开环系统 Id 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 。
它们的关系是
ncl

nop
1 K
（2-4）
n
Δncl
n0
1
Δnop
2
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
静差率也仅为开环系统的 1
。
1 K
scl

ncl
n0cl
sop

nop
n0op
因为条件是 n0cl n0op，所以
TeN
Te
n
n04
开环机械特性
n03
n02
n01
n0cl
A
B
C
A’
0
Id1
Id2
Id3
闭环静特性
D
Ud04
Ud03 Ud02 Ud01
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
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）
闭环系统的静特性就是由多条开环 机械特性上相应的工作点组成的一 条特性曲线。
图1－17 开环调速系统的原理图
系统工作原理
~
Un* ΔUn A
Uc
Un
UPE
Id
Ud
M
n
Utg TG
图2-1 带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图系统调节过程nFra bibliotekn04
scl

sop 1 K
（2-5）
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，
Dcl

nN
ncl( 1 s
)
由式（2-4）得到
Dop

nN
nop ( 1 s )
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
开环机械特性
n03
n02
n01
n0cl
A
B
C
A’
闭环静特性
D
Ud04
Ud03 Ud02 Ud01
0
Id1
Id2
Id3
Id4
Id
图2-4 闭环系统静特性和开环系统机械特性的关系
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）
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。
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）。
稳态结构图
IdR
Un*
ΔUn
Kp Uc Ks Ud0
Un
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
Un*
Kp
Ks
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
U n

U
* n
Un
比例调节器
U c K p U n
测速反馈环节 U n n
电力电子变换器 直流电动机
U d 0 K sU c
n Ud0 I dR 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）
Un与给定电压 U*n 相比较后，得 到转速偏差电压 Un ，
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
只考虑扰动作用时的闭环系统
-IdR
1
n
Ce
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
静特性方程式
n
K
p
K
sU
* n

Id
R

K
p
KsU
* n

RId
Ce (1 K pKs / Ce ) Ce (1 K ) Ce (1 K )
（2-1）
式中:
K

K
p Ks
Ce
闭环系统的开环 放大系数
n0cl 和 n0op分别表示闭环和开环系统的理想空
载转速；
ncl 和nop 分别表示闭环和开环系统的稳态速
降。
分析比较
负载转速降落、静差率、调速范围
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
仅为开环系统转速降落的
1
1 K
。
ncl

RI d Ce(1
K
)
nop

RI d Ce
系统静特性分析
闭环系统的静特性方程式为
n

K
pK sU
* n
Ce (1 K)

RId Ce (1
K)

n0cl

ncl
（2-2）
它的开环机械特性为
n Ud0 Id Ce

K
p
K
sU
* n

RId
Ce
Ce
n0op nop
U
* n
在开环与闭环中的取值不同
（2-3）
式中
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。
系统工作原理
~
Un* ΔUn A
Uc
Un
UPE
Id
Ud
M
n
Utg TG
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 ，
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 )
开环调速系统静特性方程：n

U
d
0
Ce
RI
d

K sU c Ce

RI d Ce
n
负载
电枢电流
n01
控制电压 电枢电压 n02
ΔnN
U d1
ΔnN
U d2
0