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1、电力拖动控制系统电力拖动控制系统直流调速系统直流调速系统自动化学院自动化学院 电气与控制工程系电气与控制工程系 对对对对于于于于直直直直流流流流调调调调速速速速系系系系统统统统，从从从从调调调调速速速速范范范范围围围围和和和和平平平平滑滑滑滑无无无无级级级级调调调调节节节节的的的的要要要要求求求求角角角角度度度度说说说说，调调调调压压压压调调调调速速速速方方方方法法法法最最最最好好好好。弱弱弱弱磁磁磁磁调调调调速速速速虽虽虽虽然然然然也也也也能能能能达达达达到到到到平平平平滑滑滑滑调调调调速速速速，但但但但调调调调速速速速范范范范围围围围不不不不大大大大，一一一一般般般般只只只只作作作作为为为
2、为辅辅辅辅助助助助方案，在电动机额定转速上进行小范围调节。方案，在电动机额定转速上进行小范围调节。方案，在电动机额定转速上进行小范围调节。方案，在电动机额定转速上进行小范围调节。为为为为实实实实现现现现调调调调压压压压调调调调速速速速，在在在在交交交交流流流流供供供供电电电电系系系系统统统统中中中中，可可可可采采采采用用用用电电电电力力力力电电电电子子子子变变变变流流流流装装装装置置置置，获获获获得得得得可可可可调调调调节节节节的的的的直直直直流流流流电电电电压压压压；在在在在具具具具备备备备恒恒恒恒定定定定直直直直流流流流电电电电源源源源供供供供电电电电的的的的场场场场合合合合，则则则则可可
3、可可采采采采用用用用直直直直流流流流脉脉脉脉宽宽宽宽调调调调制制制制装装装装置置置置，实现调压调速。实现调压调速。实现调压调速。实现调压调速。V-M V-M 系统系统系统系统开环模型开环模型开环模型开环模型电枢电压仿真曲线电枢电压仿真曲线电枢电压仿真曲线电枢电压仿真曲线电枢电流仿真曲线电枢电流仿真曲线电枢电流仿真曲线电枢电流仿真曲线输出转矩仿真曲线输出转矩仿真曲线输出转矩仿真曲线输出转矩仿真曲线电机转速仿真曲线电机转速仿真曲线电机转速仿真曲线电机转速仿真曲线电流电流电流电流-转速仿真曲线转速仿真曲线转速仿真曲线转速仿真曲线转矩转矩转矩转矩-转速仿真曲线转速仿真曲线转速仿真曲线转速仿真曲线V-M
4、 V-M 系系系系统统统统主主主主电电电电路路路路的的的的等等等等效效效效电电电电路路路路如如如如图图图图所所所所示示示示，其其其其数数数数学学学学模模模模型型型型为为为为一阶微分方程：一阶微分方程：一阶微分方程：一阶微分方程：为为为为得得得得到到到到主主主主电电电电路路路路微微微微分分分分方方方方程程程程解解解解析析析析解解解解，需需需需要要要要确确确确定定定定可可可可控控控控直直直直流流流流电电电电源源源源形形形形式式式式。假假假假设设设设采采采采用用用用三三三三相相相相半半半半波波波波可可可可控控控控整整整整流流流流电电电电路路路路，在在在在保保保保证证证证负负负负载电流连载电流连载电流
5、连载电流连续（续（续（续（3030o o）的条件）的条件）的条件）的条件下电源电压平均值为：下电源电压平均值为：下电源电压平均值为：下电源电压平均值为：syms a U2 t Ud0=simple(int(sqrt(2)*U2*sin(t),t,pi/6+a,pi/6+a+2*pi/3)/(2*pi)/3)Ud0=3/2*2(1/2)*U2*3(1/2)*cos(a)/pi 3/2*2(1/2)*3(1/2)/pians=1.1695 syms a U2 t Ud0=simple(int(sqrt(6)*U2*sin(t),t,pi/3+a,2*pi/3+a)/(pi/3)Ud0=3*6(1/
6、2)*U2*cos(a)/pi 3*6(1/2)/pians=2.3391计算三相半波整流电路平均电压值计算三相半波整流电路平均电压值计算三相半波整流电路平均电压值计算三相半波整流电路平均电压值计算三相全波整流电路平均电压值计算三相全波整流电路平均电压值计算三相全波整流电路平均电压值计算三相全波整流电路平均电压值对主电路微分方程右侧在相同区间积分，有：对主电路微分方程右侧在相同区间积分，有：对主电路微分方程右侧在相同区间积分，有：对主电路微分方程右侧在相同区间积分，有：式中方括号内，式中方括号内，式中方括号内，式中方括号内，第一项平均值为：第一项平均值为：第一项平均值为：第一项平均值为：E=C
7、E=Ce e n=Cn=Ce en n；第二项平均值为：第二项平均值为：第二项平均值为：第二项平均值为：I Id dR R；第三项平均值为：零。第三项平均值为：零。第三项平均值为：零。第三项平均值为：零。因此得到：因此得到：因此得到：因此得到：转转转转速速速速 n n 随随随随触触触触发发发发角角角角 变变变变化化化化，改改改改变变变变 角角角角，即即即即可可可可得得得得到到到到一一一一簇簇簇簇平行的机械特性曲线。平行的机械特性曲线。平行的机械特性曲线。平行的机械特性曲线。转速控制基本要求：转速控制基本要求：转速控制基本要求：转速控制基本要求：1.调速调速调速调速：在一定的速度范围内分级或无级
8、调速；：在一定的速度范围内分级或无级调速；：在一定的速度范围内分级或无级调速；：在一定的速度范围内分级或无级调速；2.稳稳稳稳速速速速：以以以以一一一一定定定定的的的的精精精精度度度度在在在在所所所所需需需需转转转转速速速速上上上上运运运运行行行行，尽尽尽尽量量量量不不不不受受受受负载变化、电源电压变化等因素的干扰；负载变化、电源电压变化等因素的干扰；负载变化、电源电压变化等因素的干扰；负载变化、电源电压变化等因素的干扰；3.加加加加、减减减减速速速速：频频频频繁繁繁繁起起起起动动动动、制制制制动动动动的的的的生生生生产产产产机机机机械械械械要要要要求求求求尽尽尽尽量量量量缩缩缩缩短短短短起起
9、起起动动动动和和和和制制制制动动动动时时时时间间间间，以以以以提提提提高高高高生生生生产产产产率率率率；不不不不宜宜宜宜经经经经受受受受剧剧剧剧烈烈烈烈速度变化的生产机械要求起动、制动平稳。速度变化的生产机械要求起动、制动平稳。速度变化的生产机械要求起动、制动平稳。速度变化的生产机械要求起动、制动平稳。2.静静静静差差差差率率率率 -电电电电动动动动机机机机在在在在某某某某一一一一个个个个转转转转速速速速下下下下运运运运行行行行时时时时，负负负负载载载载由由由由理理理理想想想想空空空空载载载载增增增增加加加加到到到到额额额额定定定定值值值值时时时时所所所所对对对对应应应应的的的的转转转转速速速
10、速降降降降 n nN N 与与与与理想空载转速理想空载转速理想空载转速理想空载转速 n n0 0 之比之比之比之比 ：调速稳态性能指标：调速稳态性能指标：调速稳态性能指标：调速稳态性能指标：1.调调调调速速速速范范范范围围围围 -生生生生产产产产机机机机械械械械要要要要求求求求电电电电动动动动机机机机在在在在额额额额定定定定负负负负载载载载时时时时提提提提供的最高转速与最低转速之比供的最高转速与最低转速之比供的最高转速与最低转速之比供的最高转速与最低转速之比 ：直直直直流流流流调调调调压压压压调调调调速速速速系系系系统统统统中中中中，常常常常以以以以电电电电动动动动机机机机额额额额定定定定转转
11、转转速速速速为为为为最最最最高高高高转转转转速速速速。若若若若额额额额定定定定负负负负载载载载时时时时的的的的转转转转速速速速降降降降为为为为 n nN N，则则则则这这这这时时时时对对对对静静静静差差差差率率率率提出的要求，应该是最低转速时的静差率：提出的要求，应该是最低转速时的静差率：提出的要求，应该是最低转速时的静差率：提出的要求，应该是最低转速时的静差率：在在在在假假假假设设设设忽忽忽忽略略略略各各各各种种种种非非非非线线线线性性性性因因因因素素素素等等等等条条条条件件件件下下下下，系系系系统统统统中中中中各各各各环环环环节节节节的稳态关系为：的稳态关系为：的稳态关系为：的稳态关系为：
12、电压比较器电压比较器电压比较器电压比较器 放大器放大器放大器放大器 晶闸管触发整流装置晶闸管触发整流装置晶闸管触发整流装置晶闸管触发整流装置 调速系统开环机械特性调速系统开环机械特性调速系统开环机械特性调速系统开环机械特性 测速发电机测速发电机测速发电机测速发电机将将将将各各各各关关关关系系系系式式式式代代代代入入入入开开开开环环环环机机机机械械械械特特特特性性性性方方方方程程程程，并并并并消消消消去去去去中中中中间间间间变变变变量量量量，得到转速负反馈单闭环直流调速系统静特性方程：得到转速负反馈单闭环直流调速系统静特性方程：得到转速负反馈单闭环直流调速系统静特性方程：得到转速负反馈单闭环直流
13、调速系统静特性方程：转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图系统开环稳态特性：系统开环稳态特性：系统开环稳态特性：系统开环稳态特性：注意注意注意注意：1.当当当当 U*U*n n 不不不不变变变变时时时时，闭闭闭闭环环环环系系系系统统统统的的的的理理理理想想想想空空空空载载载载转转转转速速速速下下下下降降降降为为为为开环时的开环时的开环时的开环时的 1/(1+K)1/(1+K)：2.闭闭闭闭环环环环时时时时：U Un n =U Un n*-U Un n ，开开开开环环环环时时时时：U Un
14、n =U Un n*。开开开开环环环环时时时时 U Un n 较较较较大大大大，闭闭闭闭环环环环时时时时 U Un n 较较较较小小小小。为为为为保保保保证证证证理理理理想想想想空空空空载载载载转转转转速速速速 n n0 0 基基基基本本本本不不不不变变变变，系系系系统统统统闭闭闭闭环环环环后后后后应应应应将将将将 U Un n 放放放放大大大大（1+K1+K）倍。）倍。）倍。）倍。当当当当 K K 较较较较大大大大时时时时，n ncl cl 比比比比 n nop op 小小小小许许许许多多多多，所所所所以以以以闭闭闭闭环环环环系系系系统统统统特特特特性比开环特性硬许多。性比开环特性硬许多。性
15、比开环特性硬许多。性比开环特性硬许多。3.负负负负载载载载 I Id d 相相相相同同同同时时时时，闭闭闭闭环环环环系系系系统统统统转转转转速速速速降降降降与与与与开开开开环环环环转转转转速速速速降降降降的的的的关系为：关系为：关系为：关系为：闭环系统静差率比开环时小许多。闭环系统静差率比开环时小许多。闭环系统静差率比开环时小许多。闭环系统静差率比开环时小许多。4.对对对对具具具具有有有有相相相相同同同同理理理理想想想想空空空空载载载载转转转转速速速速的的的的闭闭闭闭环环环环系系系系统统统统与与与与开开开开环环环环系系系系统统统统(n n0cl 0cl=n=n0op 0op)，静差，静差，静差
16、，静差率关系率关系率关系率关系为：为：为：为：5.若若若若电电电电动动动动机机机机的的的的最最最最高高高高转转转转速速速速为为为为 n nN N，对对对对最最最最低低低低转转转转速速速速静静静静差差差差率率率率的的的的要求相同要求相同要求相同要求相同，考虑到：，考虑到：，考虑到：，考虑到：即有：即有：即有：即有：可见闭环可见闭环可见闭环可见闭环系统调速范围达到开环时的系统调速范围达到开环时的系统调速范围达到开环时的系统调速范围达到开环时的(1+K)(1+K)倍。倍。倍。倍。有静差直流调速系统基本特征：有静差直流调速系统基本特征：有静差直流调速系统基本特征：有静差直流调速系统基本特征：1.闭闭闭
17、闭环环环环系系系系统统统统开开开开环环环环放放放放大大大大倍倍倍倍数数数数 K K 越越越越大大大大，静静静静特特特特性性性性越越越越硬硬硬硬，稳稳稳稳态态态态速速速速降降降降越越越越小小小小，在在在在一一一一定定定定的的的的静静静静差差差差率率率率要要要要求求求求下下下下，调调调调速速速速范范范范围围围围越越越越大。总之，大。总之，大。总之，大。总之，K K 值越大，系统稳态性能越好。值越大，系统稳态性能越好。值越大，系统稳态性能越好。值越大，系统稳态性能越好。2.稳态速降只能减小，不可能为零。稳态速降只能减小，不可能为零。稳态速降只能减小，不可能为零。稳态速降只能减小，不可能为零。只有只有
18、只有只有 KK ，n ncl cl 才能为零，才能为零，才能为零，才能为零，这是不可能的。这是不可能的。这是不可能的。这是不可能的。若若若若 n=0 n=0，则则则则 U Un n*=0=0，放放放放大大大大器器器器没没没没有有有有输输输输出出出出，晶晶晶晶闸闸闸闸管整流触发装置失去控制管整流触发装置失去控制管整流触发装置失去控制管整流触发装置失去控制，系统无法，系统无法，系统无法，系统无法运行。运行。运行。运行。3.对干扰的抑制对干扰的抑制对干扰的抑制对干扰的抑制在在在在系系系系统统统统前前前前向向向向通通通通道道道道上上上上（即即即即包包包包含含含含在在在在反反反反馈馈馈馈环环环环内内内内
19、各各各各环环环环节节节节上上上上）的的的的扰扰扰扰动动动动，可可可可被被被被测测测测速速速速发发发发电电电电机机机机反反反反映映映映出出出出来来来来，通通通通过过过过反反反反馈馈馈馈控控控控制制制制可可可可得得得得到抑制。例如直流电源输出降低时：到抑制。例如直流电源输出降低时：到抑制。例如直流电源输出降低时：到抑制。例如直流电源输出降低时：对对对对给给给给定定定定电电电电压压压压或或或或反反反反馈馈馈馈通通通通道道道道中中中中出出出出现现现现的的的的干干干干扰扰扰扰，系系系系统统统统则则则则无无无无能能能能为为为为力力力力。例例例例如如如如反反反反馈馈馈馈系系系系数数数数下下下下降降降降，不不
20、不不但但但但不不不不能能能能得得得得到到到到反反反反馈馈馈馈控控控控制制制制系系系系统统统统的抑制，反而会增大被调量的误差。的抑制，反而会增大被调量的误差。的抑制，反而会增大被调量的误差。的抑制，反而会增大被调量的误差。U Us sU Ud0d0n nU Un n U Un nU Uc cU Ud0d0n n 直流电动机的传递函数直流电动机的传递函数直流电动机的传递函数直流电动机的传递函数由由由由电动机电枢回路电压平衡关系得：电动机电枢回路电压平衡关系得：电动机电枢回路电压平衡关系得：电动机电枢回路电压平衡关系得：式式式式中中中中 T Tl l 为为为为电电电电枢枢枢枢回回回回路路路路电电电电
21、磁磁磁磁时时时时间间间间常常常常数数数数。对对对对该该该该式式式式做做做做拉拉拉拉氏氏氏氏变变变变换，得到传递函数：换，得到传递函数：换，得到传递函数：换，得到传递函数：电电电电动动动动机机机机轴轴轴轴上上上上转转转转矩矩矩矩与与与与转转转转速速速速之之之之间间间间的的的的关关关关系系系系符符符符合合合合电电电电气气气气传传传传动动动动系系系系统统统统运动方程：运动方程：运动方程：运动方程：式中式中式中式中 T Tmm 为电力拖动系统机电时间常数。为电力拖动系统机电时间常数。为电力拖动系统机电时间常数。为电力拖动系统机电时间常数。对对对对 I Id d-I IdL dL 式式式式做做做做拉拉拉
22、拉氏氏氏氏变变变变换换换换，得得得得到到到到电电电电动动动动势势势势与与与与电电电电流流流流之之之之间间间间的的的的传传传传递函数：递函数：递函数：递函数：综合综合综合综合 (1)(1)、(2)(2)两式，得到直流电动机动态结构图：两式，得到直流电动机动态结构图：两式，得到直流电动机动态结构图：两式，得到直流电动机动态结构图：化化化化简简简简动动动动态态态态结结结结构构构构图图图图得得得得到到到到转转转转速速速速与电压之间的传递函数：与电压之间的传递函数：与电压之间的传递函数：与电压之间的传递函数：晶闸管整流触发装置传递函数晶闸管整流触发装置传递函数晶闸管整流触发装置传递函数晶闸管整流触发装置
23、传递函数 将将将将晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管整整整整流流流流装装装装置置置置及及及及其其其其触触触触发发发发电电电电路路路路看看看看作作作作一一一一个个个个整整整整体体体体，其其其其输输输输入入入入量量量量是是是是触触触触发发发发电电电电路路路路的的的的控控控控制制制制电电电电压压压压 U Uc c，输输输输出出出出量量量量是是是是理理理理想想想想空载整流电压空载整流电压空载整流电压空载整流电压 U Ud0d0 。若若若若将将将将输输输输入入入入、输输输输出出出出之之之之间间间间的的的的放放放放大大大大倍倍倍倍数数数数视视视视为为为为常常常常数数数数，则则则则晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管触触触触发发
24、发发和和和和整整整整流流流流装装装装置置置置就就就就是是是是一一一一个个个个具具具具有有有有纯纯纯纯滞滞滞滞后后后后的的的的放放放放大大大大环环环环节节节节，其滞后作用是晶闸管整流装置的失控时间引起的。其滞后作用是晶闸管整流装置的失控时间引起的。其滞后作用是晶闸管整流装置的失控时间引起的。其滞后作用是晶闸管整流装置的失控时间引起的。晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管触触触触发发发发整整整整流流流流装装装装置置置置控控控控制制制制电电电电压压压压的的的的变变变变化化化化时时时时刻刻刻刻 t t2 2 到到到到自自自自然然然然换换换换相相相相点点点点（即即即即可可可可以以以以触触触触发发发发下下下下一一一一
25、相相相相的的的的起起起起点点点点，也也也也就就就就是是是是输输输输出出出出电电电电压压压压的的的的变变变变化化化化点点点点）的的的的时时时时间间间间 T Ts s 称为失控时间。称为失控时间。称为失控时间。称为失控时间。用用用用阶阶阶阶跃跃跃跃函函函函数数数数表表表表示示示示晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管整整整整流流流流和和和和触触触触发发发发装装装装置置置置的的的的输输输输入入入入、输输输输出出出出关系：关系：关系：关系：因因因因 T Ts s 远远远远小小小小于于于于系系系系统统统统其其其其它它它它环环环环节节节节时时时时间间间间常常常常数数数数，故故故故将将将将其其其其近近近近似似似似为为为为
26、一阶惯性环节：一阶惯性环节：一阶惯性环节：一阶惯性环节：做拉氏变换得到晶闸管整流触发装置传递函数：做拉氏变换得到晶闸管整流触发装置传递函数：做拉氏变换得到晶闸管整流触发装置传递函数：做拉氏变换得到晶闸管整流触发装置传递函数：放大器和测速发电机传递函数放大器和测速发电机传递函数放大器和测速发电机传递函数放大器和测速发电机传递函数 放放放放大大大大器器器器和和和和测测测测速速速速发发发发电电电电机机机机的的的的响响响响应应应应皆皆皆皆被被被被认认认认为为为为是是是是瞬瞬瞬瞬时时时时的的的的，所以它们的传递函数就等于其放大倍数。所以它们的传递函数就等于其放大倍数。所以它们的传递函数就等于其放大倍数。
27、所以它们的传递函数就等于其放大倍数。放大器放大器放大器放大器 测速发电机测速发电机测速发电机测速发电机转速单闭环负反馈转速单闭环负反馈转速单闭环负反馈转速单闭环负反馈有静差直流调速系统动态结构图有静差直流调速系统动态结构图有静差直流调速系统动态结构图有静差直流调速系统动态结构图由动态结构图可以得到系统开环传递函数：由动态结构图可以得到系统开环传递函数：由动态结构图可以得到系统开环传递函数：由动态结构图可以得到系统开环传递函数：假假假假设设设设 I IdLdL=0=0（不不不不考考考考虑虑虑虑负负负负载载载载变变变变化化化化对对对对稳稳稳稳定定定定性性性性的的的的影影影影响响响响），得得得得到系
28、统闭环传递函数：到系统闭环传递函数：到系统闭环传递函数：到系统闭环传递函数：闭环系统特征方程即为：闭环系统特征方程即为：闭环系统特征方程即为：闭环系统特征方程即为：应用劳斯稳定判据可以得到系统的动态稳定条件：应用劳斯稳定判据可以得到系统的动态稳定条件：应用劳斯稳定判据可以得到系统的动态稳定条件：应用劳斯稳定判据可以得到系统的动态稳定条件：式中右侧即为系统临界放大系数式中右侧即为系统临界放大系数式中右侧即为系统临界放大系数式中右侧即为系统临界放大系数 KKcrcr 。结论：结论：结论：结论：1.单单单单闭闭闭闭环环环环有有有有静静静静差差差差晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管直直直直流流流流调调调调速速速
29、速系系系系统统统统的的的的动动动动态态态态稳稳稳稳定定定定性性性性取取取取决决决决于于于于开开开开环环环环放放放放大大大大倍倍倍倍数数数数 K K 与与与与各各各各环环环环节节节节时时时时间间间间常常常常数数数数的的的的关关关关系系系系。K K 越越越越大大大大稳稳稳稳态态态态性性性性能能能能越越越越好好好好，但但但但 T Tmm 、T Tl l 、T Ts s 一一一一定定定定时时时时，K K 越越越越大大大大越越越越不不不不易易易易稳稳稳稳定定定定。二二二二者者者者发发发发生生生生矛矛矛矛盾盾盾盾时时时时，必必必必须须须须采采采采取取取取动动动动态态态态校正措施改造系统校正措施改造系统校正
30、措施改造系统校正措施改造系统。2.不不不不考考考考虑虑虑虑 KKp p 、的的的的惯惯惯惯性性性性时时时时，系系系系统统统统被被被被视视视视为为为为三三三三阶阶阶阶系系系系统统统统。考考考考虑虑虑虑闭闭闭闭环环环环稳稳稳稳定定定定性性性性时时时时，T Ts s 虽虽虽虽然然然然很很很很小小小小，却却却却不不不不能能能能轻轻轻轻易易易易忽忽忽忽略略略略。若若若若忽忽忽忽略略略略 T Ts s 则则则则系系系系统统统统变变变变成成成成二二二二阶阶阶阶系系系系统统统统，二二二二阶阶阶阶闭闭闭闭环环环环系系系系统理论上总是稳定的。统理论上总是稳定的。统理论上总是稳定的。统理论上总是稳定的。电压负反馈直
31、流调速系统电压负反馈直流调速系统电压负反馈直流调速系统电压负反馈直流调速系统 电电电电动动动动机机机机负负负负载载载载增增增增加加加加时时时时，转转转转速速速速下下下下降降降降的的的的原原原原因因因因是是是是电电电电枢枢枢枢回回回回路路路路存存存存在在在在电电电电压压压压降降降降 I Id dR R(R R 包包包包括括括括晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管整整整整流流流流装装装装置置置置内内内内阻阻阻阻 R Rpepe 和电枢电阻和电枢电阻和电枢电阻和电枢电阻 R Ra a)，I Id dR Rpepe 使电动机端电压下降。使电动机端电压下降。使电动机端电压下降。使电动机端电压下降。图图图图中中中中所
32、所所所测测测测电电电电压压压压为为为为电电电电动动动动机机机机电电电电枢枢枢枢端端端端电电电电压压压压 U Ud d =U Ud0d0 -I Id dR Rpepe 。U Ud d 下下下下降降降降时时时时，反反反反馈馈馈馈电电电电压压压压U Un n 减减减减小小小小，使使使使放放放放大大大大器器器器输输输输入入入入电电电电压压压压 U Un n 增增增增大大大大，U Uc c 增增增增大大大大，U Ud0d0 随随随随之之之之增增增增大大大大。这这这这样样样样就就就就补补补补偿偿偿偿了了了了电电电电枢枢枢枢端端端端电电电电压压压压，使使使使其其其其基基基基本本本本保保保保持持持持不不不不变
33、变变变，电电电电动动动动机机机机转转转转速速速速亦亦亦亦不不不不受大的影响。受大的影响。受大的影响。受大的影响。电压单闭环系统开环放大倍数电压单闭环系统开环放大倍数电压单闭环系统开环放大倍数电压单闭环系统开环放大倍数电压反馈系数电压反馈系数电压反馈系数电压反馈系数由图得到系统静态特性方程：由图得到系统静态特性方程：由图得到系统静态特性方程：由图得到系统静态特性方程：由由由由系系系系统统统统静静静静态态态态特特特特性性性性方方方方程程程程可可可可知知知知，电电电电压压压压负负负负反反反反馈馈馈馈将将将将被被被被反反反反馈馈馈馈环环环环包包包包围围围围的的的的晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管触触触触发发发
34、发整整整整流流流流装装装装置置置置内内内内阻阻阻阻引引引引起起起起的的的的稳稳稳稳态态态态速速速速降降降降减减减减小小小小到到到到 1/(1+K)1/(1+K)，但对电枢电阻引起的速降没有抑制。，但对电枢电阻引起的速降没有抑制。，但对电枢电阻引起的速降没有抑制。，但对电枢电阻引起的速降没有抑制。1.对对对对 KKp p、KKs s、R Rpe pe 引入的干扰有抑制作用。引入的干扰有抑制作用。引入的干扰有抑制作用。引入的干扰有抑制作用。2.对对对对 R Rs s 引入的干扰及磁通引入的干扰及磁通引入的干扰及磁通引入的干扰及磁通 的扰动不能抑制。的扰动不能抑制。的扰动不能抑制。的扰动不能抑制。3
35、.静静静静特特特特性性性性比比比比同同同同等等等等放放放放大大大大倍倍倍倍数数数数的的的的转转转转速速速速负负负负单单单单闭闭闭闭环环环环直直直直流流流流调调调调速系统差，只适用于速系统差，只适用于速系统差，只适用于速系统差，只适用于 D D 1010，s s 15%15%的场合。的场合。的场合。的场合。负载扰动补偿控制（电流正反馈）直流调速负载扰动补偿控制（电流正反馈）直流调速负载扰动补偿控制（电流正反馈）直流调速负载扰动补偿控制（电流正反馈）直流调速系统系统系统系统电流正反馈控制电流正反馈控制电流正反馈控制电流正反馈控制部分稳态结构图部分稳态结构图部分稳态结构图部分稳态结构图由图可得到这时
36、的由图可得到这时的由图可得到这时的由图可得到这时的系统稳态特性：系统稳态特性：系统稳态特性：系统稳态特性：若若若若有有有有 ，系系系系统统统统转转转转速速速速输输输输出出出出则则则则为为为为不不不不随随随随负负负负载载载载变变变变化化化化的的的的常数，即没有稳态误差。这种情况称为常数，即没有稳态误差。这种情况称为常数，即没有稳态误差。这种情况称为常数，即没有稳态误差。这种情况称为全补偿全补偿全补偿全补偿。式中式中式中式中 R R 为电枢回路总电阻，为电枢回路总电阻，为电枢回路总电阻，为电枢回路总电阻，是电流反馈系数。是电流反馈系数。是电流反馈系数。是电流反馈系数。有电流正反馈的电压负反馈直流调
37、速有电流正反馈的电压负反馈直流调速有电流正反馈的电压负反馈直流调速有电流正反馈的电压负反馈直流调速系统系统系统系统电流正反馈电流正反馈电流正反馈电流正反馈-电压负反馈直流调速电压负反馈直流调速电压负反馈直流调速电压负反馈直流调速系统稳态结构图系统稳态结构图系统稳态结构图系统稳态结构图在在在在电电电电压压压压负负负负反反反反馈馈馈馈基基基基础础础础上上上上引引引引入入入入电电电电流流流流正正正正反反反反馈馈馈馈后后后后，可可可可得得得得系系系系统统统统静静静静态特性：态特性：态特性：态特性：式中：式中：式中：式中：。这时稳态速降为：。这时稳态速降为：。这时稳态速降为：。这时稳态速降为：当取：当取
38、：当取：当取：时，时，时，时，稳态速降为零。稳态速降为零。稳态速降为零。稳态速降为零。cr cr 称为全补偿的临界电流反馈系数。称为全补偿的临界电流反馈系数。称为全补偿的临界电流反馈系数。称为全补偿的临界电流反馈系数。crcr 时静特性上翘，称为过补偿。时静特性上翘，称为过补偿。时静特性上翘，称为过补偿。时静特性上翘，称为过补偿。注意：注意：注意：注意：反反反反馈馈馈馈控控控控制制制制只只只只是是是是尽尽尽尽可可可可能能能能减减减减少少少少静静静静差差差差，而而而而补补补补偿偿偿偿控控控控制制制制可可可可以以以以完全消除静差。完全消除静差。完全消除静差。完全消除静差。但但但但反反反反馈馈馈馈控
39、控控控制制制制不不不不依依依依赖赖赖赖环环环环境境境境变变变变化化化化，而而而而补补补补偿偿偿偿控控控控制制制制完完完完全全全全依依依依赖赖赖赖参参参参数数数数配配配配合合合合。再再再再者者者者，反反反反馈馈馈馈控控控控制制制制对对对对所所所所有有有有包包包包含含含含在在在在反反反反馈馈馈馈环环环环之之之之内内内内的的的的扰扰扰扰动动动动皆皆皆皆有有有有抑抑抑抑制制制制作作作作用用用用，而而而而补补补补偿偿偿偿控控控控制制制制只只只只对对对对一一一一种种种种扰扰扰扰动动动动（负载电流变化）进行补偿。（负载电流变化）进行补偿。（负载电流变化）进行补偿。（负载电流变化）进行补偿。所以全面看来，补偿
40、控制不及反馈控制。所以全面看来，补偿控制不及反馈控制。所以全面看来，补偿控制不及反馈控制。所以全面看来，补偿控制不及反馈控制。根根根根据据据据运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器工工工工作作作作原原原原理理理理可可可可知知知知，积积积积分分分分环环环环节节节节输输输输出出出出是是是是输输输输入入入入信信信信号号号号对对对对时时时时间间间间的的的的积积积积分分分分。在在在在阶阶阶阶跃跃跃跃信信信信号号号号作作作作用用用用下下下下，积积积积分分分分环环环环节节节节输输输输出随时间线性增长，直至运算放大器饱和。出随时间线性增长，直至运算放大器饱和。出随时间线性增长，直至运算放大器饱和。出随时间线
41、性增长，直至运算放大器饱和。积分调节器特点：积分调节器特点：积分调节器特点：积分调节器特点：1.积积积积累累累累作作作作用用用用：只只只只要要要要存存存存在在在在输输输输入入入入信信信信号号号号，就就就就会会会会有有有有积积积积分分分分运运运运算算算算，直直直直到到到到输输输输出出出出达达达达到到到到饱饱饱饱和和和和值值值值或或或或限限限限幅幅幅幅值值值值。只只只只有有有有当当当当输输输输入为零时，积累才会停止。入为零时，积累才会停止。入为零时，积累才会停止。入为零时，积累才会停止。2.2.记记记记忆忆忆忆作作作作用用用用：积积积积分分分分过过过过程程程程中中中中，若若若若输输输输入入入入突突
42、突突然然然然为为为为零零零零，输输输输出将保持输入为零前瞬间的输出值。出将保持输入为零前瞬间的输出值。出将保持输入为零前瞬间的输出值。出将保持输入为零前瞬间的输出值。3.3.延延延延缓缓缓缓作作作作用用用用：输输输输入入入入信信信信号号号号突突突突变变变变时时时时，输输输输出出出出不不不不能能能能跃跃跃跃变变变变，只能逐渐积分线性增长。只能逐渐积分线性增长。只能逐渐积分线性增长。只能逐渐积分线性增长。采采采采用用用用了了了了积积积积分分分分调调调调节节节节器器器器的的的的控控控控制制制制系系系系统统统统能能能能够够够够实实实实现现现现动动动动态态态态有有有有差差差差、稳态无差，所以积分控制系统
43、也被称为无静差系统。稳态无差，所以积分控制系统也被称为无静差系统。稳态无差，所以积分控制系统也被称为无静差系统。稳态无差，所以积分控制系统也被称为无静差系统。积积积积分分分分调调调调节节节节器器器器的的的的积积积积累累累累作作作作用用用用和和和和记记记记忆忆忆忆作作作作用用用用是是是是完完完完全全全全消消消消除除除除系系系系统静差的根本原因。统静差的根本原因。统静差的根本原因。统静差的根本原因。采采采采用用用用比比比比例例例例调调调调节节节节器器器器的的的的调调调调速速速速系系系系统统统统中中中中，调调调调节节节节器器器器输输输输入入入入为为为为系系系系统统统统偏偏偏偏差差差差，若若若若无无无
44、无偏偏偏偏差差差差输输输输入入入入则则则则调调调调节节节节器器器器无无无无法法法法控控控控制制制制系系系系统统统统工工工工作作作作。采采采采用用用用积积积积分分分分调调调调节节节节器器器器时时时时，只只只只要要要要曾曾曾曾经经经经出出出出现现现现偏偏偏偏差差差差，调调调调节节节节器器器器就就就就会会会会产产产产生生生生输输输输出出出出，并并并并可可可可在在在在消消消消除除除除偏偏偏偏差差差差之之之之后后后后保保保保持持持持输输输输出出出出为为为为恒恒恒恒定定定定值值值值，使系统保持恒速运行。使系统保持恒速运行。使系统保持恒速运行。使系统保持恒速运行。比例积分环节的输入输出关系为：比例积分环节的
45、输入输出关系为：比例积分环节的输入输出关系为：比例积分环节的输入输出关系为：PI PI 调节器的输出由比例、积分两部分组成。调节器的输出由比例、积分两部分组成。调节器的输出由比例、积分两部分组成。调节器的输出由比例、积分两部分组成。当当当当初初初初始始始始阶阶阶阶跃跃跃跃信信信信号号号号输输输输入入入入时时时时，C C1 1 相相相相当当当当于于于于短短短短路路路路，积积积积分分分分部部部部分分分分不不不不起起起起作作作作用用用用，这这这这时时时时调调调调节节节节器器器器只只只只相相相相当当当当于于于于比比比比例例例例放放放放大大大大器器器器，即即即即输输输输出电压出电压出电压出电压 U Uc
46、 c=K=KPIPIU Uinin 瞬时加到瞬时加到瞬时加到瞬时加到 C C1 1 上。上。上。上。随随随随后后后后 C C1 1 开开开开始始始始充充充充电电电电，积积积积分分分分部部部部分分分分开开开开始始始始积积积积分分分分运运运运算算算算，输输输输出出出出电电电电压压压压线线线线性性性性增增增增长长长长，达达达达到到到到输输输输出出出出限限限限幅幅幅幅时时时时进进进进入入入入稳稳稳稳态态态态，C C1 1 开开开开路路路路（即即即即无无无无反反反反馈馈馈馈电电电电压压压压），调调调调节节节节器器器器开开开开环环环环放放放放大大大大倍倍倍倍数数数数接接接接近近近近无无无无穷穷穷穷大大大大
47、，使系统基本无静差。使系统基本无静差。使系统基本无静差。使系统基本无静差。对对对对应应应应 PI PI 调调调调节节节节器器器器输输输输入入入入输输输输出出出出关关关关系系系系，在在在在零零零零初初初初始始始始条条条条件件件件下下下下做做做做拉拉拉拉氏变换，即可得到氏变换，即可得到氏变换，即可得到氏变换，即可得到 PI PI 调节器的传递函数：调节器的传递函数：调节器的传递函数：调节器的传递函数：稳态扰动误差分析稳态扰动误差分析稳态扰动误差分析稳态扰动误差分析对对对对于于于于单单单单纯纯纯纯采采采采用用用用比比比比例例例例调调调调节节节节器器器器的的的的转转转转速速速速负负负负反反反反馈馈馈馈
48、直直直直流流流流调调调调速速速速系系系系统统统统，若若若若只只只只有有有有扰扰扰扰动动动动没没没没有有有有给给给给定定定定，则则则则转转转转速速速速降降降降只只只只是是是是由由由由扰扰扰扰动产生的。动产生的。动产生的。动产生的。这时有：这时有：这时有：这时有：即得到：即得到：即得到：即得到：对对对对于于于于突突突突加加加加负负负负载载载载，有有有有 I Idldl(s)=I(s)=Idldl/s/s，利利利利用用用用拉拉拉拉氏氏氏氏变变变变换换换换终终终终值值值值定定定定理可以得出这时的稳态速降：理可以得出这时的稳态速降：理可以得出这时的稳态速降：理可以得出这时的稳态速降：若若若若将将将将转转
49、转转速速速速单单单单闭闭闭闭环环环环调调调调速速速速系系系系统统统统中中中中的的的的调调调调节节节节器器器器改改改改为为为为积积积积分分分分调调调调节节节节器器器器或比例积分调节器，则有传递函数：或比例积分调节器，则有传递函数：或比例积分调节器，则有传递函数：或比例积分调节器，则有传递函数：1.1.采用积分调节器时：采用积分调节器时：采用积分调节器时：采用积分调节器时：2.2.采用比例积分调节器时：采用比例积分调节器时：采用比例积分调节器时：采用比例积分调节器时：对对对对于于于于突突突突加加加加负负负负载载载载时时时时皆皆皆皆有有有有：，即即即即采采采采用用用用积积积积分调节或比例积分调节皆可
50、实现系统无静差。分调节或比例积分调节皆可实现系统无静差。分调节或比例积分调节皆可实现系统无静差。分调节或比例积分调节皆可实现系统无静差。注意：注意：注意：注意：上上上上述述述述分分分分析析析析表表表表明明明明，只只只只要要要要在在在在调调调调节节节节器器器器中中中中含含含含有有有有积积积积分分分分环环环环节节节节，就可以实现系统无静差。就可以实现系统无静差。就可以实现系统无静差。就可以实现系统无静差。或或或或者者者者说说说说，只只只只要要要要在在在在控控控控制制制制系系系系统统统统前前前前向向向向通通通通道道道道的的的的扰扰扰扰动动动动作作作作用用用用点点点点之之之之前前前前含含含含有有有有积