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1、第二章第二章 速度闭环控制的速度闭环控制的直流调速系统直流调速系统电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE开环调速系统开环调速系统 开环调速系统的机械特性开环调速系统的机械特性 开环调速系统的性能和存在的问题开环调速系统的性能和存在的问题速度单闭环控制的调速系统速度单闭环控制的调速系统 速度闭环调速系统的组成及其静特性速度闭环调速系统的组成及其静特性 单闭环调速系统的限流保护单闭环调速系统的限流保护 速度闭环控制调速系统的动特性分析速度闭环控制调速系统的动特性分析 无静差调速系统无静差调速系统多环控制直流调速系统多环控制直流调速系统 转速电流双闭环调速系统的组成及静特性转速
2、电流双闭环调速系统的组成及静特性 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 双闭环调速系统的动态性能双闭环调速系统的动态性能主要内容主要内容重点内容重点内容2024/7/202电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE开环调速系统开环调速系统 开环调速系统的机械特性开环调速系统的机械特性 开环调速系统的性能和存在的问题开环调速系统的性能和存在的问题速度单闭环控制的调速系统速度单闭环控制的调速系统多环控制直流调速系统多环控制直流调速系统主要内容2024/7/203电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE开环调速系统开环调速系统1. 开环调速系
3、统的机械特性 加加载载在在直直流流电电动动机机上上的的电电压压是是晶晶闸闸管管整整流流装装置置的的输输出出瞬瞬时时电电压压 ud和和平平均均电电压压Ud，如如果果把把整整流流装装置置内内阻阻上上的的电电压压降降移移到到整整流流装装置置外外面面，当当做做负负载载电电路路电电压压降降的的一一部部分分，整整流流电电压压便便可可用用其其理理想想空空载载 值值 ud0和和Ud0来来代代替替。此此时时，瞬瞬时时电电压压平衡方程式可以写为：平衡方程式可以写为：2024/7/204电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE开环调速系统开环调速系统1. 开环调速系统的机械特性2024/7/20
4、5电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE开环调速系统开环调速系统1. 开环调速系统的机械特性 开环调速系统的机械特性在形式上与直流电动机的电动势开环调速系统的机械特性在形式上与直流电动机的电动势开环调速系统的机械特性在形式上与直流电动机的电动势开环调速系统的机械特性在形式上与直流电动机的电动势平衡方程式类似，但是两者有本质的不同平衡方程式类似，但是两者有本质的不同平衡方程式类似，但是两者有本质的不同平衡方程式类似，但是两者有本质的不同2024/7/206电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE开环调速系统开环调速系统1. 开环调速系统的机械特性 改变晶
5、闸管控制角，就可以改变改变晶闸管控制角，就可以改变Ud0 。晶闸管整流装置可以。晶闸管整流装置可以 看成是一个线性的可控电压源看成是一个线性的可控电压源 通过改变触发或驱动电路的控制电压来改变功率变换电路通过改变触发或驱动电路的控制电压来改变功率变换电路 的输出平均电压，达到调节电动机转速的目的的输出平均电压，达到调节电动机转速的目的 控制电压与输出转速之间只有顺向作用而无反向联系，输控制电压与输出转速之间只有顺向作用而无反向联系，输 出转速并不影响控制电压，属于开环调速系统出转速并不影响控制电压，属于开环调速系统 开环调速系统适用于生产机械对静差率要求不高的场合，开环调速系统适用于生产机械对
6、静差率要求不高的场合， 结构简单，能实现一定范围内的无级调速结构简单，能实现一定范围内的无级调速2024/7/207电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSEl许多需要无级调速的生产机械常常对静差率提出较严格的要求，不许多需要无级调速的生产机械常常对静差率提出较严格的要求，不能允许很大的静差率，此时，开环调速系统不能满足较高的性能指能允许很大的静差率，此时，开环调速系统不能满足较高的性能指标要求标要求开环调速系统开环调速系统2. 开环调速系统的性能和存在的问题2024/7/208电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE开环调速系统开环调速系统2. 开环调速
7、系统的性能和存在的问题2024/7/209电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE开环调速系统开环调速系统速度单闭环控制的调速系统速度单闭环控制的调速系统 速度闭环调速系统的组成及其静特性速度闭环调速系统的组成及其静特性 单闭环调速系统的限流保护单闭环调速系统的限流保护 速度闭环控制调速系统的动特性分析速度闭环控制调速系统的动特性分析 无静差调速系统无静差调速系统多环控制直流调速系统多环控制直流调速系统主要内容2024/7/2010电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE速度单闭环控制的调速系统2024/7/2011电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流
8、调速系统课件CSSSE速度单闭环控制的调速系统2.2.1 2.2.1 速度闭环调速系统的组成及其静特性速度闭环调速系统的组成及其静特性速度闭环调速系统的组成及其静特性速度闭环调速系统的组成及其静特性 2.2.1.1 单闭环调速系统的组成单闭环调速系统的组成 2.2.1.1 转速负反馈单闭环调速系统的静特性转速负反馈单闭环调速系统的静特性 2.2.1.3 开环系统机械特性与闭环系统静特性的比较开环系统机械特性与闭环系统静特性的比较 2.2.1.4 单闭环调速系统的基本特征单闭环调速系统的基本特征2.2.2 2.2.2 单闭环调速系统的限流保护单闭环调速系统的限流保护单闭环调速系统的限流保护单闭环
9、调速系统的限流保护 2.2.2.1 问题的提出问题的提出 2.2.2.2 电流截止负反馈环节电流截止负反馈环节 2.2.2.3 带电流截止负反馈的单闭环转速负反馈调速系统带电流截止负反馈的单闭环转速负反馈调速系统2.2.3 2.2.3 速度闭环控制调速系统的动特性分析速度闭环控制调速系统的动特性分析速度闭环控制调速系统的动特性分析速度闭环控制调速系统的动特性分析 2.2.3.1 动态数学模型动态数学模型 2.2.3.2 稳定性分析稳定性分析2.2.4 2.2.4 无静差调速系统无静差调速系统无静差调速系统无静差调速系统2024/7/2012电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CS
10、SSE速度单闭环调速系统的组成速度单闭环调速系统的组成Back to 反馈控制规律反馈控制规律 Back to 系统各单元静特性系统各单元静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性1. 速度单闭环调速系统的组成比较环节比较环节控制器控制器晶闸管触发装置晶闸管触发装置驱动电路驱动电路主电路主电路反馈环节反馈环节2024/7/2013电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE静特性：闭环系统中静特性：闭环系统中电动机转速电动机转速电动机转速电动机转速与与负载电流负载电流负载电流负载电流的稳态关系的稳态关系分析速度单闭环调速系统的静特性时
11、，需做出如下假设：分析速度单闭环调速系统的静特性时，需做出如下假设：1.假定各环节的输入输出关系是线性的；假定各环节的输入输出关系是线性的；2.假定系统开环机械特性是连续的；假定系统开环机械特性是连续的；3.忽略直流电源和电位器的内阻忽略直流电源和电位器的内阻（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性2. 转速负反馈单闭环调速系统的静特性2024/7/2014电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSEBack to 动态数学模型动态数学模型速度单闭环调速系统组成示意图速度单闭环调速系统组成示意图（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一
12、）速度单闭环调速系统的组成及其静特性2. 转速负反馈单闭环调速系统的静特性2024/7/2015电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE转速负反馈调速系统稳态结构图转速负反馈调速系统稳态结构图（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性2. 转速负反馈单闭环调速系统的静特性2024/7/2016电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE速度单闭环调速系统的静特性方程如下：速度单闭环调速系统的静特性方程如下：闭环系统理想空载转速闭环系统理想空载转速闭环系统静态转速降闭环系统静态转速降闭环系统的闭环系统的开环放大倍数开环放大
13、倍数（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性2. 转速负反馈单闭环调速系统的静特性2024/7/2017电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性3. 开环系统机械特性与闭环系统静特性比较 闭环系统静特性比开环系统机械特性的硬度大大提高闭环系统静特性比开环系统机械特性的硬度大大提高闭环系统静特性比开环系统机械特性的硬度大大提高闭环系统静特性比开环系统机械特性的硬度大大提高 当理想空载转速相同时，闭环系统的静差率要小得多当理想空载转速相同时，闭环系统的静差率要
14、小得多当理想空载转速相同时，闭环系统的静差率要小得多当理想空载转速相同时，闭环系统的静差率要小得多 当要求的静差率一定时，闭环系统的调速范围可以大大提高当要求的静差率一定时，闭环系统的调速范围可以大大提高当要求的静差率一定时，闭环系统的调速范围可以大大提高当要求的静差率一定时，闭环系统的调速范围可以大大提高 当给定电压相同时，闭环系统的理想空载转速大大降低当给定电压相同时，闭环系统的理想空载转速大大降低当给定电压相同时，闭环系统的理想空载转速大大降低当给定电压相同时，闭环系统的理想空载转速大大降低2024/7/2018电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE（一）速度单闭环
15、调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性闭环系统闭环系统闭环系统闭环系统必须引入放大器必须引入放大器必须引入放大器必须引入放大器3. 开环系统机械特性与闭环系统静特性比较2024/7/2019电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性 综合上述四条特点，可得出以下结论：闭环系统可以获得综合上述四条特点，可得出以下结论：闭环系统可以获得综合上述四条特点，可得出以下结论：闭环系统可以获得综合上述四条特点，可得出以下结论：闭环系统可以获得比开环系统硬得多的稳态特性，在保证一定静差
16、率的要求下，比开环系统硬得多的稳态特性，在保证一定静差率的要求下，比开环系统硬得多的稳态特性，在保证一定静差率的要求下，比开环系统硬得多的稳态特性，在保证一定静差率的要求下，大大提高了调速范围。但是闭环系统必须设置检测装置和电压大大提高了调速范围。但是闭环系统必须设置检测装置和电压大大提高了调速范围。但是闭环系统必须设置检测装置和电压大大提高了调速范围。但是闭环系统必须设置检测装置和电压放大器。放大器。放大器。放大器。 调速系统之所以产生稳态速降，根本原因在于负载电流引调速系统之所以产生稳态速降，根本原因在于负载电流引调速系统之所以产生稳态速降，根本原因在于负载电流引调速系统之所以产生稳态速降
17、，根本原因在于负载电流引起了电枢回路电阻压降。起了电枢回路电阻压降。起了电枢回路电阻压降。起了电枢回路电阻压降。 闭环系统静态速降减少，并不是由于闭环后能使电枢回路闭环系统静态速降减少，并不是由于闭环后能使电枢回路闭环系统静态速降减少，并不是由于闭环后能使电枢回路闭环系统静态速降减少，并不是由于闭环后能使电枢回路电阻减小，而是闭环系统具有自动调节作用，它能随着负载的电阻减小，而是闭环系统具有自动调节作用，它能随着负载的电阻减小，而是闭环系统具有自动调节作用，它能随着负载的电阻减小，而是闭环系统具有自动调节作用，它能随着负载的变化相应地改变整流装置输出电压。变化相应地改变整流装置输出电压。变化相
18、应地改变整流装置输出电压。变化相应地改变整流装置输出电压。3. 开环系统机械特性与闭环系统静特性比较2024/7/2020电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSEl应用比例调节器的闭环系统是有静差的控制系统应用比例调节器的闭环系统是有静差的控制系统l闭环系统绝对服从于给定输入闭环系统绝对服从于给定输入l闭环系统对于被包围在负反馈环内的一切主通道上的绕动作用都能闭环系统对于被包围在负反馈环内的一切主通道上的绕动作用都能有效地加以抑制有效地加以抑制l对给定电源和反馈检测元件中的误差无能为力对给定电源和反馈检测元件中的误差无能为力速度单闭环调速系统组成示意图速度单闭环调速系统组成
19、示意图（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性4. 单闭环调速系统的基本特征反馈控制规律2024/7/2021电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSEn 电流负反馈的引入不能影响电动机正常工作时的静特性电流负反馈的引入不能影响电动机正常工作时的静特性 电流截止负反馈：正常运行时不起作用；一旦电流超过规电流截止负反馈：正常运行时不起作用；一旦电流超过规定值，电流负反馈即投入运行定值，电流负反馈即投入运行 限流保护的具体方法即为：引入电流截止负反馈环节限流保护的具体方法即为：引入电流截止负反馈环节 限流保护是为了解决反馈闭环调速系统的限流
20、保护是为了解决反馈闭环调速系统的启动和堵转时电流启动和堵转时电流过大的问题过大的问题而采取的一种限流措施而采取的一种限流措施l过大的电流会损坏电动机和晶闸管过大的电流会损坏电动机和晶闸管l反馈控制原理：要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入反馈控制原理：要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈那个物理量的负反馈（二）单闭环调速系统的限流保护（二）单闭环调速系统的限流保护1. 问题的提出电流负反馈电流负反馈2024/7/2022电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE电流截止负反馈装置原理接线电流截止负反馈装置原理接线 （1 1）用直流电源做比较电压）用直流电
21、源做比较电压（二）单闭环调速系统的限流保护（二）单闭环调速系统的限流保护2. 电流截止负反馈环节2024/7/2023电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE电流截止负反馈装置原理接线电流截止负反馈装置原理接线（2 2）用稳压管的击穿电压做比较电压）用稳压管的击穿电压做比较电压（二）单闭环调速系统的限流保护（二）单闭环调速系统的限流保护2. 电流截止负反馈环节2024/7/2024电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE电流截止负反馈环节的输入输出特性电流截止负反馈环节的输入输出特性电流截止负反馈环节的输入输出特性是一个非线性环节（两段线性环节）：（二）
22、单闭环调速系统的限流保护（二）单闭环调速系统的限流保护2. 电流截止负反馈环节2024/7/2025电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE带电流截止负反馈环节的速度闭环调速系统稳态结构图带电流截止负反馈环节的速度闭环调速系统稳态结构图转速负反馈调速系统稳态结构图转速负反馈调速系统稳态结构图（二）单闭环调速系统的限流保护（二）单闭环调速系统的限流保护3. 带电流截止负反馈的单闭环转速负反馈调速系统2024/7/2026电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE（二）单闭环调速系统的限流保护（二）单闭环调速系统的限流保护3. 带电流截止负反馈的单闭环转速负反
23、馈调速系统2024/7/2027电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE由 可得（二）单闭环调速系统的限流保护（二）单闭环调速系统的限流保护堵转：电动机正常运行时，将转子堵住，强制其堵转：电动机正常运行时，将转子堵住，强制其堵转：电动机正常运行时，将转子堵住，强制其堵转：电动机正常运行时，将转子堵住，强制其停止转动，此时电枢电流将迅速上升停止转动，此时电枢电流将迅速上升停止转动，此时电枢电流将迅速上升停止转动，此时电枢电流将迅速上升3. 带电流截止负反馈的单闭环转速负反馈调速系统2024/7/2028电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE 带电流截止负
24、反馈带电流截止负反馈速度闭环调速系统的静特性速度闭环调速系统的静特性下垂特性下垂特性挖土机特性挖土机特性（二）单闭环调速系统的限流保护（二）单闭环调速系统的限流保护3. 带电流截止负反馈的单闭环转速负反馈调速系统2024/7/2029电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE建立线性系统数学模型的基本步骤：建立线性系统数学模型的基本步骤：l写出描述各环节动态过程的微分方程式；写出描述各环节动态过程的微分方程式；l求出各环节的传递函数；求出各环节的传递函数；l组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数速度单闭环调速系统组成速度单闭环调速系统
25、组成（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析1. 动态数学模型2024/7/2030电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE放大器放大器晶闸管触发电路及整流装置晶闸管触发电路及整流装置转速反馈环节转速反馈环节晶闸管装置的失控时间晶闸管装置的失控时间（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析1. 动态数学模型2024/7/2031电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE直流电动机直流电动机电枢回路总电感电枢回路总电感电枢回路电磁时间常数电枢回路电磁时间常数（三）速度闭环控制调速系统的动特
26、性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析1. 动态数学模型2024/7/2032电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE直流电动机直流电动机负载电流负载电流机电时间常数机电时间常数（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析1. 动态数学模型2024/7/2033电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE直流电动机直流电动机（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析1. 动态数学模型2024/7/2034电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE速度闭环调速系统的数学模
27、型和传递函数速度闭环调速系统的数学模型和传递函数（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析速度闭环调速系统的动态结构图速度闭环调速系统的动态结构图Back to 双环调速系统动特性分析双环调速系统动特性分析Back to 无静差调速系统无静差调速系统1. 动态数学模型2024/7/2035电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE速度闭环调速系统的数学模型和传递函数速度闭环调速系统的数学模型和传递函数（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析1. 动态数学模型2024/7/2036电力拖动与运动控制3速度闭环
28、控制的直流调速系统课件CSSSE速度闭环调速系统的数学模型和传递函数速度闭环调速系统的数学模型和传递函数（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析1. 动态数学模型2024/7/2037电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析2. 稳定性分析2024/7/2038电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSEPI调节器原理接线图调节器原理接线图（四）采用（四）采用PI调节器的单闭环无静差调速系统调节器的单闭环无静差调速系统1. 比例积分调节器和比例积分
29、控制规律2024/7/2039电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSEPI调节器输出响应调节器输出响应1. 比例积分调节器和比例积分控制规律（四）采用（四）采用PI调节器的单闭环无静差调速系统调节器的单闭环无静差调速系统2024/7/2040电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE2. 采用PI调节器的单闭环无静差调速系统速度单闭环调速系统动态结构图速度单闭环调速系统动态结构图（四）采用（四）采用PI调节器的单闭环无静差调速系统调节器的单闭环无静差调速系统2024/7/2041电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE2. 采用PI调节
30、器的单闭环无静差调速系统（四）采用（四）采用PI调节器的单闭环无静差调速系统调节器的单闭环无静差调速系统2024/7/2042电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE结论：积分控制和比例积分控制的调速系统都是无静差的结论：积分控制和比例积分控制的调速系统都是无静差的结论：积分控制和比例积分控制的调速系统都是无静差的结论：积分控制和比例积分控制的调速系统都是无静差的2. 采用PI调节器的单闭环无静差调速系统（四）采用（四）采用PI调节器的单闭环无静差调速系统调节器的单闭环无静差调速系统2024/7/2043电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE开环调速系
31、统开环调速系统速度单闭环控制的调速系统速度单闭环控制的调速系统多环控制直流调速系统多环控制直流调速系统 转速电流双闭环调速系统的组成及静特性转速电流双闭环调速系统的组成及静特性 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 双闭环调速系统的动态性能双闭环调速系统的动态性能主要内容2024/7/2044电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE多环控制直流调速系统2.3.1 2.3.1 转速电流双闭环调速系统的组成及静特性转速电流双闭环调速系统的组成及静特性转速电流双闭环调速系统的组成及静特性转速电流双闭环调速系统的组成及静特性 2.3.1.1 问题的提出问题的提出
32、 2.3.1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成转速、电流双闭环调速系统的组成 2.3.1.3 转速、电流双闭环调速系统的静特性转速、电流双闭环调速系统的静特性2.3.2 2.3.2 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 2.3.2.1 启动过程的三个阶段启动过程的三个阶段 2.3.2.2 启动过程特点启动过程特点2.3.3 2.3.3 双闭环调速系统的动态性能双闭环调速系统的动态性能双闭环调速系统的动态性能双闭环调速系统的动态性能2024/7/2045电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSEl多环
33、控制系统：多环控制系统：是指按一环套一环的嵌套结构组成的具有两个或两个以是指按一环套一环的嵌套结构组成的具有两个或两个以上闭环的控制系统上闭环的控制系统l相当于过程控制中的串级控制系统相当于过程控制中的串级控制系统多环控制直流调速系统多环控制直流调速系统2024/7/2046电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE带电流截止负反馈的单闭环调速带电流截止负反馈的单闭环调速系统启动时的电流和转速波形系统启动时的电流和转速波形直流电动机直流电动机理想启动过程波形理想启动过程波形（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性1. 问题的提出20
34、24/7/2047电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE理想启动特性：理想启动特性：l当电动机最大电流受到限制时，在过渡过程中电流始终保持最大值，当电动机最大电流受到限制时，在过渡过程中电流始终保持最大值，电动机以最大转矩加速，调速系统具有最大启动加速度电动机以最大转矩加速，调速系统具有最大启动加速度l到达给定转速时，电流立刻降低，使转速与负载达到平衡，转入稳定到达给定转速时，电流立刻降低，使转速与负载达到平衡，转入稳定运行状态运行状态（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性1. 问题的提出2024/7/2048电力拖动与运动控
35、制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE为实现在允许条件下的最快启动，关键是获得一段电流维为实现在允许条件下的最快启动，关键是获得一段电流维持在最大值的恒流过程持在最大值的恒流过程欲维持电流在最大值处和负载电流值处为恒值，引入电流欲维持电流在最大值处和负载电流值处为恒值，引入电流负反馈负反馈转速电流双闭环直流调速系统的研究目的：转速电流双闭环直流调速系统的研究目的：快速安全启动快速安全启动（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性1. 问题的提出2024/7/2049电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE转速电流双闭环直流调速
36、系统转速电流双闭环直流调速系统转速调节器转速调节器电流调节器电流调节器外环外环内环内环（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性2. 转速、电流双闭环调速系统的组成2024/7/2050电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE对转速和电流分别进行控制，设置两个调节器对转速和电流分别进行控制，设置两个调节器ASR：转速调节器：转速调节器ACR：电流调节器：电流调节器转速：主控信号，有外加给定值，转速：主控信号，有外加给定值，外环外环外环外环电流：稳定运行时受负载决定，电流：稳定运行时受负载决定，内环内环内环内环ASR的输出作为的输出作
37、为ACR的输入，的输入，ACR的输出控制触发装置的输出控制触发装置（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性2. 转速、电流双闭环调速系统的组成2024/7/2051电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE转速、电流双闭环直流调速系统稳态结构图转速、电流双闭环直流调速系统稳态结构图PI调节器，输出限幅调节器，输出限幅PI调节器，输出限幅调节器，输出限幅（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性3. 转速、电流双闭环调速系统的静特性2024/7/2052电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调
38、速系统课件CSSSE 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ACR始终不会饱始终不会饱和，只有和，只有ASR涉及是否饱和问题涉及是否饱和问题（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性3. 转速、电流双闭环调速系统的静特性2024/7/2053电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性3. 转速、电流双闭环调速系统的静特性2024/7/2054电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE双闭环调速系统的静
39、特性双闭环调速系统的静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性3. 转速、电流双闭环调速系统的静特性2024/7/2055电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性3. 转速、电流双闭环调速系统的静特性2024/7/2056电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE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
40、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（二）双闭环调速系统的启动过程分析（二）双闭环调速系统的启动过程分析1. 启动过程的三个阶段2024/7/2057电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE启动过程特点：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
41、制（）退饱和转速超调（）退饱和转速超调（二）双闭环调速系统的启动过程分析（二）双闭环调速系统的启动过程分析2. 启动过程特点2024/7/2058电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE系统动态性能：系统动态性能：（）动态跟随性能（）动态跟随性能（）动态抗扰性能：抗负载扰动、抗电网电压扰动（）动态抗扰性能：抗负载扰动、抗电网电压扰动调速系统动态抗干扰能力分析调速系统动态抗干扰能力分析速度单闭环调速系统动态结构图速度单闭环调速系统动态结构图ASR和和ACR的作用：的作用：ASR：转速稳态无静差；抵抗负载扰动；限制最大电流：转速稳态无静差；抵抗负载扰动；限制最大电流ACR：抵抗
42、内环扰动；最大启动电流；限制电流最大值；：抵抗内环扰动；最大启动电流；限制电流最大值；电流跟随作用电流跟随作用（三）双闭环调速系统的动态性能（三）双闭环调速系统的动态性能2024/7/2059电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE本章小结本章小结l速度闭环调速系统是直流电动机调速系统的一种基本方式，具有反馈控速度闭环调速系统是直流电动机调速系统的一种基本方式，具有反馈控制的基本规律制的基本规律l限流保护是为了解决反馈闭环调速系统的启动和堵转时电流过大问题而限流保护是为了解决反馈闭环调速系统的启动和堵转时电流过大问题而采取的一种限流措施，限流保护的基本方法之一是电流截止负反
43、馈采取的一种限流措施，限流保护的基本方法之一是电流截止负反馈l调速系统采用比例调节时系统有静差，为消除静差可在调速系统中引入调速系统采用比例调节时系统有静差，为消除静差可在调速系统中引入积分环节，使之成为比例积分调速系统，可同时满足稳定精度高和动态积分环节，使之成为比例积分调速系统，可同时满足稳定精度高和动态响应快的要求响应快的要求2024/7/2060电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE本章小结本章小结l如果对直流调速系统的动态性能要求较高，例如要求快速启动和制动、如果对直流调速系统的动态性能要求较高，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
44、速系统难以满足需要，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，最常用的是双环控制系统可采用多环控制的直流调速系统，最常用的是双环控制系统l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行控制，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行控制，可以使系统获得令人满意的动态跟随性能和动态抗扰性能。在正常运行可以使系统获得令人满意的动态跟随性能和动态抗扰性能。在正常运行时，能够实现转速的无静差调节以及电流的随动控制；在系统启动时，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，保证获得允许的最大电流，使电动机以最快速
45、度到达转速给定值保证获得允许的最大电流，使电动机以最快速度到达转速给定值l双闭环调速系统的启动过程具有如下特点：饱和非线性、准时间最优控双闭环调速系统的启动过程具有如下特点：饱和非线性、准时间最优控制、退饱和转速超调制、退饱和转速超调2024/7/2061电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE本章重点内容本章重点内容l 转速单闭环调速系统结构、静特性以及相关计算转速单闭环调速系统结构、静特性以及相关计算l 限流保护的原因和方法限流保护的原因和方法l 引入双闭环调速的目的引入双闭环调速的目的l 直流电动机的理想启动特性直流电动机的理想启动特性l 双环调速系统结构、静态参数计
46、算双环调速系统结构、静态参数计算l 双环调速系统的启动过程及其特点双环调速系统的启动过程及其特点2024/7/2062电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件CSSSE本章作业本章作业1.1.有一有一有一有一V-MV-M调速系统，已知数据如下：调速系统，已知数据如下：调速系统，已知数据如下：调速系统，已知数据如下： 直流电动机：直流电动机：直流电动机：直流电动机：10kW10kW，220V220V，55A55A，1000r/min1000r/min，0.50.5； 整流装置：触发整流环节的放大系数整流装置：触发整流环节的放大系数整流装置：触发整流环节的放大系数整流装置：触发整流环节的
47、放大系数Ks=44Ks=44，整流装置内阻，整流装置内阻，整流装置内阻，整流装置内阻0.50.5 ； 生产机械希望调速系统满足的稳态指标为：调速范围生产机械希望调速系统满足的稳态指标为：调速范围生产机械希望调速系统满足的稳态指标为：调速范围生产机械希望调速系统满足的稳态指标为：调速范围D=10D=10，静差率，静差率，静差率，静差率s=5%s=5%。要求：。要求：。要求：。要求： （1 1）计算开环系统的稳态速降和调速指标所允许的稳态速降；）计算开环系统的稳态速降和调速指标所允许的稳态速降；）计算开环系统的稳态速降和调速指标所允许的稳态速降；）计算开环系统的稳态速降和调速指标所允许的稳态速降；
48、 （2 2）如果当电动机运行于额定转速时的给定电压为）如果当电动机运行于额定转速时的给定电压为）如果当电动机运行于额定转速时的给定电压为）如果当电动机运行于额定转速时的给定电压为Ugd=20VUgd=20V，计算此时的转速反馈系数；，计算此时的转速反馈系数；，计算此时的转速反馈系数；，计算此时的转速反馈系数； （3 3）计算满足稳态要求所需放大器的放大系数）计算满足稳态要求所需放大器的放大系数）计算满足稳态要求所需放大器的放大系数）计算满足稳态要求所需放大器的放大系数KpKp。 END2024/7/2063电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件转速负反馈调速系统的稳态结构图转速负反馈调速系统的稳态结构图Back to 转速负反馈调速系统静特性方程转速负反馈调速系统静特性方程Back to 带电流截止负反馈环节的速度闭环调速系统稳态结构图带电流截止负反馈环节的速度闭环调速系统稳态结构图电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件Back to 动态性能动态性能电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件BackTo启启动动过过程程分分析析电力拖动与运动控制3速度闭环控制的直流调速系统课件
