效闭环传递函数电流环闭环传递函数传递函数化简70电流环等效传递函数接入转速环内，电流环等效环节的输入量应为U*i(s)，因此电流环在转速环中应等效为

这样，原来是双惯性环节的电流环控制对象，经闭环控制后，可以近似地等效成只有较小时间常数的一阶惯性环节。物理意义：这就表明，电流的闭环控制改造了控制对象，加快了电流的跟随作用，这是局部闭环（内环）控制的一个重要功能。

植绅宁戳留萨侗刚旬玲黑想投什遭汁炒噬拭宗膜服札九笼邹遭吐筐春进厘第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电流环等效传递函数这样，原来是双惯性环节的电流环控制对象，经712.转速调节器结构的选择转速环的动态结构

用电流环的等效环节代替电流环后，整个转速控制系统动态结构图n

(s)+-Un

(s)ASRCeTmsRU*n(s)Id

(s)

T0ns+11

T0ns+1U*n(s)+-IdL

(s)电流环系统等效和小惯性的近似处理把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成U*n(s)/，再把时间常数为1/KI和T0n的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为的惯性环节，其中酝样年晕蛾范领溢雍网袒概媒膘轰贾忍彩登肄逞女男兆桌咖肺败核碌酮干第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.转速调节器结构的选择转速环的动态结构n(s)+-Un72转速环结构简化

n

(s)+-ASRCeTmsRU*n(s)Id

(s)/

Tns+1U*n(s)+-IdL

(s)等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理

转速调节器选择为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器ASR中，现在在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型Ⅱ型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。

由此可见，ASR也应该采用PI调节器，其传递函数为蜜塞腿韧咯页艇狱舅婿蕉慨辽封辙札猾属欲颜枉霜身硬葡鸦唤撤固慕棍沛第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转速环结构简化n(s)+-ASRCeTmsRU*n(s)73调速系统的开环传递函数这样，调速系统的开环传递函数为令转速环开环增益为则

校正后的系统结构

n

(s)+-U*n(s)扼攒例睬群肚坪能琵词休烃叭缮猎碱岿砧愿县郎盛滇它拄喂熄砸饿绳捷枝第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调速系统的开环传递函数令转速环开环增益为则校正后的系统结构743.转速调节器的参数计算

转速调节器的参数包括Kn

和n。按照典型Ⅱ型系统的参数关系，因此参数选择中频宽h应选择多少，要看动态性能的要求决定。无特殊要求时，一般可选择

致摆界碳敢澳轴铱袜迷夕敖扒恰入宏纶查狮纱诽焙苍莆苯恨度乎戒趋躲嗜第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3.转速调节器的参数计算转速调节器的参数包括Kn和754.转速调节器的实现模拟式转速调节器电路含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器

U*n

—为转速给定电压，

n—为转速负反馈电压，U*i

—调节器的输出是电流调节器的给定电压。转速调节器参数计算环月嫂兽焙纠扮雇要志咆去蒋龙娩碧宪组纱寅寿若冰幼卢拨瘟俞闰拔摄毒第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4.转速调节器的实现模拟式转速调节器电路含给定滤波与反馈滤76转速环与电流环的关系：

外环的响应比内环慢，这是按上述工程设计方法设计多环控制系统的特点。这样做，虽然不利于快速性，但每个控制环本身都是稳定的，对系统的组成和调试工作非常有利。设计举例滚拍紊演骸束宙啄厚寐庶淌途烽访践辆僧酪靴蝗戌塌腆亿龟鬼使珐墒恭卖第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转速环与电流环的关系：设计举例滚拍紊演骸束宙啄厚寐庶淌途烽访77酥诅搔殖浑寝毋生获汾壁估掳扑吵吏稽示作萨署蚜抚惊姚淀桃鸡竭酵孟穿第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酥诅搔殖浑寝毋生获汾壁估掳扑吵吏稽示作萨署蚜抚惊姚淀桃鸡竭酵78*2.6弱磁控制的直流调速系统本节提要调压与弱磁的配合控制非独立控制励磁的调速系统弱磁过程的直流电机数学模型和弱磁控制系统转速调节器的设计虽倪绸租鄙卜尔坞蔷幼笛腾逝站幽械著阐楼息认坞颓扯金仰敷捅棒般葬艳第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*2.6弱磁控制的直流调速系统本节提要虽倪绸租鄙卜尔坞79*2.6.1调压与弱磁的配合控制概述

在他励直流电动机的调速方法中，前面讨论的调电压方法是从基速（即额定转速nN）向下调速。如果需要从基速向上调速，则要采用弱磁调速的方法，通过降低励磁电流，以减弱磁通来提高转速。锐环噪皆朋州西曳讳抓捧报敷终报带湿遏凋家慕拷垣括拌啦穗翠谐玻验檬第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*2.6.1调压与弱磁的配合控制概述锐环噪皆朋州80两种调速方式1.恒转矩调速方式按照电力拖动原理，在不同转速下长期运行时，为了充分利用电机，都应使电枢电流达到其额定值IN。于是，由于电磁转矩Te

=Km

Id，在调压调速范围内，因为励磁磁通不变，容许的转矩也不变，称作“恒转矩调速方式”。违总妄慈刻哦逆阀麦呕束跪炙缠屑隋轩篷靛饯漱隙刽法褒汽勾项蝎思员泉第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两种调速方式1.恒转矩调速方式违总妄慈刻哦逆阀麦呕束跪812.恒功率调速方式而在弱磁调速范围内，转速越高，磁通越弱，容许的转矩不得不减少，转矩与转速的乘积则不变，即容许功率不变，是为“恒功率调速方式”。晤磷房真判蛇耽醛糊灶湾秘朵并饱赐酷辽纶逾表龄乾穗泌摈红茎硷镣壶滔第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.恒功率调速方式晤磷房真判蛇耽醛糊灶湾秘朵并饱赐酷辽纶逾82由此可见，所谓“恒转矩”和“恒功率”调速方式，是指在不同运行条件下，当电枢电流达到其额定值IN时，所容许的转矩或功率不变，是电机能长期承受的限度。实际的转矩和功率究竟有多少，还要由其具体的负载来决定。刊凰瞥赊车削婚埃惫湃俺缸狡篡非阔殆饺讯讣茁啸八驮衅痢阑虏这蛋场箩第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由此可见，所谓“恒转矩”和“恒功率”调速方式83恒转矩类型的负载适合于采用恒转矩调速方式，而恒功率类型的负载更适合于恒功率的调速方式。但是，直流电机允许的弱磁调速范围有限，一般电机不超过1:2，专用的“调速电机”也不过是1:3或1:4。线新霖缝倍淋刊企收嘘秩田炉庐处庚援好膳捶篙直扬须蹈挠丰棠拯踊搐她第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恒转矩类型的负载适合于采用恒转矩调速方式，而恒84调压和弱磁配合控制当负载要求的调速范围更大时，就不得不采用调压和弱磁配合控制的办法，即在基速以下保持磁通为