基于MATLAB的直流脈寬調速系統(tǒng)仿真

1、大連理工大學城市學院 本科生畢業(yè)設計（論文）學 院：電子與自動化學院專 業(yè)： 自動化 學 生： 指導教師： 完成日期：2011年6月 5日 大連理工大學城市學院本科生畢業(yè)設計（論文）基于MATLAB的直流脈寬調速系統(tǒng)仿真總計 畢業(yè)設計（論文） 45 頁表格 3 個插圖 23 幅 摘 要直流調速系統(tǒng)具有調速范圍廣，精度高，動態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點，所以在電氣傳動中獲得了廣泛應用。本文從直流電動機的工作原理入手，建立了雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的數學模型，并詳細分析了系統(tǒng)的原理及其靜態(tài)和動態(tài)性能。然后按照自動控制原理，對雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的設計參數進行分析和計算，利用Simulink對系統(tǒng)進行了各種參數給定

2、下的仿真，通過仿真獲得了參數整定的依據。最后在理論分析和仿真研究的基礎上，設計了一套實驗用雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)，并詳細介紹了系統(tǒng)主電路，反饋電路，觸發(fā)電路及控制電路的具體實現(xiàn)電路。關鍵詞：直流電機；直流調速系統(tǒng)；雙閉環(huán)系統(tǒng)；仿真AbstractDC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and DC motor has been widely used in the area of electric drive because

3、 of its neatly adjustment, simple method and smooth control in a wide range, besides its control performance is excellent. Beginning with the theory of DC motor, this dissertation builts up the mathematic model of DC speed control system with double closed loops, detailedly discusses the static and

4、dynamic state performance of the system. Afterward, according to automation theroy this papar calculates the parameters of the system. Then, this dissertation simulates and analyzes the system by means of Simulink. The results of simulation are consistent with theory calculation. Some experience was

5、 acquired through simulation. Based on the theory and simulation, this dissertation designs a DC speed control system with double closed loops, discusses the realization of main circuit, feedback circuit, control circuit and trigger circuit. Keywords:DC motor;DC governing system;double loop control

6、system,simulink目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 直流調速概念11.2 直流調速系統(tǒng)發(fā)展史11.3 研究雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的目的和意義31.4 課題研究的主要內容41.4.1 研究內容41.4.2 論文安排4第2章 閉環(huán)直流調速系統(tǒng)52.1 直流調速系統(tǒng)的調速原理及性能指標52.1.1 直流調速系統(tǒng)的調速原理52.1.2 直流調速系統(tǒng)的性能指標62.2 電流、轉速雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的理論分析102.2.1 雙閉環(huán)調速的工作過程和原理102.2.2 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成及其靜特性102.3 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的數學模型和動態(tài)性能分析142.3.1 雙閉環(huán)直

7、流調速系統(tǒng)的數學模型的建立142.3.2 起動過程分析152.3.3 動態(tài)抗干擾性分析182.4 調節(jié)器的工程設計方法192.4.1 PI調節(jié)器192.4.2 調節(jié)器的設計方法192.4.3 型系統(tǒng)與型系統(tǒng)的性能比較202.4.4 轉速電流調節(jié)器結構的確定21第3章 PWM脈寬調制233.1 PWM基本介紹233.2 脈寬調制變換器233.3 橋式可逆PWM變換器25第4章 雙閉環(huán)直流脈寬調速系統(tǒng)設計及仿真294.1 系統(tǒng)總體設計294.2 電流環(huán)、轉速環(huán)的設計314.2.1 轉速調節(jié)器、電流調節(jié)器在雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng) 中的作用314.2.2 調節(jié)器的具體設計314.3 雙閉環(huán)直流脈寬調速系統(tǒng)

8、的MATLAB仿真354.3.1 MATLAB簡介354.3.2 電流環(huán)的MATLAB仿真354.3.3 轉速環(huán)的MATLAB仿真374.3.4 雙閉環(huán)可逆直流脈寬調速系統(tǒng)的MATLAB仿真38總 結42致 謝43參考文獻44附 錄45第1章 緒論本章簡要介紹了直流調速系統(tǒng)的概念、發(fā)展過程及其主要特點，并闡述了研究雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的目的和意義。1.1 直流調速概念直流調速1是指人為地或者自動地改變直流電動機的轉速，以滿足工作機械的要求。從機械特性上看，就是通過改變電動機的參數或者外加電壓等方法來改變電動機的機械特性，從而改變電動機機械特性和工作特性的交點，使得電動機的穩(wěn)定運轉速度發(fā)生變化。1

9、.2 直流調速系統(tǒng)發(fā)展史直流傳動具有良好的調速特性和轉矩控制性能，在工業(yè)生產中應用較早并沿用至今。早期直流傳動采用有接點控制，通過開關設備切換直流電動機電樞或者磁場回路電阻實現(xiàn)有極調速。1930年以后出現(xiàn)電機放大器控制的旋轉交流機組供電給直流電動機（由交流電動機M和直流發(fā)電機G構成，簡稱G-M系統(tǒng)），以后又出現(xiàn)了磁放大器和汞弧整流器供電等，實現(xiàn)了直流傳動的無接點控制。其特點是利用了直流電動機的轉速與輸入電壓有著簡單的比例關系的原理，通過調節(jié)直流發(fā)電機的勵磁電流或者汞弧整流器的觸發(fā)相位來獲得可變的直流電壓供給直流電動機，從而方便的實現(xiàn)調速。但這種調速方法后來被晶閘管可控整流器供電的直流調速系統(tǒng)所

10、取代，至今已不再使用。1957年晶閘管問世后，采用晶閘管相控裝置的可變直流電源一直在直流傳動中占主導地位。由于電力電子技術與器件的進步和晶閘管系統(tǒng)具有的良好動態(tài)性能，使直流調速系統(tǒng)的快速性、可靠性和經濟性不斷的提高，在20世紀相當長的一段時間內成為調速傳動的主流。今天正在逐步推廣應用的微機控制的全數字直流調速系統(tǒng)具有高精度、寬范圍的調速控制，代表著直流電氣傳動的發(fā)展方向。直流傳動之所以經歷多年發(fā)展仍在工業(yè)生產中得到廣泛應用，關鍵在于它能以簡單的手段達到較高的性能指標。例如高精度穩(wěn)速系統(tǒng)的穩(wěn)速精度達十萬分之一，寬調速系統(tǒng)的調速比達1:10000以上，快速響應系統(tǒng)的響應時間已縮短到幾毫秒以下。在實

11、際應用中，電動機作為把電能轉換為機械能的主要設備，一是要具有較高的機電能量轉換效率；二是能根據生產機械的工藝要求控制和調節(jié)電動機的旋轉速度。電動機的調速性能如何對提高產品質量、勞動生產率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。因此，調速技術一直是研究的熱點。長期以來，直流電動機由于調速性能優(yōu)越而掩蓋了結構復雜等缺點廣泛的應用于工程過程中。直流電動機在額定轉速以下運行時，保持勵磁電流恒定，可用改變電樞電壓的方法實現(xiàn)恒定轉矩調速；在額定轉速以上運行時，保持電樞電壓恒定，可用改變勵磁的方法實現(xiàn)恒功率調速。直流電動機具有良好的運行和控制特性，長期以來，直流調速系統(tǒng)一直占據壟斷地位，其中，雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)是目

12、前直流調速系統(tǒng)中的主流設備，它具有調速范圍寬、平穩(wěn)性好、穩(wěn)速精度高等優(yōu)點，在理論和實踐方面都是比較成熟的系統(tǒng)，在拖動領域中發(fā)揮著極其重要的作用。自19世紀80年代起至19世紀末以前，工業(yè)上傳動所用的電動機一直以直流電動機為唯一方式。到了19世紀末，出現(xiàn)了三相電源和結構簡單，堅固耐用的交流籠型電動機以后，交流電動機傳動在不調速的場合才代替了直流電動機傳動裝置。然而，隨著生產的不斷發(fā)展，調速對變速傳動裝置是一項基本的要求，現(xiàn)代應用的許多變速傳動系統(tǒng)，在滿足一定的調速范圍和連續(xù)（無級）調速的同時，還必須具有持續(xù)的穩(wěn)定性和良好的瞬態(tài)性能。雖然直流電動機可以滿足這些要求，但由于直流電動機在容量、體積、重

13、量、成本、制造和運行維護方面都不及交流電動機，所以長期以來人們一直渴望開發(fā)出交流調速電動機代替直流電動機。從60年代起，國外對交流電動機調速已開始重視。隨著電力電子學與電子技術的發(fā)展，特別是電力半導體器件的發(fā)展，使得采用半導體變流技術的交流調速系統(tǒng)得以實現(xiàn)。尤其是70年代以來，大規(guī)模集成電路和計算機控制技術的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應用，為交流電力拖動系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，促進了各種類型交流調速系統(tǒng)：如串級調速系統(tǒng)，變頻調速系統(tǒng)，無換向器電動機調速系統(tǒng)以及矢量控制調速系統(tǒng)等的飛速發(fā)展。目前交流電力拖動系統(tǒng)已具備了較寬的調速范圍，較高的穩(wěn)速精度，較快的動態(tài)響應，較高的工作效率以及可以四象限運

14、行和制動，其靜特性已可以與直流電動機拖動系統(tǒng)相媲美。國際上許多國家交流電力拖動系統(tǒng)已進入工業(yè)實用化階段，大有取代直流電力拖動系統(tǒng)的勢頭。但就目前而言，直流調速系統(tǒng)仍然是自動調速系統(tǒng)的主要形式，在許多工業(yè)部門，如軋鋼、礦山采掘、紡織、造紙等需要高性能調速的場合得到廣泛的應用。直流電動機可逆調速系統(tǒng)數字化已經走向實用化，其主要特點是：（1）常規(guī)的晶閘管直流調速系統(tǒng)中大量硬件可用軟件代替，從而簡化系統(tǒng)結構，減少了電子元件虛焊、接觸不良和漂移等引起的一些故障，而且維修方便；（2）動態(tài)參數調整方便；（3）系統(tǒng)可以方便的設計監(jiān)控、故障自診斷、故障自動復原程序，以提高系統(tǒng)的可靠性；（4）可采用數字濾波來提高

15、系統(tǒng)的抗干擾性能；（5）可采用數字反饋來提高系統(tǒng)的精度；（6）容易與上一級計算機交換信息；（7）具有信息存儲、數據通信的功能；（8）成本較低。而且，直流調速系統(tǒng)在理論和實踐上都比較成熟，從控制技術的角度來看，又是交流調速系統(tǒng)的基礎，因此，應首先著重研究直流調速系統(tǒng)，這樣才可以在掌握調速系統(tǒng)的基本理論下更好的對交流調速系統(tǒng)進行研究和探索1。1.3 研究雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的目的和意義轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)是性能很好，應用最廣的直流調速系統(tǒng)，采用轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動態(tài)調速特性。轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的控制規(guī)律，性能特點和設計方法是各種交、直流電力拖動自動控制系統(tǒng)

16、的重要基礎。首先，應掌握轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的基本組成以及靜特性；然后，在建立該系統(tǒng)動態(tài)數學模型的基礎上，從起動和抗擾兩個方面分析其性能和轉速與電流兩個調節(jié)器的作用；第三，研究一般調節(jié)器的工程設計方法和經典控制理論的動態(tài)校正方法相比，得出該設計方法的優(yōu)點；第四，應用工程設計方法解決雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中兩個調節(jié)器的設計問題等等。通過對轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的了解，使我們能更好的掌握調速系統(tǒng)的基本理論及相關內容，在對其各種性能加深了解的同時，能夠發(fā)現(xiàn)其缺陷，通過對該系統(tǒng)不足之處的完善，提高該系統(tǒng)的性能，使其能夠適用于各種工作場合，提高其使用效率。并以此為基礎，再對交流調速系統(tǒng)進行研究，最

17、終掌握各種交、直流調速系統(tǒng)的原理，使之能夠應用于國民經濟各個生產領域。1.4 課題研究的主要內容1.4.1 研究內容本設計以實現(xiàn)雙閉環(huán)直流脈寬調速系統(tǒng)的仿真為目標，主要內容有：1、直流調速系統(tǒng)的概念、原理以及性能指標；2、電流、轉速雙閉環(huán)的理論分析及其數學模型的建立；3、PWM脈寬調制的優(yōu)點及橋式可逆PWM變換器的簡介；4、設計轉速、電流調節(jié)器并對系統(tǒng)進行仿真等。1.4.2 論文安排1、理論部分：第1章和第2章主要介紹直流調速系統(tǒng)的概念、特點、原理和性能指標，以及直流調速系統(tǒng)的電流環(huán)、轉速環(huán)的理論分析和調節(jié)器的設計。第3章主要介紹PWM脈寬調制原理和作用。2、設計部分：第4章詳細介紹了雙閉環(huán)直

18、流調速系統(tǒng)中轉速、電流調節(jié)器的參設計方法和參數選定。3、仿真部分：根據設計方法和參數的選定，運用MATLAB中的SIMULINK對雙閉環(huán)直流脈寬調速系統(tǒng)進行仿真，并得出結論。第2章 閉環(huán)直流調速系統(tǒng)開環(huán)調速系統(tǒng)無法滿足人們期望的性能指標，本章就閉環(huán)控制的直流調速系統(tǒng)展開討論。簡單介紹了直流調速系統(tǒng)的調速原理及性能指標和雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的分析，以及調節(jié)器的設計方法。2.1 直流調速系統(tǒng)的調速原理及性能指標2.1.1 直流調速系統(tǒng)的調速原理直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在廣范圍內平滑調速，所以由晶閘管-直流電動機（V-M）組成的直流調速系統(tǒng)是目前應用較普遍的一種電力傳動自動化控制系統(tǒng)。它在理

19、論上實踐上都比較成熟，而且從閉環(huán)控制的角度看，它又是交流調速系統(tǒng)的基礎1，7。從生產機械要求控制的物理量來看，電力拖動自動控制系統(tǒng)有調速系統(tǒng)、位置隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）、張力控制系統(tǒng)、多電機同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉速來實現(xiàn)的，因此，調速系統(tǒng)是最基本的電力拖動控制系統(tǒng)。直流電動機的轉速和其它參量的關系和用式（2-1）表示 （2-1）式中 電動機轉速；電樞供電電壓；電樞電流； 電樞回路總電阻，單位為； 由電機機構決定的電勢系數。在上式中，是常數，電流是由負載決定的，因此，調節(jié)電動機的轉速可以有三種方法：（1）調節(jié)電樞供電電壓；（2）減弱勵磁磁通；（3）改變電樞回路電阻。對于

20、要求在一定范圍內無級平滑調速的系統(tǒng)來說，以調節(jié)電樞供電電壓的方式最好。改變電阻只能實現(xiàn)有級調速；減弱勵磁磁通雖然能夠平滑調速，但調速的范圍不大，往往只是配合調壓方案，在基速（額定轉速）以上做小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調速系統(tǒng)往往以改變電壓調速為主。2.1.2 直流調速系統(tǒng)的性能指標根據各類典型生產機械對調速系統(tǒng)提出的要求，一般可以概括為靜態(tài)和動態(tài)調速指標。靜態(tài)調速指標要求電力傳動自動控制系統(tǒng)能在最高轉速和最低轉速范圍內調節(jié)轉速，并且要求在不同轉速下工作時，速度穩(wěn)定；動態(tài)調速指標要求系統(tǒng)啟動、制動快而平穩(wěn)，并且具有良好的抗擾動能力。抗擾動性是指系統(tǒng)穩(wěn)定在某一轉速上運行時，應盡量不受負

21、載變化以及電源電壓波動等因素的影響1，7。1、靜態(tài)性能指標（1）調速范圍生產機械要求電動機在額定負載運行時，提供的最高轉速與最低轉速之比，稱為調速范圍，用符號表示 （2-2）（2）靜差率靜差率是用來表示負載轉矩變化時，轉速變化的程度，用系數s來表示。具體是指電動機穩(wěn)定工作時，在一條機械特性線上，電動機的負載由理想空載增加到額定值時，對應的轉速降落與理想空載轉速之比，用百分數表示為 （2-3）顯然，機械特性硬度越大，越小，靜差率就越小，轉速的穩(wěn)定度就越高。然而靜差率和機械特性硬度又是有區(qū)別的。兩條相互平行的直線性機械特性的靜差率是不同的。對于圖2-1中的線1和線2，它們有相同的轉速降落，但由于，

22、因此。這表明平行機械特性低速時靜差率較大，轉速的相對穩(wěn)定性就越差。在1000r/min時降落10r/min，只占1%；在100r/min時也降落10r/min，就占10%；如果只有10r/min，再降落10r/min時，電動機就停止轉動，轉速全都降落完了。由圖2-1可見，對一個調速系統(tǒng)來說，如果能滿足最低轉速運行的靜差率s，那么，其它轉速的靜差率也必然都能滿足。圖2-1 不同轉速下的機械特性事實上，調速范圍和靜差率這兩項指標并不是彼此孤立的，必須同時提才有意義。一個調速系統(tǒng)的調速范圍，是指在最低速時還能滿足所提靜差率要求的轉速可調范圍。脫離了對靜差率的要求。任何調速系統(tǒng)都可以得到極高的調速范圍

23、；反過來，脫離了調速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了。2、動態(tài)性能指標（1）跟隨性能指標在給定信號（或稱參考輸入信號）R(t)的作用下，系統(tǒng)輸出量C(t)的變化情況可用跟隨性能指標來描述。當給定信號表示方式不同時，輸出響應也不一樣。通常以輸出量的初始值為零，給定信號階躍變化下的過渡過程作為典型的跟隨過程，這時的動態(tài)響應又稱為階躍響應。一般希望在階躍響應中輸出量c(t)與其穩(wěn)態(tài)值的偏差越小越好，達到的時間越快越好。常用的階躍響應跟隨性能指標有上升時間，超調量和調節(jié)時間：a、上升時間在典型的階躍響應跟隨過程中，輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所經過的時間稱為上升時間，它表示動態(tài)響應的快速性，見

24、圖2-2。圖2-2 典型的階躍響應過程和跟隨性能指標b、超調量在典型的階躍響應跟隨系統(tǒng)中，輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏離量與穩(wěn)態(tài)值之比，用百分數表示，叫做超調量： （2-4）超調量反映系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。超調量越小，則相對穩(wěn)定性越好，即動態(tài)響應比較平穩(wěn)。c、調節(jié)時間調節(jié)時間又稱過渡過程時間，它衡量系統(tǒng)整個調節(jié)過程的快慢。原則上它應該是從給定量階躍變化起到輸出量完全穩(wěn)定下來為止的時間。對于線性控制系統(tǒng)來說，理論上要到才真正穩(wěn)定，但是實際系統(tǒng)由于存在非線性等因素并不是這樣。因此，一般在階躍響應曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取的范圍作為允許誤差帶，以響應曲線達到并不再超出該誤差帶所需的最短時間定義為調節(jié)時間，可見圖2

25、-2。（2）抗擾性能指標一般是以系統(tǒng)穩(wěn)定運行中，突加負載的階躍擾動后的動態(tài)過程作為典型的抗擾過程，并由此定義抗擾動態(tài)性能指標，可見圖2-3。常用的抗擾性能指標為動態(tài)降落和恢復時間：a、動態(tài)降落系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，突加一定數值的擾動（如額定負載擾動）后引起轉速的最大降落值叫做動態(tài)降落，用輸出量原穩(wěn)態(tài)值的百分數來表示。輸出量在動態(tài)降落后逐漸恢復，達到新的穩(wěn)態(tài)值，是系統(tǒng)在該擾動作用下的穩(wěn)態(tài)降落。動態(tài)降落一般都大于穩(wěn)態(tài)降落（即靜差）。調速系統(tǒng)突加額定負載擾動時的動態(tài)降落稱作動態(tài)降落。b、恢復時間從階躍擾動作用開始，到輸出量基本上恢復穩(wěn)態(tài)，距新穩(wěn)態(tài)值之差進入某基準量的范圍之內所需的時間，定義為恢復時間，其中

26、稱為抗擾指標中輸出量的基準值。實際系統(tǒng)中對于各種動態(tài)指標的要求各有不同，要根據生產機械的具體要求而定。一般來說，調速系統(tǒng)的動態(tài)指標以抗擾性能為主。圖2-3 突加擾動的動態(tài)過程和抗擾性能指標2.2 電流、轉速雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的理論分析2.2.1 雙閉環(huán)調速的工作過程和原理雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的工作過程和原理：電動機在啟動階段，電動機的實際轉速（電壓）低于給定值，速度調節(jié)器的輸入端存在一個偏差信號，經放大后輸出的電壓保持為限幅值，速度調節(jié)器工作在開環(huán)狀態(tài)，速度調節(jié)器的輸出電壓作為電流給定值送入電流調節(jié)器，此時則以最大電流給定值使電流調節(jié)器輸出移相信號，直流電壓迅速上升，電流也隨即增大直到等于最大給定值

27、，電動機以最大電流恒流加速啟動。電動機的最大電流（堵轉電流）可以通過整定速度調節(jié)器的輸出限幅值來改變。在電動機轉速上升到給定轉速后，速度調節(jié)器輸入端的偏差信號減小到近于零，速度調節(jié)器和電流調節(jié)器退出飽和狀態(tài)，閉環(huán)調節(jié)開始起作用。對負載引起的轉速波動，速度調節(jié)器輸入端產生的偏差信號將隨時通過速度調節(jié)器、電流調節(jié)器來修正觸發(fā)器的移相電壓，使整流橋輸出的直流電壓相應變化，從而校正和補償電動機的轉速偏差。另外電流調節(jié)器的小時間常數，還能夠對因電網波動引起的電動機電樞電流的變化進行快速調節(jié)，可以在電動機轉速還未來得及發(fā)生改變時，迅速使電流恢復到原來值，從而使速度更好地穩(wěn)定于某一轉速下運行1，5，7。2.

28、2.2 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成及其靜特性1、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成為了實現(xiàn)轉速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設置兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，即分別引入轉速負反饋和電流負反饋。兩者之間實行嵌套連接，如圖2-4所示。把轉速調節(jié)器的輸出當作電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結構上看，電流環(huán)在里面，稱作內環(huán)；轉速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。圖2-4 轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)其中：ASR轉速調節(jié)器；ACR電流調節(jié)器；TG測速發(fā)電機；TA電流互感器；UPE電力電子變換器；轉速給定電壓；轉速反饋電壓；電流給定電壓；電流反饋

29、電壓。2、 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的靜特性分析圖2-5 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構框圖圖2-5所示為雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構框圖。分析靜特性的關鍵是掌握PI調節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般使存在兩種狀況：飽和輸出達到限幅值，不飽和輸出未達到限幅值。當調節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調節(jié)器退出飽和，換句話說，飽和的調節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出的聯(lián)系，相當于使該調節(jié)環(huán)開環(huán)。當調節(jié)器不飽和時，PI的作用使輸入偏差電壓U在穩(wěn)態(tài)時總為零。實際上，在正常運行時，電流調節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的。因此，對于靜特性來說，只有轉速調節(jié)器飽和與不飽和兩種情況1，5，7。（1）轉速調節(jié)

30、器不飽和這時，兩個調節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都是零，因此，（2-5）（2-6）由第一個關系式可得：（2-7）從而得到圖2-5所示靜特性曲線的CA段。與此同時，由于ASR不飽和，可知，這就是說，CA段特性從理想空載狀態(tài)的一直延續(xù)到。而，一般都是大于額定電流的。這就是靜特性的運行段，它是一條水平的特性。（2）轉速調節(jié)器飽和這時，ASR輸出達到限幅值，轉速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉速的變化對系統(tǒng)不再產生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成了一個電流無靜差的單電流閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時：（2-8）其中，最大電流取決于電動機的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加速度，由上式可得靜特性的AB段，它是一條垂直的特性。這

31、種特性只適合于的情況，因為如果，則，ASR將退出飽和狀態(tài)。雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于時表現(xiàn)為轉速無靜差，這時，轉速負反饋起主要的調節(jié)作用，但負載電流達到時，對應于轉速調節(jié)器的飽和輸出，這時，電流調節(jié)器起主要調節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護。這就是采用了兩個PI調節(jié)器分別形成內、外兩個閉環(huán)的效果。然而，實際上運算放大器的開環(huán)放大系數并不是無窮大，因此，靜特性的兩段實際上都略有很小的靜差，見圖2-6中虛線。圖2-6 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的靜特性3、各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數計算由雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖可知，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作時，當兩個調節(jié)器都不飽和時，各

32、變量之間有以下關系： （2-9） （2-10） （2-11）上述關系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉速是由給定電壓決定，ASR的輸出量是由負載電流決定的，而控制電壓的大小則同時取決于和，或者說，同時取決于和。PI調節(jié)器輸出量在動態(tài)過程中決定于輸入量的積分，到達穩(wěn)態(tài)時，輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要PI調節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止。鑒于這一特點，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數計算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計算相似，即根據各調節(jié)器的給定與反饋值計算有關的反饋系數。轉速反饋系數： （2-12）電流反饋系數： （2-13）兩

33、個給定電壓的最大值、由設計者給定，受運算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的限制。2.3 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的數學模型和動態(tài)性能分析2.3.1 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的數學模型的建立雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)數學模型的建立涉及到可控硅觸發(fā)器和整流器的相關內容。全控式整流在穩(wěn)態(tài)下，觸發(fā)器控制電壓與整流輸出電壓的關系為： （2-14）其中：A整流器系數；整流器輸入交流電壓；整流器觸發(fā)角；觸發(fā)器移項控制電壓；K觸發(fā)器移項控制斜率。圖2-7 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖整流與觸發(fā)關系為余弦，工程中近似用線性環(huán)節(jié)代替觸發(fā)與放大環(huán)節(jié)，放大系數為： （2-15）繪制雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖如圖2-7所示。2.3.

34、2 起動過程分析雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止狀態(tài)起動時，轉速調節(jié)器輸出電壓、電流調節(jié)器輸出電壓、可控整流器輸出電壓、電動機電樞電流和轉速的動態(tài)響應波形過程如圖2-8所示。由于在起動過程中轉速調節(jié)器ASR經歷了不飽和、飽和、退出飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成圖中標明的、三個階段。第一階段是電流上升階段。當突加給定電壓時，由于電動機的機電慣性較大，電動機還來不及轉動，轉速負反饋電壓，這時，很大，使ASR的輸出突增為，ACR的輸出為，可控整流器的輸出為，使電樞電流迅速增加。當增加到（負載電流）時，電動機開始轉動，以后轉速調節(jié)器ASR的輸出很快達到限幅值，從而使電樞電流達到所對應的最大值（在

35、這過程中，的下降是由于電流負反饋所引起的），到這時電流負反饋電壓與ACR的給定電壓基本上是相等的，即 （2-16）式中，電流反饋系數。速度調節(jié)器ASR的輸出限幅值正是按這個要求來整定的。第二階段是恒流升速階段。從電流升到最大值開始，到轉速升到給定值為止，這是啟動過程的主要階段，在這個階段中，ASR一直是飽和的，轉速負反饋不起調節(jié)作用，轉速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流調節(jié)。由于電流保持恒定值，即系統(tǒng)的加速度為恒值，所以轉速按線性規(guī)律上升，由知，也線性增加，這就要求也要線性增加，故在啟動過程中電流調節(jié)器是不應該飽和的，晶閘管可控整流環(huán)節(jié)也不應該飽和。第三階段是轉速調節(jié)階段。轉速調節(jié)器在這個階段

36、中起作用。開始時轉速已經上升到給定值，ASR的給定電壓與轉速負反饋電壓相平衡，輸入偏差等于零。但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電動機仍在以最大電流下加速，使轉速超調。超調后，使ASR退出飽和，其輸出電壓（也就是ACR的給定電壓）才從限幅值降下來，與也隨之降了下來，但是，由于仍大于負載電流，在開始一段時間內轉速仍繼續(xù)上升。到時，電動機才開始在負載的阻力下減速，知道穩(wěn)定（如果系統(tǒng)的動態(tài)品質不夠好，可能振蕩幾次以后才穩(wěn)定）。在這個階段中ASR與ACR同時發(fā)揮作用，由于轉速調節(jié)器在外環(huán)，ASR處于主導地位，而ACR的作用則力圖使盡快地跟隨ASR輸出的變化。穩(wěn)態(tài)時，轉速等于給定值，電樞電流等于

37、負載電流，ASR和ACR的輸入偏差電壓都為零，但由于積分作用，它們都有恒定的輸出電壓。ASR的輸出電壓為 （2-17）ACR的輸出電壓為 （2-18）由上述可知，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，在啟動過程的大部分時間內，ASR處于飽和限幅狀態(tài)，轉速環(huán)相當于開路，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒電流調節(jié)，從而可基本上實現(xiàn)理想過程。雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的轉速響應一定有超調，只有在超調后，轉速調節(jié)器才能退出飽和，使在穩(wěn)定運行時ASR發(fā)揮調節(jié)作用，從而使在穩(wěn)態(tài)和接近穩(wěn)態(tài)運行中表現(xiàn)為無靜差調速。故雙閉環(huán)調速系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動態(tài)品質。綜上所述，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：1、飽和非線形控制隨著ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全

38、不同的兩種狀態(tài)，在不同情況下表現(xiàn)為不同結構的線形系統(tǒng)，只能采用分段線形化的方法來分析，不能簡單的用線形控制理論來籠統(tǒng)的設計這樣的控制系統(tǒng)。圖2-8 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)起動過程的電壓、電流、轉速波形2、轉速超調當轉速調節(jié)器ASR采用PI調節(jié)器時，轉速必然有超調。轉速略有超調一般是容許的，對于完全不允許超調的情況，應采用其他控制方法來抑制超調。3、準時間最優(yōu)控制在設備允許條件下實現(xiàn)最短時間的控制稱作“時間最優(yōu)控制”，對于電力拖動系統(tǒng)，在電動機允許過載能力限制下的恒流起動，就是時間最優(yōu)控制。但由于在起動過程、兩個階段中電流不能突變，實際起動過程與理想啟動過程相比還有一些差距，不過這兩段時間只占全部起

39、動時間中很小的成分，無傷大局，可稱作“準時間最優(yōu)控制”。采用飽和非線性控制的方法實現(xiàn)準時間最優(yōu)控制是一種很有實用價值的控制策略，在各種多環(huán)控制中得到普遍應用。2.3.3 動態(tài)抗干擾性分析一般來說，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)具有比較滿意的動態(tài)性能，對于調速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負載擾動和抗電網電壓擾動。1、抗負載擾動由雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖上可以看出，負載擾動作用在電流環(huán)之后，因此，只能靠轉速調節(jié)器ASR來產生抗負載擾動的作用。在設計ASR時，應要求有較好的抗擾性能指標。2、抗電網電壓擾動電網電壓變化對調速系統(tǒng)也產生擾動作用。在圖2-7所示的雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設了電流內環(huán)，電壓

40、波動可以通過電流反饋得到比較及時的調節(jié)，不必等它影響到轉速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網電壓波動引起的轉速動態(tài)變化會小得多。2.4 調節(jié)器的工程設計方法2.4.1 PI調節(jié)器PI調節(jié)器的結構如圖2-9所示1，2，3：圖2-9 PI調節(jié)器結構由圖可得： （2-19）PI調節(jié)器比例部分的放大系數；PI調節(jié)器積分時間常數。PI調節(jié)器的傳遞函數為： （2-20）2.4.2 調節(jié)器的設計方法為了保證轉速發(fā)生器的高精度和高可靠性，系統(tǒng)采用轉速變化率反饋和電流反饋的雙閉環(huán)電路主要考慮以下問題：1、保證轉速在設定后盡快達到穩(wěn)速狀態(tài)；2、保證最優(yōu)的穩(wěn)定時間；3、減小轉速超調量。

41、為了解決上述問題，就必須對轉速、電流兩個調節(jié)器的進行優(yōu)化設計，以滿足系統(tǒng)的需要。建立調節(jié)器工程設計方法所遵循的原則是：1、概念清楚、易懂；2、計算公式簡明、好記；3、不僅給出參數計算的公式，而且指明參數調整的方向；4、能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡明的計算公式；5、適用于各種可以簡化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。直流調速系統(tǒng)調節(jié)器參數的工程設計包括確定典型系統(tǒng)、選擇調節(jié)器類型、計算調節(jié)器參數、計算調節(jié)器電路參數、校驗等內容。在選擇調節(jié)器結構時，只采用少量的典型系統(tǒng)，它的參數與系統(tǒng)性能指標的關系都已事先找到，具體選擇參數時只須按現(xiàn)成的公式和表格中的數據計算一下就可以了，這樣就使設計方法規(guī)范化

42、，大大減少了設計工作量。2.4.3 型系統(tǒng)與型系統(tǒng)的性能比較 許多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數可表示為 （2-21）根據中積分環(huán)節(jié)個數的不同，將該控制系統(tǒng)稱為0型、型、型系統(tǒng)。自動控制理論證明，0型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時是有差的，而型及型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。因此，通常為了保證穩(wěn)定性和一定的穩(wěn)態(tài)精度，多用型、型系統(tǒng)，典型的型、型系統(tǒng)其開環(huán)傳遞函數為 （2-22） （2-23）典型型系統(tǒng)在動態(tài)跟隨性能上可做到超調小，但抗擾性能差；而典型型系統(tǒng)的超調量相對要大一些，抗擾性能卻比較好。接下來可用一個實例來說明這個問題。設被控對象的傳遞函數如式（2-24）： （2-24）若欲將系統(tǒng)校正成型系統(tǒng)，則調節(jié)器僅僅是一個比例環(huán)

43、節(jié)，若欲將系統(tǒng)校正成型系統(tǒng)，則調節(jié)器必須含有一個積分環(huán)節(jié)，并帶有一個比例微分環(huán)節(jié)，以便消除被控對象的一個慣性環(huán)節(jié)，故調節(jié)器采用如式（2-25）的PI調節(jié)器。仿真結果如圖2-10所示。從圖中可以清楚地看到型系統(tǒng)、型系統(tǒng)的差別。這種差別可以作為調節(jié)器選擇的原則。圖2-10 型系統(tǒng)、型系統(tǒng)性能比較2.4.4 轉速電流調節(jié)器結構的確定一般說來典型型系統(tǒng)在動態(tài)跟隨性能上可以做到超調小，但抗憂性能差；而典型型系統(tǒng)的超調量相對要大一些而抗擾性能卻比較好。圖2-10很好地說明了這一點?；诖?，在轉速-電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電流環(huán)的一個重要作用是保持電樞電流在動態(tài)過程中不超過允許值，即能否抑制超調是設計電流環(huán)首

44、先要考慮的問題，所以一般電流環(huán)多設計為型系統(tǒng)，電流調節(jié)的設計應以此為限定條件。至于轉速環(huán)，穩(wěn)態(tài)無靜差是最根本的要求，所以轉速環(huán)通常設計為型系統(tǒng)。在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，整流裝置滯后時間常數和電流濾波時間常數一般都比電樞回路電磁小很多，可將前兩者近似為一個慣性環(huán)節(jié)，取。這樣，經過小慣性環(huán)節(jié)的近似處理后，電流環(huán)的控制對象是一個雙慣性環(huán)節(jié)，要將其設計成典型型系統(tǒng)，同理，經過小慣性環(huán)節(jié)的近似處理后，轉速環(huán)的被控對象形如式（2-22）。如前所述，轉速環(huán)應設計成型系統(tǒng)，所以轉速調節(jié)器也就設計成PI型調節(jié)器，如下式所示： （2-25）第3章 PWM脈寬調制直流脈寬變換器，或稱直流PWM變換器，是在全控型電力電子

45、器件問世以后出現(xiàn)的能取代相控整流器的直流電源。本章主要介紹脈寬調制的優(yōu)越性和橋式可逆PWM變換器工作原理。3.1 PWM基本介紹自從全控型整流電力電子器件問世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調制的高頻開關控制方式，形成了脈寬調制變換器直流電動機調速系統(tǒng)，簡稱直流脈寬調速系統(tǒng)，或直流PWM調速系統(tǒng)。PWM系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：1、主電路線路簡單，需用的功率器件少；2、開關頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小；3、低速性能好，穩(wěn)速精度高，調速范圍寬，可達1：10000左右；4、若與快速響應的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快，動態(tài)抗干擾能力強；5、功率開關器件工作在開關狀態(tài)，導通

46、損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而裝置效率較高；直流電源采用不控整流時，電網 效率因數比相控整流器高。由于上述優(yōu)點，在中、小容量的高動態(tài)性能系統(tǒng)中，直流PWM調速系統(tǒng)的應用日益廣泛4。3.2 脈寬調制變換器在干線鐵道電力機車、工礦電力機車、城市電車和地鐵電機車等電力牽引設備上，常采用直流串勵或復勵電動機，由恒壓直流電網供電。過去用切換電樞回路電阻來控制電機的起動、制動和調速，在電阻中耗電很大。為了節(jié)能，并實行無觸電控制，現(xiàn)在多改用電力電子開關器件，如快速晶閘管，GTO，IGBT等。采用簡單的單管控制時，稱作直流斬波器，后來逐漸發(fā)展成采用各種脈沖寬度調制開關的電路，統(tǒng)稱為脈寬調制變換

47、器。直流斬波器電動機系統(tǒng)的原理如圖3-1 a所示，其中VT用開關符號表示任何一種電力電子器件，VD表示續(xù)流二極管。當VT導通時，直流電源電壓加到電動機上；當VT關斷時，直流電源與電機脫開，電動機電樞經VD續(xù)流，兩端電壓接近于零。如此反復，得到電樞端電壓波形，如圖3-1 b所示，好像是電源電壓在時間內被接上，又在內被斬斷，故稱為“斬波”。這樣，電動機得到的平均電壓為：（3-1）式中 功率開關器件的開關周期；開通時間；占空比，其中f為開關頻率。圖3-1脈寬調制變換器-電動機系統(tǒng)的原理圖和電壓波形圖如圖3-2 a所示，給出了一種可逆脈寬調速系統(tǒng)的基本原理圖，由VT1VT2共4個電力電子開關器件構成橋

48、式（或稱H形）可逆脈沖寬度調制（PULSE WIDTH MODULATION，簡稱PWM）變換器。VT1和VT4同時導通和關斷，VT2和VT3同時通斷，使電動機M的電樞兩端承受電壓或。改變兩組開關器件導通的時間，也就改變了電壓脈沖的寬度，得到電動機兩端電壓波形如圖3-2 b 所示。圖3-2 橋失可逆脈寬調速系統(tǒng)基本原理圖和電壓波形如果用表示VT1和VT4導通的時間，開關周期和占空比的定義和上面相同，則電動機電樞端電壓平均值為： （3-2）脈寬調制變換器的作用是：用脈沖寬度調制的方法，把恒定的直流電源電壓調制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調節(jié)電機轉速。3.

49、3 橋式可逆PWM變換器可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H型）電路，如圖3-3所示。雙極式控制可逆PWM變換器的4個驅動電壓波形如圖3-4所示。它們之間的關系是：。在一個開關周期內，當時，電樞電流沿回路1流通；當時，驅動電壓反相，沿回路2經二極管續(xù)流，。因此，在一個周期內具有正負相間的脈沖波形，這是雙極式名稱的由來。圖3-4也繪出了雙極式控制時的輸出電壓和電流波形。相當于一圖3-3 橋式可逆PWM變換器圖3-4 雙極式控制可逆PWM變換器的驅動電壓、輸出電壓和電流波形般負載的情況，脈動電流的方向始終為正；相當于輕載情況，電流可在正負方向之間脈動，但平均值仍為正，等于負載電

50、流。電動機的正反轉則體現(xiàn)在驅動電壓正、負脈沖的寬度上。當正脈沖較寬時，則的平均值為正，電動機正轉，反之，則反轉；如果正、負脈沖相等，平均輸出電壓為零，則電動機停止。圖3-4所示的波形是電動機正轉時的情況。雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為： （3-3）若占空比和電壓系數的定義與不可逆變換器相同，則在雙極式是可逆變換器中：就和不可逆變換器中的關系不一樣了。調速時，的可調范圍為0到1，相應的，=（-1）到（+1）。當1/2時，為正，電動機正轉；當1/2時，為負，電動機反轉；當=1/2時，=0，電動機停止。但電動機停止時電樞電壓并不等于零，而是正負脈寬相等的交變脈沖電壓，因而，電流也是交變的

51、。這個交變電流的平均值為零，不產生平均轉矩，徒然增大電動機的損耗，這是雙極式控制的缺點。但它也有好處，在電動機停止時仍有高頻微振電流，從而消除了正、反向時的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動力潤滑”的作用。雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有下列優(yōu)點：1、電流一定連續(xù)；2、可使電動機在四象限運行；3、電動機停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；4、低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調速范圍可達1：20000左右；5、低速時，每個開關器件的驅動脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導通。 雙極式控制方式的不足之處是：在工作過程中，4個開關器件可能都處于開關狀態(tài)，開關損耗大，而且在切換時可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，

52、在上、下橋臂的驅動脈沖之間，應設置邏輯延時。為了克服上述缺點，可采用單極式控制，使部分器件處于常通或常斷狀態(tài)，以減少開關次數和開關損耗，提高可靠性，但系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能會略有降低4，7。第4章雙閉環(huán)直流脈寬調速系統(tǒng)設計及仿真本章主要介紹了直流閉環(huán)調速系統(tǒng)中轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器的作用及其具體的設計方法，并利用MATLAB下的SIMULINK軟件建立圖形化的系統(tǒng)模型和仿真，同時將結果在示波器上顯示，從而對調節(jié)器的參數進行更為精確的調整。4.1 系統(tǒng)總體設計一般來說，我們總希望在最大電流受限制的情況下，盡量發(fā)揮直流電動機的過載能力，使電力拖動控制系統(tǒng)以盡可能大的加速度起動，達到穩(wěn)態(tài)轉速后，電流應快

53、速下降，保證輸出轉矩與負載轉矩平衡，進入穩(wěn)定運行狀態(tài)。這種理想的起動過程如圖4-1所示。為實現(xiàn)在約束條件快速起動，關鍵是要有一個使電流保持在最大值的恒流過程。根據反饋控制規(guī)律，要控制某個量，只要引入這個量的負反饋。因此采用電流負反饋控制過程，起動過程中，電動機轉速快速上升，而要保持電流恒定，只需電流負反饋；穩(wěn)定運行過程中，要求轉矩保持平衡，需使轉速保持恒定，應以轉速負反饋為主。采用轉速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。如圖4-2所示。圖4-1理想啟動過程圖4-2 雙閉環(huán)直流調速控制系統(tǒng)原理圖如圖4-3a所示的是帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調速系統(tǒng)的電流、轉速起動特性曲線，而我們希望的電流、轉速起動特性曲線如圖

54、4-3b所示。 圖4-3 直流調速系統(tǒng)的電流、轉速起動特性曲線雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近于理想的起動過程，因此在分析雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)性能時，應該先分析它的起動過程（起動過程分析見2.3.2節(jié)）。4.2 電流環(huán)、轉速環(huán)的設計4.2.1 轉速調節(jié)器、電流調節(jié)器在雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)中的作用1、轉速調節(jié)器的作用（1）轉速調節(jié)器是調速系統(tǒng)的主導調節(jié)器，它使轉速很快的跟隨給定電壓的變化；穩(wěn)態(tài)時可減小轉速誤差，如果采用PI調節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差；（2）對負載變化起抗擾作用；（3）其輸出限幅值決定電動機允許的最大電流；2、電流調節(jié)器的作用（1）為內環(huán)的調節(jié)器，在轉速外環(huán)的調節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調節(jié)器的輸出量）變化；（2）對電網電壓的波動起及時抗擾的作用；（3）在轉速動態(tài)過程中，保證獲得電動機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程；（4）當電動機過載甚至堵轉時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的。4.2.2 調節(jié)器的具體設計本設計為雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋