山东理工大学：《运动控制系统》课程教学资源（讲稿）第4章 转速、电流双闭环控制的直流调速系统 4.1 转速、电流双闭环控制直流调速系统的组成及其静特性

目录 少求程上大家 第4章转速、电流双闭环控制的直流调速系统 4.1转速、电流双闭环控制直流调速系统的组成及其静特性 4.2转速、电流双闭环控制直流调速系统的数学模型与动态过程分析 4.3转速、电流双闭环控制直流调速系统的设计 4.4双闭环直流调速系统的弱磁控制 4.5转速、电流双闭环控制直流调速系统的仿真 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 目录 第4章 转速、电流双闭环控制的直流调速系统 4.1 转速、电流双闭环控制直流调速系统的组成及其静特性 4.2 转速、电流双闭环控制直流调速系统的数学模型与动态过程分析 4.3 转速、电流双闭环控制直流调速系统的设计 4.4 双闭环直流调速系统的弱磁控制 4.5 转速、电流双闭环控制直流调速系统的仿真

内容提要 G 山东理子大军 4.1转速、电流双闭环控制直流调速系统的组成及其静特性 4.1.1转速、电流双闭环控制直流调速系统的组成 4.1.2稳态结构图与参数计算 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 内容提要 4.1 转速、电流双闭环控制直流调速系统的组成及其静特性 4.1.1 转速、电流双闭环控制直流调速系统的组成 4.1.2 稳态结构图与参数计算

问题的提出 直流调速系统设计与解决方案 起动性 方案1 系统用电源装置 能不 转速开环直流 好，电 调速系统 只能在基速以 流无法 下调速，不能 机械特 方便控 在基速以上调 性太软 方案6 制 方案7 速 电压反馈、电流 转速电流的双 方案2 补偿直流调速系 闭环直流调速 转速单闭环有 静差直流调速 统 系统 系统 方案4 性能差 方案8 转速有 起动、 带限流保护的 堵转电 调压和调磁配合控 静差 流大 转速单闭环直 方案5 制的直流调速系统 方案3 流调速系统 电压负反馈直 转速单闭环无 小功率场 流调速系统 静差直流调速 合，测速 系统 电机成本 高 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 方案1 转速开环直流 调速系统 机械特 性太软 方案2 转速单闭环有 静差直流调速 系统 转速有 静差 方案3 转速单闭环无 静差直流调速 系统 方案4 带限流保护的 转速单闭环直 流调速系统 系统用电源装置 小功率场 合，测速 电机成本 高 方案5 电压负反馈直 流调速系统 方案6 电压反馈、电流 补偿直流调速系 统 性能差 起动性 能不 好，电 流无法 方便控 制 方案7 转速电流的双 闭环直流调速 系统 只能在基速以 下调速，不能 在基速以上调 速 方案8 调压和调磁配合控 制的直流调速系统 直流调速系统设计与解决方案 起动、 堵转电 流大 问题的提出

问题的提出 山东理子大军 ▣ 第3章中表明，采用转速负反馈和P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。 动态性能要求：对于龙门刨床、可逆轧钢机等经常正、反转 运行的调速系统，缩短起、制动过程的时间是提高生产率的 重要因素。 ▣ 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。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 问题的提出  第3章中表明，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。  动态性能要求：对于龙门刨床、可逆轧钢机等经常正、反转 运行的调速系统，缩短起、制动过程的时间是提高生产率的 重要因素。  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 山东我上大军 如何控制动态性能？ 口电力拖动系统的运动方程： GD'dn →14-1= GD' dn T。-T= 375dt 375C dt 口结论：要得到好的动态性能，必须控制好转矩， 即控 制好电流。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 （1）主要原因 如何控制动态性能？  电力拖动系统的运动方程：  结论：要得到好的动态性能，必须控制好转矩，即控 制好电流。 dt GD dn Te TL 375 2 − = dt dn C GD I I m d L 375 2 − =

电流截止负反馈 山东程子大军 口转速单闭环系统并不能按照要求充分控制电流（或电磁转矩）的动态 过程。 口电流截止负反馈不可以么？ 口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Icr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。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 电流截止负反馈  转速单闭环系统并不能按照要求充分控制电流(或电磁转矩)的动态 过程。  电流截止负反馈不可以么？  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

性能比较 少东我子大深 带电流截止负反馈的单闭环直流调 速系统起动过程如图所示，起动电 流达到最大值Im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，加速过程延长。 Ja R.-Ucom Ucom ☑±风H /dL tt t U 带电流截止负反馈的单闭 a 环调速系统 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 性能比较  带电流截止负反馈的单闭环直流调 速系统起动过程如图 所示，起动电 流达到最大值 Idm 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，加速过程延长。 带电流截止负反馈的单闭 环调速系统 IdL n t Id O Idm Idcr t1 t2 t3 Idm n ∆Un

(2)最理想的过渡过程 山东理子大军 最理想的过渡过程如右图所示， 但无法实现，因为需要无穷大的 转矩，电机不能提供。 程 由于T。=Cmld 0 因此在励磁磁通Φ不变时，只能 增大电枢电流来提供大的转矩， 加快过渡过程，但能提供的电流 是有限的。 最理想的起动过程 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 (2) 最理想的过渡过程  最理想的过渡过程如右图所示， 但无法实现，因为需要无穷大的 转矩，电机不能提供。  由于 最理想的起动过程 e m d T = C I  因此在励磁磁通Φ不变时，只能 增大电枢电流来提供大的转矩， 加快过渡过程，但能提供的电流 是有限的

(③)具有电流约束条件的理想起动过程 山东我上大军 ▣ 起动中的矛盾：为了快，希望转矩大， 也就是电流大；但电流太大，电机和电 U.' 源都不允许。 口解决方法：整个起动过程中，将电流限 制在允许的最大值上，既不超过也不减 Ua 小，实现“恒流调节”。这时，起动电 流呈方形波，转速按线性增长。这是在 最大电流（转矩）受限制时调速系统所 能获得的最快的起动过程，如图所示。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 (3) 具有电流约束条件的理想起动过程  起动中的矛盾：为了快，希望转矩大， 也就是电流大；但电流太大，电机和电 源都不允许。  解决方法：整个起动过程中，将电流限 制在允许的最大值上，既不超过也不减 小，实现“恒流调节” 。这时，起动电 流呈方形波，转速按线性增长。这是在 最大电流（转矩）受限制时调速系统所 能获得的最快的起动过程，如图所示

(3)具有电流约束条件的理想起动过程 山东理子大军 当负载电流为恒值时，电动机加速度为常数，心 转速n线性增长。 口此时，主电路中的电感不计，ua=Cen+Ria。 U 因为不计电感，所以电流可以突变。 口 实际上电感并不等于0，电流，并不能突变， 最多使其变得快一些。因为4=Cn+,+L应 要想电流i,增长得快，只有加大电枢电压4使 其等于最大允许值Uam。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 (3) 具有电流约束条件的理想起动过程  当负载电流为恒值时，电动机加速度为常数， 转速n线性增长。  此时，主电路中的电感不计， 。  因为不计电感，所以电流i d可以突变。  实际上电感并不等于0，电流i d并不能突变， 最多使其变得快一些。因为 ， 要想电流i d增长得快，只有加大电枢电压ud使 其等于最大允许值Udm。 ud = Cen + Rid dt di ud = Cen + Rid + L