* K p K sU n
RI d n n0cl ncl （2-2） Ce (1 K ) Ce (1 K ) 它的开环机械特性为
Ud0 Id n Ce
* K p K sU n
Ce
RId n0op nop Ce
* 在开环与闭环中的取值不同 Un
（2-3）
nop
n0op
因为条件是 n0cl n0op，所以 sop （2-5） scl 1 K
调速范围的比较
（3）在相同的静差率约束下，闭环系统的调速范围 为开环系统的（1+K）倍。 当系统的最高转速是电动机额定转速 nN ，所要 求的静差率为s时，
nN Dcl ncl ( 1 s )
nN Dop nop ( 1 s )
由式（2-4）得到
Dcl ( 1 K )Dop
（2-6）

从上述三点可见， 闭环系统的静特性比开环系统的 机械特性要硬得多， 在保证一定静差率的要求下，闭 环系统能够扩大调速范围。
系统调节过程
n n04 n03 n02 n01 n0cl A A’ B C D Ud04 Ud03 Ud02 Ud01 0 Id1 Id2 Id3 Id4 Id
稳态结构图
IdR Un*
ΔUn
Un
Kp
Uc
Ks
Ud0
E
1 Ce
n
α
图2-2 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图

只考虑给定作用时的闭环系统
1 Ce
n
U n*
Kp
Ks
α
图2-2 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图

-IdR
只考虑扰动作用时的闭环系统
1 Ce
n
Ks
Kp
α
图2-2 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图
U c K p U n
U n n
U d 0 K sU c

直流电动机
U d 0 I dR n Ce

以上各关系式中新出现的系数为： K p——比例调节器的比例系数； ——转速反馈系数（V· min/r） U d 0——电力电子变换器理想空载输出 电压（V）（变换器内阻已并入电枢回 路总电阻R中）。


Un经过放大器 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。 闭环控制系统和开环控制系统的 主要差别就在于转速经过测量元 件反馈到输入端参与控制。
闭环调速系统中各环节的稳态关 系

电压比较环节
* U n U n Un


比例调节器
测速反馈环节 电力电子变换器
系统工作原理
~
Id Un* Un
TG
ΔUn
A
Uc
UPE
Ud
M n
Utg
图2-1
带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图


在反馈控制的闭环直流调速系统 中，与电动机同轴安装一台测速 发电机 TG ，从而引出与被调量 转速成正比的负反馈电压Un ， Un与给定电压 U*n 相比较后，得 到转速偏差电压 Un ，
静特性方程式
RI d n Ce (1 K p K s / Ce ) Ce (1 K ) Ce (1 K )
* K p K sU n Id R * K p K sU n
（2-1）
式中: K
K p K s Ce
闭环系统的开环 放大系数
系统静特性分析

闭环系统的静特性方程式为
ΔnN
Ud2
0
TeN
Te
n n04 n03 n02 n01 n0cl
开环机械特性
闭环静特性
A A’ B C D Ud04 Ud03 Ud02 Ud01
0
Id1
Id2
Id3
Id4
Id
内 容 提 要

转速单闭环直流调速系统 转速、电流双闭环直流调速系统 调节器的设计方法


本节课要解决的问题



2.1.1转速单闭环直流调速系 统的控制规律

将系统的被调节量作为反馈量引入 系统中，使之与给定量进行比较，用 比较后的差值对系统进行控制，可以 有效地抑制直至消除扰动造成的影响， 而维持被调节量很少变化或不变，这 就是反馈控制的基本思想。

基于负反馈（输入量与输出量相 减）基础上的“检测误差，用以 纠正误差”这一原理组成的系统， 对于输出量反馈的传递途径有一 个闭合的环路，因此被称作闭环 控制系统。
运动控制系统 第2章
闭环控制的直流调速 系统
图1－17 开环调速系统的原理图
静差率与调速范围：
D
nN s nN ( 1 s )
U d 0 RId K sU c RId 开环调速系统静特性方程：n Ce Ce Ce
n
负载 控制电压
电枢电流 电枢电压
n01
ΔnN
U d1
n02
RI d nop Ce
它们的关系是
ncl
nop
1 K
（2-4）
n
n0
1 2
Δncl Δnop
0
IL
Id
图2-3 闭环系统静特性与开环系统机械特性
转速静差率的比较
（2）在相同的理想空载转速条件下，闭环系统的转速 1 静差率也仅为开环系统的 。
1 K
s cl
ncl
n0 cl
sop
开环机械特性
ห้องสมุดไป่ตู้
闭环静特性
图2-4 闭环系统静特性和开环系统机械特性的关系
开环系统 I d n 例如：在图2-4中工作点从A A′ 闭环系统 Id n Un Un

n Ud0 Uc 例如：在图2-4中工作点从A B

最终从A点所在的开环机械特性过渡 到B点所在的开环机械特性，电枢电 压由 U d 01 增加至 U d 02 。

载转速； ncl 和nop 分别表示闭环和开环系统的稳态速 降。

n0 cl 和 n0op分别表示闭环和开环系统的理想空
分析比较
负载转速降落、静差率、调速范围
式中
稳态速降的比较
（1）在相同的负载扰动下，闭环系统的负载降落 1 仅为开环系统转速降落的 1 K 。
RI d ncl Ce ( 1 K )
给出单闭环直流调速系统的原理框图、介绍工 作原理；利用稳态结构框图分析系统的静特性； 对静特性改善加以物理过程分析；利用反馈控 制规律对该调速系统的抗扰性能、系统设计需 要注意的问题加以分析（2.1.1） 在原有转速单闭环基础上引入电流截止负反馈， 对其静特性进行分析；给出实现方式（2.1.2） 分析单闭环单闭环直流调速系统的动态数学模 型，对系统的稳定性加以分析（2.1.3）