各变量的稳态工作点和稳态参数计算
稳态工作中，两个调节器都不饱和
电力传动自动控制系统(1)
PI调节器的特点
比例调节器的输出量总是正比于其输 入量。
PI调节器未饱和时，其输出量的稳态 值是输入的积分，直到输入为零，才停 止积分。这时，输出量与输入无关，而 是由它后面环节的需要决定的。
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动态抗扰性能分析
调速系统的动态抗扰性能， 主要是抗负载扰动和抗电网 电压扰动的性能
电力传动自动控制系统(1)
1. 抗负载扰动
U*n
U*i
+ - ASR
ACR
-
Un
Ui
Ks Tss+1
Ud0 -
±∆IdL
1/R Id Tl s+1
RE
n
Tms
1/Ce
电力传动自动控制系统(1)
2. 抗电网电压扰动
U*n
U*i
+ - ASR
ACR
-
Un
Ui
±∆Ud
-IdL
Ks Tss+1
Ud0 -
1/R Id Tl s+1
RE
n
Tms
1/Ce
电力传动自动控制系统(1)
转速和电流两个调节器的作用
1. 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）输出限幅值决定电机允许的最大电流。
设计工作分两步走： 1.选择调节器的结构，使系统典型化，以确
保系统稳定，同时满足所需的稳态精度。 2.再选择调节器的参数，以满足动态性能指
标的要求。
电力传动自动控制系统(1)
调节器结构的选择
选择调节器，将控制对象校正成为典型系统。
输入
调节器
输出
控制对象
系统校正
输入
典型系统
输出
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转速单闭环系统不能随意控制电流和转 矩的动态过程。
采用电流截止负反馈环节只能限制电流 的冲击，并不能很好地控制电流的动态 波形。
电力传动自动控制系统(1)
起动过程
Id n Idm
Idcr
n
Id n Idm n
IdL
IdL
O
t
带电流截止负反馈的单闭环调速系统
O
t
理想的快速起动过程
电力传动自动控制系统(1)
ASR U*i
Ui -
ACR Uc UPE Ud0 +
-IdR
n
+
Ks
E 1/Ce
- Un
双闭环直流调速系统的稳态结构框图
—转速反馈系数 —电流反馈系数 电力传动自动控制系统(1)
调节器输出限幅的作用
转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定
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。
反馈系数计算
转速反馈系数 电流反馈系数
电力传动自动控制系统(1)
二、数学模型和动态性能分析
-IdL
U*n
+-
Un
U*i
WASR(s)
-
Ui
WACR(s) Uc
Ks Tss+1
-
Ud0
1/R Tl s+1
Id
+
R
n
Tms
1/Ce E
电力传动自动控制系统(1)
起动过程分析 n
I II
III
按转速调节器ASR
希望能实现的控制
n 在起动过程的主要阶段，只有 电流负反馈，没有转速负反馈。 n 达到稳态后，只要转速负反馈， 不让电流负反馈发挥主要作用。
电力传动自动控制系统(1)
转速、电流双闭环直流调速系统
TA
Ui i 内环
+
U*n +-
U*i ASR +
ACR Uc UPE
Ud
Un
n
-
外环
Id
+
MM
-
n
TTGG
不饱和、饱和、退
饱和分成三个阶段： O
t
I.电流上升阶段
Id
Idm
II.恒流升速阶段
III.转速调节阶段
O
t1
t2 t3 t4
t
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双闭环直流调速系统起动过程的特点 （1）饱和非线性控制 （2）转速超调 （3）准时间最优控制(有限制条件的
最短时间控制)
电力传动自动控制系统(1)
电力传动自动控制系统(1)
三、调节器的工程设计方法
（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
调整参数的方向； （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。
电力传动自动控制系统(1)
工程设计方法的基本思路
电力传动自动控制系统(1)
静特性
n
设计时，使 ACR不会达到饱
n0 C
和状态。
至于ASR，在
CA段未饱和，在
AB段饱和。
O
IdN
A
B
பைடு நூலகம்Idm
Id
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（1）转速调节器不饱和
（U*i < U*im， Id < Idm） （2） 转速调节器饱和
(n < n0 )
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典型I型系统
T — 系统的惯性时间常数； K — 系统的开环增益。
选择参数，保证
或
，使系统足够
稳定。
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典型Ⅱ型系统
或
保证系统足够稳定
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控制系统的动态性能指标
1.跟随性能指标 2.抗扰性能指标 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。
电力传动自动控制系统(1)
当ASR饱和时，相当于电流单闭环系统, 实现“只有电流负反馈，没有转速负反馈”
Id
R
Ui -
ACR Uc UPE Ud0 +
-IdR
n
+
Ks
E 1/Ce
当ASR不饱和时，ASR成为主导的调节器， 转速负反馈起主要作用。
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稳态结构框图
Id
R
U*n +
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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 外环调节器的输出量变化。
（2）对电网电压波动起及时抗扰作用。 （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。
电力传动自动控制系统 (1)
2020/11/27
电力传动自动控制系统(1)
主要内容
1.双闭环调速系统的组成及其静特性 2.数学模型和动态性能分析 3.调节器的工程设计方法 4.双闭环系统调节器的设计 *5.转速超调的抑制 *6.弱磁控制的直流调速系统
电力传动自动控制系统(1)
一、双闭环调速系统及其静特性
电力传动自动控制系统(1)
系统典型的阶跃响应曲线
±5%（或±2%）
O0
tr
ts
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阶跃响应跟随性能指标
tr — 上升时间 — 超调量 ts — 调节时间
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