I dL
U
n
1
+
Tons 1
-
WASR (s)
U
i
1 Tois 1
-
WACR (s) Uc
Kc Tcs 1
U dE
-
1/ R Id Tl s 1
-
R Tm s
1 Ce
n
转速环
电流环
Tois 1
Tons 1
Harbin Institute of Technology
直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
四、结论
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系统建模与仿真
1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
自70年代以来，国内外在电气传动领域里，大量地 采用了“晶闸管整流电动机调速”技术（简称V-M调 速系统）。尽管当今功率半导体变流技术已有了突 飞猛进的发展，但在工业生产中V-M系统的应用还是 占有相当比重的。
系统建模与仿真
Outline
1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计 2 基于双闭环PID控制的一阶倒立摆控制系统设计 3 龙门吊车重物防摆的鲁棒PID控制方案 4 龙门吊车重物防摆的滑模变结构控制方案 5 一阶直线倒立摆系统的可控性研究 6 自平衡式两轮电动车运动控制技术研究 7 问题与探究---灵长类仿生机器人运动控制
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1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
晶闸管触发与整流装置可以看成是一个具有纯滞后 的放大环节，其滞后作用是由晶闸管装置的失控时间 引起的。考虑到失控时间很小，忽略其高次项，则其 传递函数可近似成一阶惯性环节，如下式所示
Ud0(s) Ks Uct (s) Tss 1
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系统建模与仿真
1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
一、系统建模
1.1 电动机的数学模型 1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的 2.2 关于积分调节器的饱和非线性问题 2.3 ASR与ACR的工程设计方法
系统建模与仿真
1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
2.提高系统抗扰性能
通过调节器的适当设计可使系统“转速环”对于电网电压及负载 转矩的波动或突变等扰动予以控制（迅速抑制），在最大速降、 恢复时间等指标上达到最佳。
Id ,n
n
I dL 2
I dL1 tf
t1
t2
t
图 双闭环控制直流调速系统负载扰动特性
根据额定励磁下他励直流电动机的等效 电路，可以写出回路中电压和转矩平衡 的微分方程
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系统建模与仿真
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系统建模与仿真
电动机的数学模型
通过对上面两式进行拉氏变换后，可 以得到电动机的数学模型（动态传递 函数形式）
四、结论
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系统建模与仿真
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1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
比例放大器、测速发电机和电流互感器的响应通 常都可以认为是瞬时的，但是在电流和转速的检测信 号中常含有交流分量（噪声），故在反馈通道和给定 信号前均加入滤波环节。
一、系统建模
1.1 电动机的数学模型 1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的 2.2 关于积分调节器的饱和非线性问题 2.3 ASR与ACR的工程设计方法
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
四、结论
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系统建模与仿真
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1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
1.启动的快速性问题
借助于PI调节器的饱和非线性特性，使得 系统在电动机允许的过载能力下尽可能地 快速启动。
Id ,n I dm
n I dL
t
图4-5 理想电动机起动特性
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一、系统建模
1.1 电动机的数学模型 1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的 2.2 关于积分调节器的饱和非线性问题 2.3 ASR与AC能
四、结论
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系统建模与仿真
1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
一、系统建模
1.1 电动机的数学模型 1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的 2.2 关于积分调节器的饱和非线性问题 2.3 ASR与ACR的工程设计方法
Ud0(s) +
_
IdL (s)
_
1/ R Id (s)
R E(s) 1 n(s)
Tl s 1 +
Tm s
Ce
其中
Tl

L R
为电枢回路电磁时间常数
Tm

GD2 R 375CeCm
为电机系统机电时间常数
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1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
automatic current regulator (ACR) 自动电流调节器 automatic speed regulator (ASR)自动速度调节器.实际上就是调速器 Harbin Institute of Technology
系统建模与仿真
1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计——建模
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
一、系统建模
1.1 电动机的数学模型 1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的 2.2 关于积分调节器的饱和非线性问题 2.3 ASR与ACR的工程设计方法
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能