当电感量较小或负载较轻时，便造成电流波形断续的情况断续缺点见7页）（3） 抑制电流脉动的措施（缺点）在V-M系统中，脉动电流会产生脉动 的转矩，对生产机械不利，同时也增加电机 的发热措施：设置平波电抗器、增加整流电路相数、 采用多重化技术4） 晶闸管-电动机系统的机械特性完整的V-M系统机械特性，分为电流连续区 和电流断续区，特点：*当电流连续时，特性还比较硬；*断续段特性则很软，而且呈显著的非线 性，理想空载转速翘得很高5）晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数 失控时间Ts选取：10页 ”sTs +1三 直流脉宽调速 S 系统的主要问题* 了解PWM变换器的工作状态和波形14页带制动电流通路的不可逆电路和双极式控制的可逆电路，电流的方向是可逆的，无论是重载 还是轻载，电流波形都是连续的带制动作用的不可逆电路具第一、二象限的机械特性，双 极式控制可逆电路的机械特性具四象限特性；电机在同一方向旋转时电流不能反向的电路，轻载时会出现电流断续现象，把平均电压抬高， 在理想空载时，Id = 0，理想空载转速会翘到nOs=Us / Ce 电能回馈与泵升电压的限制 由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电机制动时只好对滤波电容充电，这 将使电容两端电压升高，称作“泵升电压”。
限制：电力电子器件的耐压限制着最高泵升电压,一般几千瓦的调速系统所需的电容量达到 数千微法在大容量或负载有较大惯量的系统中，可以增加镇流电阻来消耗掉部分动能对 于更大容量的系统，为了提高效率，在二极管整流器输出端并接逆变器，把多余的能量逆变 后回馈电网四 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计 1.转速控制的要求和调速指标（1-2 20页） 转速控制要求：0）保证稳定；1） 调速——在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或平滑地（无级）调节 转速；2） 稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动， 以确保产品质量；3） 加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈 速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳调速指标：① 调速范围D=nmax/nmin （—个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差 率的转速可调范围）② 静差率 S=AnN/n0*100%③ 和负载匹配情况：一般要求：恒功率负载用恒功率调速，恒转矩负载用恒转矩调速计算公式：A n A nS = 4 = N n n + A n0min min N(1 - s ) A nn = n-m in sn s n SAn = min = N N 1 - S D(1 - S)n n n s— max — N~ — Nn n An (1 - s)min min N对于同一个调速系统，nN值一定，如果s值越小时，D也越小。
2. 开环调速系统及其存在的问题（1-2 21页） 若可逆直流脉宽调速系统是开环调速系统，调节控制电压就可以改变电动机的转速如果负 载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定范围内的无级 调速但是，开环调速系统往往不能满足许多需要调速的生产机械对静差率的要求3. 闭环调速系统的组成及其静特性（含 UPE 内容）1 掌握控制原理采用利用偏差纠正偏差的控制原理，在负反馈控制的闭环直流调速系统中，与电动机同轴安 装的测速发电机测出与被调量转速成正比的负反馈电压 ，与给定电压相比较得到转速偏差 电压，经放大器A产生电力电子变换器UPE的控制电压Uc，用以控制电动机转速n闭 环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地 改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降）2各部分稳态关系转速负反馈直流调速系统中各环节的稳态关系22页4•掌握闭环系统的稳态结构框图4. 开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系（1-3 24页）闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求 下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。
5. 反馈控制规律：三条：被调量有静差：抵抗扰动，服从给定；系统的精度依赖于给定和反馈检测精度有静差调速系统：P调节特点25页*反馈控制系统具有良好的抗扰性能，它能有效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上 的扰动作用，但对给定作用的变化则唯命是从扰动的概念：除给定信号外，作用在控制系统各环节上的一切会引起输出量变化的因素 调速系统的扰动源：负载变化的扰动（使Id变化）；交流电源电压波动的扰动（使Ks变化）；电动机励 磁的变化的扰动（造成Ce变化）；放大器输出电压漂移的扰动（使Kp变化）；温升引起 主电路电阻增大的扰动（使R变化）；检测误差的扰动（使 变化）给定精度一一由于给定决定系统输出，输出精度自然取决于给定精度检测精度一一反馈检测装置的误差是反馈控制系统无法克服的，因此检测精度决定系统输 出精度6. 限流保护一一电流截止负反馈问题的提出：起动的冲击电流——直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流， 这是不能允许的闭环调速系统突加给定起动的冲击电流――采用转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定 电压时，由于惯性，转速不可能立即建立起来，反馈电压仍为零，对电动机来说，相当于全 压起动，当然是不允许的。
堵转电流――有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况电流将远远超过允许值如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便解决办法：电枢串电阻起动、引入电流截止负反馈、加积分给定环节电流截止负反馈原理：考虑到限流作用只需在起动和堵转时起作用便可,故当电流大到一定 程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速这种 方法叫做电流截止负反馈,简称截流反馈闭环带电流截止反馈调速系统的稳态结构图：见复习PPT第五页以及堵转电流和临界截止 电流计算公式五．反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计1. 掌握闭环调速系统的动态结构框图,闭环直流调速系统可以看作是一个三阶线性系统（见复习PPT第五页）整个直流电动机的动态的结构框图见老PPT2. 掌握调速系统的开环传递函数3.K < WTs)+ 二 KcrTT4. 掌握反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件5. 动态校正——PI调节器的设计对于带电力电子变换器的直流闭环调速系统，由于其传递函数的阶次较低，一般采用PID 调节器的串联校正方案了解串联校正方法:无源网络校正一一RC网络；有源网络校正——PID调节器掌握PID调节器的类型比例微分（PD）比例积分（PI）比例积分微分（PID）PID调节器的功能由PD调节器构成的超前校正，可提高系统的稳定裕度，并获得足够的快速性，但稳态精度 可能受到影响。
由PI调节器构成的滞后校正，可以保证稳态精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定 的用PID调节器实现的滞后一超前校正则兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但 具体实现与调试要复杂一些.选择原则：一般的调速系统要求以动态稳定和稳态精度为主,对快速性的要求可以差一些，所以主要采 用PI调节器；在随动系统中，快速性是主要要求，须用PD或PID调节器伯德图与系统性能的关系：中频段以-20dB/dec的斜率穿越OdB,而且这一斜率覆盖足够的频带宽度，则系统的稳定性 好截止频率（或称剪切频率）越高，则系统的快速性越好 低频段的斜率陡、增益高，说明系统的稳态精度高 高频段衰减越快，即高频特性负分贝值越低，说明系统抗高频噪声干扰的能力越强设计时往往须在稳、准、快和抗干扰这四个矛盾的方面之间取得折中，才能获得比较满意 的结果稳定性与快速性的矛盾阐述见PPT系统设计稳定裕度要求及理由：相角裕度=30°〜60°和增益裕度〉6dB （见PPT） 保留适当的稳定裕度，是考虑到实际系统各环节参数发生变化时不致使系统失去稳定 在一般情况下，稳定裕度也能间接反映系统动态过程的平稳性，稳定裕度大，意味着动态过 程振荡弱、超调小。
设计步骤见PPT设计方法：凑试法：工程设计法六比例积分控制规律和无静差调速系统比例O放大器控制的直流调速系统，可使系统稳定，并有一定的稳定裕度，同时还能满 足一定的稳态精度指标旦是，带比例放大器的反馈控制闭环调速系统是有静差的调速系统1、 为什么采用P放大器控制是有静差的调速系统？采用P放大器控制的有静差的调速系统，Kp越大，系统精度越高；但Kp过大，将降低系 统稳定性，使系统动态不稳定进一步分析静差产生的原因，由于采用比例调节器，转速 调节器的输出为Uc = KpAUn, Uc不等于0,电动机运行，即AUn不等于0 ；Uc = 0,电动 机停止在采用比例调节器控制的自动系统中，输入偏差是维系系统运行的基础，必然要产 生静差，因此是有静差系统2、 积分（I）调节器和积分控制规律是否可以无差？采用积分调节器，当转速在稳态时达到与给定转速一致，系统仍有控制信号，保持系 统稳定运行，实现无静差调速3、 比例控制规律与积分调节器比较？比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状;而积分调节器的输出则包含了输入偏差 量的全部历史但在控制的快速性上，积分控制却又不如比例控制.4、 比例积分控制规律与积分调节器比较？比例积分（PI）控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点,扬 长避短，互相补充。
比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差5、 无静差直流调速系统及其稳态参数计算系统组成工作原理稳态结构与静特性参数计算第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一 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性1. 单闭环直流调速系统转速、电流双闭环直流调速系统的比较.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，单闭环系统就难以满足需要在单闭环直流调速系统中，不能随心所欲地 控制电流和转矩的动态过程，电流截止负反馈环节只能在超过临界截止电流值以后，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流双闭环直流调速系统既存在转速和电流两种负反馈，它们只能分别在不同的阶段里起作 用，起动过程，只有电流负反馈，没有转速负反馈；稳态时，只有转速负反馈，没有电流负 反馈2. 为什么引入转速、电流双闭环直流调速系统？为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电 流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套（或称串级）联接3. 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 转速、电流双闭环直流调速系统结构图 双闭环直流调速系统电路原理图 限幅电路图、电流检测电路 转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器 UPE。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环转速调节器 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4. 系统稳态结构框图转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器5. 系统静特性：矩形对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况限幅作用：饱和一一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零6. 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7. 各变量的稳态工作点和稳态参数计算两个调节器都不饱和时：U * 二 U 二a n 二a nn n 0U * = U 二卩 I 二卩 Ii i d dL口 U Cn +1 R CU*/a +1 RU 二一d0 二 e d二 e_n dL—c K K Ks s s8. 反馈系数计算a、BU*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。
二 双闭环直流调速系统的动态数学模型1. 双闭环直流调速系统的动态结构框图2. 双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形：起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：1）饱和非线性控制 （2）转速超调 （3）准时间最优控制 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3. 动态抗扰性能分析 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 抗负载扰动：负载扰动作用在电流环之后，只能靠ASR来产生抗负载扰动作用 抗电网电压扰动： 单闭环调速系统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 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. 转速和电流两个调节器的作用 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三 调节器的工程设计方法（看新PPT）设计方法的原则 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1. 典型 I 型系统2. 典型II型系统两种系统比较：这是设计时选择典型系统的重要依据典型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3. 控制系统的动态性能指标4. 典型 I 型系统性能指标与参数的关系K = Wc ，KT<11. 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（不同输入时的稳态误差） *I 型系统不能用于具有加速度输入的随动系统2）动态跟随性能指标K = Wc ，KT<1 典型 I 型系统是一种二阶系统K、T 与标准形式中的参数的换算关系ng 二-—2\ KT1go = _n 2T故00.5，常把系统设计成欠阻尼状态，即0.5＜坎1 阶跃响应动态指标计算公式：超调量、上升时间、峰值时间 典型I型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系图（KT）2. 典型I型系统动态抗扰性能指标与参数的关系图m）5. 典型II型系统性能指标和参数的关系 稳态跟随性能指标图不同输入时的稳态误差） 动态跟随性能指标（ h ）典型II型系统动态抗扰性能指标与参数的关系（h）：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是较好的选择（时间最短即 动态特性好）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 图1）调节器结构的选择：将控制对象校正成为典型系统校正成典型I型系统的几种调节器选择表校正成典型II型系统的几种调节器选择表（2） 传递函数近似处理1） 高频段小惯性环节的近似处理2） 高阶系统的降阶近似处理3） 低频段大惯性环节的近似处理：化为积分四 按工程设计方法设计双闭环系统的调节器图看新PPT）1.系统设计对象：转速、电流双闭环调速系统：双闭环调速系统的实际动态结构框图 2•系统设计原则：“先内环后外环”3. 系统设计步骤：电流调节器的设计：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电流调节器实现 电流调节器选择理由一一I型系统（电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型I型系 统，显然应采用日型的电流调节器）电流调节器的实现电流调节器电路参数的计算公式转速调节器的设计：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。
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转速调节器选择理由一一典型II型系统（ASR也应该采用 理调节器）转速环与电流环的关系。