第2章直流電動機(jī)V-M不可逆調(diào)速系統(tǒng)

2.1直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)——帶有機(jī)械換向裝置，即有換向器和電刷，運(yùn)行時會產(chǎn)生火化和電磁干擾，電刷易磨損需維護(hù)、更換。

1)直流調(diào)速系統(tǒng)仍有應(yīng)用；2）直流電機(jī)各參數(shù)、變量之間的關(guān)系幾乎都是簡單明了的線性函數(shù)關(guān)系，數(shù)學(xué)模型較為簡單、準(zhǔn)確，控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟、經(jīng)典，是拖動控制的基礎(chǔ)。優(yōu)點(diǎn)——調(diào)速性能好、控制性能好、起制動性能好；學(xué)習(xí)直流調(diào)速系統(tǒng)的理由：第2章直流電動機(jī)V-M不可逆調(diào)速系統(tǒng)2.1直流調(diào)速12.1.1直流調(diào)速系統(tǒng)的類型1．直流調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)速方法

(1)改變電樞回路電阻——電樞回路串電阻調(diào)速；自控系統(tǒng)不用(2)調(diào)節(jié)電摳供電電壓——變壓調(diào)速；主導(dǎo)調(diào)速方法

(3)減弱勵磁磁通——------弱磁調(diào)速。輔助調(diào)速方法

2．直流調(diào)速系統(tǒng)主電路——可調(diào)壓的直流電源常用的有：

(1)G-M系統(tǒng)(發(fā)電機(jī)-電動機(jī)系統(tǒng))(2)V-M系統(tǒng)(可控整流器-電動機(jī)系統(tǒng))(3)直流脈寬調(diào)制（PWM）系統(tǒng)(斬波器-電動機(jī)系統(tǒng))3．直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方式主電路構(gòu)成不同，控制方法不同：移相控制、PWM控制等閉環(huán)控制方式開環(huán)控制

閉環(huán)控制單閉環(huán)速度環(huán)雙閉環(huán)速度環(huán)和電流環(huán)多環(huán)控制加位置環(huán)等

電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中通常為：4．工作象限a）單象限運(yùn)行b)電壓可反向的二象限運(yùn)行c)電流可反向的二象限運(yùn)行2.1.1直流調(diào)速系統(tǒng)的類型1．直流調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)速方22.1.2G-M系統(tǒng)系統(tǒng)原理圖控制原理、控制思路制動時的能量傳遞關(guān)系工作原理工作象限優(yōu)點(diǎn)：特性好，平穩(wěn)系統(tǒng)原理圖50年代曾廣泛地使用，目前仍有應(yīng)用缺點(diǎn)：設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低機(jī)械特性2.1.2G-M系統(tǒng)系統(tǒng)原理圖控制原理、控制思路32.1.3V-M系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成控制思路制動時的能量傳遞關(guān)系控制原理工作象限優(yōu)點(diǎn)：靜止裝置、經(jīng)濟(jì)、可靠觸發(fā)裝置GT缺點(diǎn)：功率因數(shù)低、對電網(wǎng)諧波污染

V-M系統(tǒng)是70～90年代直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式2.1.3V-M系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成控制思路制動時的能量42.1.4直流脈寬調(diào)制（PWM）系統(tǒng)a）原理電路圖b）斬波器輸出電壓波形原理電路圖制動時的能量傳遞關(guān)系工作象限優(yōu)缺點(diǎn)a)單管電路b)雙管電路c)雙管電路d)H型橋式電路控制思路控制原理2.1.4直流脈寬調(diào)制（PWM）系統(tǒng)a）原理電路圖52.2V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性2.2.1電流連續(xù)時的機(jī)械特性1．可控整流裝置的輸出電壓mUmUd0m單相橋式20.9U2三相半波31.17U2三相橋式62.34U2不計換流時計及LC換流及內(nèi)阻影響時2．電壓平衡方程式等效電路2.2V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性2.2.1電流連續(xù)時的機(jī)械63．V-M系統(tǒng)電流連續(xù)時的機(jī)械特性機(jī)械特性方程式為：理想空載轉(zhuǎn)速n0，控制角增大時n0下降控制角變化時斜率不變，為：∵是一組平行下移的直線記作：3．V-M系統(tǒng)電流連續(xù)時的機(jī)械特性機(jī)械特性方程式為：72.2.2電流斷續(xù)時的機(jī)械特性以三相半波整流電路為例1．理想空載轉(zhuǎn)速：輸出電壓的峰值相同，有同一個實(shí)際理想空載轉(zhuǎn)速

2．電流斷續(xù)時機(jī)械特性曲線的斜率3．電流斷續(xù)區(qū)域范圍4．電流斷續(xù)時的機(jī)械特性曲線與電抗器電感量的大小有關(guān)工程上一般取時，隨著電流減小，回路的等效電阻增大，斜率增大電流連續(xù)時電流斷續(xù)時：輸出電壓的峰值隨α增大而下降，空載轉(zhuǎn)速下降2.2.2電流斷續(xù)時的機(jī)械特性以三相半波整流電路為例182.3開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速指標(biāo)2.3.1開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)的最終控制對象是電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)速n。該電力拖動系統(tǒng)是一個開環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)。1．系統(tǒng)原理圖“”符號的含意

同步移相觸發(fā)電路GT2.3開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速指標(biāo)2.3.1開環(huán)9

2．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖——表明自動控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，其各個環(huán)節(jié)之間的輸入量與輸出量之間數(shù)學(xué)關(guān)系的結(jié)構(gòu)框圖

α在30°～120°的范圍內(nèi)對觸發(fā)裝置與可控整流橋整體來說，看成是一個線性放大環(huán)節(jié)，放大系數(shù)是。

1)求與的關(guān)系

對同步移相信號為正弦波（正弦波幅值為Um）的觸發(fā)電路對直流電動機(jī)，穩(wěn)態(tài)時有

2)求與n的關(guān)系穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖對同步移相信號為鋸齒波的觸發(fā)電路（鋸齒波起點(diǎn)幅值-Um，終點(diǎn)幅值Um，寬度為180°）2．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖——表明自動控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)102.3.2調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)1．對調(diào)速系統(tǒng)的要求(1)調(diào)速(2)穩(wěn)速(3)加、減速2．調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)(1)調(diào)速范圍D(2)靜差率S額定轉(zhuǎn)矩下提供的最高、最低轉(zhuǎn)速當(dāng)系統(tǒng)在某一給定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時，負(fù)載由空載增加到額定負(fù)載時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落與該給定轉(zhuǎn)速下理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱作靜差率S

開環(huán)V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性機(jī)械特性曲線平行時，如果低速時的靜差率能滿足要求，則高速時的靜差率自然就滿足要求了。故靜差率可表示成：靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化時的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度的。機(jī)械特性越硬則靜差率越小，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度就越高。

2.3.2調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)1．對調(diào)速系統(tǒng)的要求(1)113．調(diào)速范圍與靜差率的關(guān)系調(diào)速范圍D、靜差率S和轉(zhuǎn)速降，三者之間的關(guān)系式為：

顯然，當(dāng)系統(tǒng)的機(jī)械特性硬度一定，即一定時，若對靜差率要求越高（S值越小），則允許的調(diào)速范圍就越小。

例如，某一開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)，額定轉(zhuǎn)速nN=1000r/min，額定負(fù)載下的穩(wěn)態(tài)速降△nN＝50r/min，當(dāng)要求靜差率S=0.33時，允許的調(diào)速范圍為：如果要求S=0.1，則調(diào)速范圍只有：4．開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的主要問題無法克服的缺點(diǎn)——轉(zhuǎn)速波動大、調(diào)速范圍小。遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)實(shí)際的要求。原因：當(dāng)S與D都一定時，要滿足要求的唯一途徑是降低△nN

，但對已制成的系統(tǒng)是無法減小的，對新設(shè)計的系統(tǒng)也很難達(dá)到能大幅度降低的要求。解決辦法：閉環(huán)控制調(diào)速系統(tǒng)。3．調(diào)速范圍與靜差率的關(guān)系調(diào)速范圍D、靜差率S和轉(zhuǎn)速降122.4單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)及靜特性2.4.1有靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)1．系統(tǒng)原理圖與開環(huán)V-M系統(tǒng)比，增加了速度閉環(huán)控制環(huán)節(jié)：測速裝置、速度比較、速度調(diào)節(jié)器。測速裝置：直流測速發(fā)電機(jī)

TG，輸出電壓與轉(zhuǎn)速n成正比，轉(zhuǎn)速反饋值Un速度比較。（Un*的定標(biāo)將取決于Un的定標(biāo)）速度調(diào)節(jié)器ASR。調(diào)節(jié)器——對誤差信號進(jìn)行運(yùn)算、調(diào)節(jié)（如比例P、積分I、微分D等）的單元2.4單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)及靜特性2.4.1有靜差轉(zhuǎn)132．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

速度比較環(huán)節(jié)：

速度調(diào)節(jié)器(放大環(huán)節(jié))：直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速：晶閘管觸發(fā)裝置與可控整流橋：測速發(fā)電機(jī)：各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)原理圖2．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖速度比較環(huán)節(jié)：速度調(diào)節(jié)器142.4.2閉環(huán)V-M系統(tǒng)的靜特性靜特性方程：

——電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電動機(jī)的電流（或轉(zhuǎn)矩）之間的關(guān)系。1．靜特性（可理解為閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性）式中，2．開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較

開環(huán)系統(tǒng)（OP）：

閉環(huán)系統(tǒng)（CL）：

空載轉(zhuǎn)速n0、負(fù)載Ia相同的情況下，有

閉環(huán)系統(tǒng)加載后的轉(zhuǎn)速降只是開環(huán)系統(tǒng)的1/(1+K)只要把KP取得足夠大，使K很大，就可以使△nCL

非常小,靜差率S大大減小同一靜差要求下大大提高了系統(tǒng)的調(diào)速范圍D

穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2.4.2閉環(huán)V-M系統(tǒng)的靜特性——電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電動機(jī)的15開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性與閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的比較閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系

只有放大環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速降只能減小而不能消除.為

“有靜差”調(diào)速系統(tǒng)。2．開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較(續(xù)）閉環(huán)系統(tǒng)能減少穩(wěn)態(tài)速降決不是閉環(huán)后電樞回路電阻能自動減小，而是在于它的自動調(diào)節(jié)作用。穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性與閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的比較閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機(jī)163．?dāng)_動對系統(tǒng)的影響引起電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的因素：

1）負(fù)載變化2）交流電源電壓波動

5）溫升引起系統(tǒng)參數(shù)的變化3）電動機(jī)勵磁的變化

4）放大器放大系統(tǒng)的漂移

在轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)中，負(fù)載擾動及前向通道的擾動最終都要影響轉(zhuǎn)速變化而被測速裝置檢測出來，再通過反饋控制來減小它們對轉(zhuǎn)速的影響。都能被有效地加以抑制。但是對于轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)及轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)本身的誤差所引起的轉(zhuǎn)速偏差，反饋調(diào)節(jié)則無能為力。自動調(diào)速系統(tǒng)的給定作用與擾動作用從穩(wěn)態(tài)精度來看，K值越大越好，然而，從后面對動態(tài)穩(wěn)定性分析中可知，K值不能隨意增大。3．?dāng)_動對系統(tǒng)的影響引起電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的因素：1）負(fù)載變化17名

稱比例（P）積分（I）比例積分（PI）積分比例（IP）2.5單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)分析方法及步驟：

1）推導(dǎo)出調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的微分方程和傳遞函數(shù)2）建立系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，得到系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖3）進(jìn)行穩(wěn)定性分析4）動態(tài)性能的分析

2.5.1閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型1．幾個常用環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)電路圖階躍響應(yīng)傳遞函數(shù)名稱比例（P）積分（I）比例積分（PI）積分比例（IP）18比例積分（PI）電路圖階躍響應(yīng)傳遞函數(shù)垂直線段a——比例斜線段b——積分水平直線段c——飽和式中，比例積分（PI）電路圖階躍響應(yīng)傳遞函數(shù)垂直線段a192．晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)把觸發(fā)電路GT和可控整流橋V合并，當(dāng)作一個環(huán)節(jié)來看待輸入量Uct輸出量Udo

是一個放大系數(shù)為Ks的純滯后的放大環(huán)節(jié)，滯后是由裝置的失控時間引起的。觸發(fā)裝置兩個觸發(fā)脈沖的間隔時間是1/(mf)秒，m——脈波數(shù)，f——電源頻率。設(shè)滯后的時間是Ts秒，則Ts是一個從0至1/(mf)之間的一個隨機(jī)值。

原因是…，取其統(tǒng)計平均值，有：電路形式單相半波單相橋式三相半波三相橋式一周內(nèi)脈波數(shù)m1236延時時間TS/ms1053.331.67整流裝置的傳遞函數(shù)為b）近似的a）準(zhǔn)確的2．晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)把觸發(fā)電路GT和可控203．直流電動機(jī)的傳遞函數(shù)假定：1）勵磁為額定，且保持不變。Ea=Cen，T=CTIa；2）電動機(jī)本身的運(yùn)動阻力，都?xì)w并到TL中去。TL=CTIaL；3）主電路電流連續(xù)。

在此假定條件下，直流電動機(jī)的電勢微分方程和運(yùn)動微分方程為：整理得：機(jī)電時間常數(shù)電磁時間常數(shù)上式兩側(cè)進(jìn)行拉氏變換得：整理成輸出比輸入的傳遞函數(shù)的形式：3．直流電動機(jī)的傳遞函數(shù)假定：1）勵磁為額定，且保持不變21對兩個等式分別畫出它們的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并考慮到n=Ea/Ce，即可得到額定勵磁下直流電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖：輸入量：理想空載電壓Udo（控制輸入量）

，負(fù)載電流IaL（擾動輸入量）。輸出量：轉(zhuǎn)速n

利用右圖動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的等效變換方法，消去Ea(s)、Ia(s)變量，可得到直流電動機(jī)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。（見下頁）a)綜合節(jié)點(diǎn)前移

b)反饋連接的合并對兩個等式分別畫出它們的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，輸入量：理想空載電22a)變換后的形式b)IaL=0時簡化形式直流電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖等效變換后得此圖由于沒有內(nèi)部反饋環(huán)節(jié)，在分析單閉環(huán)系統(tǒng)時將帶來許多方便。此圖把電樞電流Ia顯露出來了，在電流閉環(huán)的系統(tǒng)中得到應(yīng)用。a)變換后的形式b)IaL=0時簡化形式直流電動機(jī)232.5.2單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖帶比例放大器的速度單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)是一個三階線性系統(tǒng)。系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：設(shè)IaL=0，從給定輸入作用上看，該系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：把各單元組合起來，得到單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖：2.5.2單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖帶比例放大242.5.3穩(wěn)定條件大于零的條件顯然滿足穩(wěn)定條件就是，即把系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)式的分母寫成一般表達(dá)式并令其等于零，可得到單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為：根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯-古爾維茨判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是：整理后得系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是：K超出此值，系統(tǒng)將不穩(wěn)定靜特性分析中，為了減小靜差、擴(kuò)大調(diào)速范圍，希望K值越大越好。從動態(tài)的穩(wěn)定性來看，把K值取得過大會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

要求是矛盾的解決辦法：增加校正環(huán)節(jié)，一般把P調(diào)節(jié)器改為PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。2.5.3穩(wěn)定條件252.6無靜差單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)2.6.1無靜差單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)1．系統(tǒng)原理圖在有靜差系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在前向通道串入一個積分環(huán)節(jié)比例放大環(huán)節(jié)與積分環(huán)節(jié)可合并使用同一個運(yùn)算放大器與有靜差系統(tǒng)比較僅僅增加了一個電容C1速度調(diào)節(jié)器ASR由原來的P調(diào)節(jié)器改成了PI調(diào)節(jié)器2.6無靜差單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)2.6.1無靜差單閉環(huán)262．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖發(fā)生階躍變化后，Uct的響應(yīng)是“先比例，后積分，再飽和”的動態(tài)變化的過程只要△Un

不等于零，則穩(wěn)態(tài)時，ASR輸出的Uct必定是運(yùn)放正(或負(fù))飽和限幅值在ASR積分過程中的某一時刻=0而進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，則運(yùn)放將停止積分ASR的輸入與輸出信號之間是無法用一個確切數(shù)學(xué)關(guān)系來描述，也無法畫出它輸入輸出特性曲線，一般用其階躍響應(yīng)曲線來表示，比例積分環(huán)節(jié)的輸入與輸出之間的關(guān)系是一個動態(tài)調(diào)節(jié)的過程

有靜差系統(tǒng)無靜差系統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)2．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖發(fā)生階躍變化后，Uct的響應(yīng)是“先比例，后273．動態(tài)結(jié)構(gòu)圖各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)按前面推導(dǎo)得到有靜差系統(tǒng)無靜差系統(tǒng)3．動態(tài)結(jié)構(gòu)圖各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)按前面推導(dǎo)得到有靜差系統(tǒng)無靜281．?dāng)?shù)學(xué)分析2.6.2穩(wěn)態(tài)抗擾分析

根據(jù)系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)=0時，系統(tǒng)的輸入就只有擾動量IaL，這時的輸出量即為負(fù)載擾動引起的轉(zhuǎn)速偏差，可將動態(tài)結(jié)構(gòu)圖改畫成右圖C

根據(jù)結(jié)構(gòu)圖等效變換原理，得整理得穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差為結(jié)論：1）比例積分控制的系統(tǒng)是無靜差調(diào)速系統(tǒng)2）靜特性是一組平行的水平直線1．?dāng)?shù)學(xué)分析2.6.2穩(wěn)態(tài)抗擾分析根據(jù)系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，292．調(diào)節(jié)過程以突加負(fù)載為例來分析t1前，原穩(wěn)態(tài)。t1時，突加負(fù)載，TL1→TL2。t1～t3，調(diào)節(jié)過程。t1后，轉(zhuǎn)速下降，△n增加，PI調(diào)節(jié)器的輸出增加，如曲線3，電機(jī)電流增大、轉(zhuǎn)矩增大。曲線3（調(diào)節(jié)器輸出）＝曲線1（比例部分）＋曲線2（積分部分）t2時，T＝TL2，△n為最大。t3時，T＝TL2，△n＝0，到達(dá)新穩(wěn)態(tài)。t2后，因△n≠0，Uct繼續(xù)增加，T>TL2，轉(zhuǎn)速回升。

穩(wěn)態(tài)時，反饋電容相當(dāng)于斷路，其放大系數(shù)即為運(yùn)放開環(huán)放大系數(shù)，數(shù)值很大（在105以上），使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差大大減小。

動態(tài)時，反饋電容則相當(dāng)于短路，其放大系數(shù)KP＝R1/R0，數(shù)值不大，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。調(diào)節(jié)過程后期，積分部分起主導(dǎo)作用，并依靠它最終消除穩(wěn)態(tài)誤差。PI調(diào)節(jié)器在系統(tǒng)中起的作用調(diào)節(jié)過程初、中期，比例部分起主導(dǎo)作用，保證了系統(tǒng)的快速響應(yīng)。

突加負(fù)載時的調(diào)節(jié)過程2．調(diào)節(jié)過程以突加負(fù)載為例來分析t1前，原穩(wěn)態(tài)。t1302.6.3限流截止負(fù)反饋——會產(chǎn)生過流現(xiàn)象2．電流截止負(fù)反饋當(dāng)電流大到一定程度時才起作用的電流負(fù)反饋叫電流截止負(fù)反饋。帶有電流截止負(fù)反饋的無靜差V-M調(diào)速系統(tǒng)a)系統(tǒng)原理圖b)靜特性以起動過程為例說明原因1．速度單閉環(huán)系統(tǒng)存在的問題2.6.3限流截止負(fù)反饋——會產(chǎn)生過流現(xiàn)象2．電流截止負(fù)312.6.4電流檢測電路1．用采樣電阻直接在直流側(cè)采樣

2．用電流互感器在交流側(cè)采樣3．用零磁通電流傳感器在直流側(cè)采樣序號采樣大小方向電隔離電源價格1直流側(cè)有有無無低2交流側(cè)有無有無中3直流側(cè)有有有有高2.6.4電流檢測電路1．用采樣電阻直接在直流側(cè)采樣2323．用零磁通電流傳感器在直流側(cè)采樣當(dāng)時，有3．用零磁通電流傳感器在直流側(cè)采樣當(dāng)時，有332.7雙閉環(huán)直流電動機(jī)V-M調(diào)速系統(tǒng)2.7.1轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)V-M系統(tǒng)的構(gòu)成及原理1．系統(tǒng)構(gòu)成轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)原理圖a)用硬件電路表示

b)用框圖表示2.7雙閉環(huán)直流電動機(jī)V-M調(diào)速系統(tǒng)2.7.1轉(zhuǎn)速電流342.7.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及靜特性

β是電流反饋系數(shù)穩(wěn)態(tài)中若出現(xiàn)了電流調(diào)節(jié)器穩(wěn)定在飽和，則說明控制角已經(jīng)移到盡頭，輸出電壓Udo已經(jīng)到達(dá)最大值而無法再調(diào)，整個系統(tǒng)處于“失控”的不可調(diào)狀態(tài)。2．靜特性兩個調(diào)節(jié)器都不飽和

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和。這時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出是限幅值，系統(tǒng)后面部分是一個定電流控制系統(tǒng)。

n0～A斜線

n0～A線段下方、AB線段左方的區(qū)域內(nèi)是系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)工作區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)的靜特性是一組水平直線。

A～B垂直線是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和而產(chǎn)生的限制工作點(diǎn)向右的界線

ACR飽和ACR不飽和ASR飽和ASR不飽和1．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2.7.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及靜特性β是電流反饋系數(shù)穩(wěn)態(tài)中若出352.7.3動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及動態(tài)性能WASR(s)、WACR(s)分別表示ASR、ACR的傳遞函數(shù)兩個調(diào)節(jié)器都采用常用的PI調(diào)節(jié)器時，有為了引出電流反饋，電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中必須把電樞電流Ia顯露出來1．動態(tài)結(jié)構(gòu)圖2.7.3動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及動態(tài)性能WASR(s)、WACR362．起動過程分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形

第一階段：電流上升階段第二階段：恒電流升速階段第三階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段ASR由不飽和很快達(dá)到飽和ACR一般應(yīng)該不飽和ASR一直飽和,輸出Uim*ACR不飽和,Ia≈Iam轉(zhuǎn)速呈線性增長電流Ia迅速上升

轉(zhuǎn)速必然超調(diào)

ASR負(fù)的偏差電壓使它退出飽和狀態(tài)

ACR不飽和

2．起動過程分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形373．動態(tài)性能動態(tài)性能：指的是在電動機(jī)運(yùn)行條件突變時，從一種運(yùn)行狀態(tài)到另一種運(yùn)行狀態(tài)的過渡過程進(jìn)行的情況。動態(tài)性能通常以其在單位階躍輸入或擾動信號作用下的動態(tài)響應(yīng)曲線表征之，可分為跟隨性能及抗擾動性能兩種。一般來說，調(diào)速系統(tǒng)的要求以抗擾性能為主，隨動系統(tǒng)的要求以跟隨性能為主。

（1）給定階躍輸入時的跟隨性能指標(biāo)

上升時間tr

——輸出量從零起到第一次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值所需的時間超調(diào)量σ(%)——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?jǐn)?shù)表示調(diào)節(jié)時間tS

——響應(yīng)曲線到達(dá)并不再超出允許誤差帶所需的最短時間，允許誤差帶=（1±5%或2%）×穩(wěn)態(tài)值。3．動態(tài)性能動態(tài)性能：指的是在電動機(jī)運(yùn)行條件突變時，從一種38（2）負(fù)載擾動時的抗擾性能指標(biāo)

動態(tài)降落ΔCmax%——最大動態(tài)降落ΔCmax與原穩(wěn)態(tài)值C∞1之比，用百分?jǐn)?shù)表示恢復(fù)時間——從階躍擾動開始，到響應(yīng)曲線到達(dá)并不再超出允許誤差帶所需的最短時間（2）負(fù)載擾動時的抗擾性能指標(biāo)動態(tài)降落ΔCmax%——最39第2章直流電動機(jī)V-M不可逆調(diào)速系統(tǒng)

2.1直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)——帶有機(jī)械換向裝置，即有換向器和電刷，運(yùn)行時會產(chǎn)生火化和電磁干擾，電刷易磨損需維護(hù)、更換。

1)直流調(diào)速系統(tǒng)仍有應(yīng)用；2）直流電機(jī)各參數(shù)、變量之間的關(guān)系幾乎都是簡單明了的線性函數(shù)關(guān)系，數(shù)學(xué)模型較為簡單、準(zhǔn)確，控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟、經(jīng)典，是拖動控制的基礎(chǔ)。優(yōu)點(diǎn)——調(diào)速性能好、控制性能好、起制動性能好；學(xué)習(xí)直流調(diào)速系統(tǒng)的理由：第2章直流電動機(jī)V-M不可逆調(diào)速系統(tǒng)2.1直流調(diào)速402.1.1直流調(diào)速系統(tǒng)的類型1．直流調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)速方法

(1)改變電樞回路電阻——電樞回路串電阻調(diào)速；自控系統(tǒng)不用(2)調(diào)節(jié)電摳供電電壓——變壓調(diào)速；主導(dǎo)調(diào)速方法

(3)減弱勵磁磁通——------弱磁調(diào)速。輔助調(diào)速方法

2．直流調(diào)速系統(tǒng)主電路——可調(diào)壓的直流電源常用的有：

(1)G-M系統(tǒng)(發(fā)電機(jī)-電動機(jī)系統(tǒng))(2)V-M系統(tǒng)(可控整流器-電動機(jī)系統(tǒng))(3)直流脈寬調(diào)制（PWM）系統(tǒng)(斬波器-電動機(jī)系統(tǒng))3．直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方式主電路構(gòu)成不同，控制方法不同：移相控制、PWM控制等閉環(huán)控制方式開環(huán)控制

閉環(huán)控制單閉環(huán)速度環(huán)雙閉環(huán)速度環(huán)和電流環(huán)多環(huán)控制加位置環(huán)等

電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中通常為：4．工作象限a）單象限運(yùn)行b)電壓可反向的二象限運(yùn)行c)電流可反向的二象限運(yùn)行2.1.1直流調(diào)速系統(tǒng)的類型1．直流調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)速方412.1.2G-M系統(tǒng)系統(tǒng)原理圖控制原理、控制思路制動時的能量傳遞關(guān)系工作原理工作象限優(yōu)點(diǎn)：特性好，平穩(wěn)系統(tǒng)原理圖50年代曾廣泛地使用，目前仍有應(yīng)用缺點(diǎn)：設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低機(jī)械特性2.1.2G-M系統(tǒng)系統(tǒng)原理圖控制原理、控制思路422.1.3V-M系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成控制思路制動時的能量傳遞關(guān)系控制原理工作象限優(yōu)點(diǎn)：靜止裝置、經(jīng)濟(jì)、可靠觸發(fā)裝置GT缺點(diǎn)：功率因數(shù)低、對電網(wǎng)諧波污染

V-M系統(tǒng)是70～90年代直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式2.1.3V-M系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成控制思路制動時的能量432.1.4直流脈寬調(diào)制（PWM）系統(tǒng)a）原理電路圖b）斬波器輸出電壓波形原理電路圖制動時的能量傳遞關(guān)系工作象限優(yōu)缺點(diǎn)a)單管電路b)雙管電路c)雙管電路d)H型橋式電路控制思路控制原理2.1.4直流脈寬調(diào)制（PWM）系統(tǒng)a）原理電路圖442.2V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性2.2.1電流連續(xù)時的機(jī)械特性1．可控整流裝置的輸出電壓mUmUd0m單相橋式20.9U2三相半波31.17U2三相橋式62.34U2不計換流時計及LC換流及內(nèi)阻影響時2．電壓平衡方程式等效電路2.2V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性2.2.1電流連續(xù)時的機(jī)械453．V-M系統(tǒng)電流連續(xù)時的機(jī)械特性機(jī)械特性方程式為：理想空載轉(zhuǎn)速n0，控制角增大時n0下降控制角變化時斜率不變，為：∵是一組平行下移的直線記作：3．V-M系統(tǒng)電流連續(xù)時的機(jī)械特性機(jī)械特性方程式為：462.2.2電流斷續(xù)時的機(jī)械特性以三相半波整流電路為例1．理想空載轉(zhuǎn)速：輸出電壓的峰值相同，有同一個實(shí)際理想空載轉(zhuǎn)速

2．電流斷續(xù)時機(jī)械特性曲線的斜率3．電流斷續(xù)區(qū)域范圍4．電流斷續(xù)時的機(jī)械特性曲線與電抗器電感量的大小有關(guān)工程上一般取時，隨著電流減小，回路的等效電阻增大，斜率增大電流連續(xù)時電流斷續(xù)時：輸出電壓的峰值隨α增大而下降，空載轉(zhuǎn)速下降2.2.2電流斷續(xù)時的機(jī)械特性以三相半波整流電路為例1472.3開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速指標(biāo)2.3.1開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)的最終控制對象是電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)速n。該電力拖動系統(tǒng)是一個開環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)。1．系統(tǒng)原理圖“”符號的含意

同步移相觸發(fā)電路GT2.3開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速指標(biāo)2.3.1開環(huán)48

2．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖——表明自動控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，其各個環(huán)節(jié)之間的輸入量與輸出量之間數(shù)學(xué)關(guān)系的結(jié)構(gòu)框圖

α在30°～120°的范圍內(nèi)對觸發(fā)裝置與可控整流橋整體來說，看成是一個線性放大環(huán)節(jié)，放大系數(shù)是。

1)求與的關(guān)系

對同步移相信號為正弦波（正弦波幅值為Um）的觸發(fā)電路對直流電動機(jī)，穩(wěn)態(tài)時有

2)求與n的關(guān)系穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖對同步移相信號為鋸齒波的觸發(fā)電路（鋸齒波起點(diǎn)幅值-Um，終點(diǎn)幅值Um，寬度為180°）2．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖——表明自動控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)492.3.2調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)1．對調(diào)速系統(tǒng)的要求(1)調(diào)速(2)穩(wěn)速(3)加、減速2．調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)(1)調(diào)速范圍D(2)靜差率S額定轉(zhuǎn)矩下提供的最高、最低轉(zhuǎn)速當(dāng)系統(tǒng)在某一給定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時，負(fù)載由空載增加到額定負(fù)載時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落與該給定轉(zhuǎn)速下理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱作靜差率S

開環(huán)V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性機(jī)械特性曲線平行時，如果低速時的靜差率能滿足要求，則高速時的靜差率自然就滿足要求了。故靜差率可表示成：靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化時的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度的。機(jī)械特性越硬則靜差率越小，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度就越高。

2.3.2調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)1．對調(diào)速系統(tǒng)的要求(1)503．調(diào)速范圍與靜差率的關(guān)系調(diào)速范圍D、靜差率S和轉(zhuǎn)速降，三者之間的關(guān)系式為：

顯然，當(dāng)系統(tǒng)的機(jī)械特性硬度一定，即一定時，若對靜差率要求越高（S值越?。?，則允許的調(diào)速范圍就越小。

例如，某一開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)，額定轉(zhuǎn)速nN=1000r/min，額定負(fù)載下的穩(wěn)態(tài)速降△nN＝50r/min，當(dāng)要求靜差率S=0.33時，允許的調(diào)速范圍為：如果要求S=0.1，則調(diào)速范圍只有：4．開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的主要問題無法克服的缺點(diǎn)——轉(zhuǎn)速波動大、調(diào)速范圍小。遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)實(shí)際的要求。原因：當(dāng)S與D都一定時，要滿足要求的唯一途徑是降低△nN

，但對已制成的系統(tǒng)是無法減小的，對新設(shè)計的系統(tǒng)也很難達(dá)到能大幅度降低的要求。解決辦法：閉環(huán)控制調(diào)速系統(tǒng)。3．調(diào)速范圍與靜差率的關(guān)系調(diào)速范圍D、靜差率S和轉(zhuǎn)速降512.4單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)及靜特性2.4.1有靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)1．系統(tǒng)原理圖與開環(huán)V-M系統(tǒng)比，增加了速度閉環(huán)控制環(huán)節(jié)：測速裝置、速度比較、速度調(diào)節(jié)器。測速裝置：直流測速發(fā)電機(jī)

TG，輸出電壓與轉(zhuǎn)速n成正比，轉(zhuǎn)速反饋值Un速度比較。（Un*的定標(biāo)將取決于Un的定標(biāo)）速度調(diào)節(jié)器ASR。調(diào)節(jié)器——對誤差信號進(jìn)行運(yùn)算、調(diào)節(jié)（如比例P、積分I、微分D等）的單元2.4單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)及靜特性2.4.1有靜差轉(zhuǎn)522．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

速度比較環(huán)節(jié)：

速度調(diào)節(jié)器(放大環(huán)節(jié))：直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速：晶閘管觸發(fā)裝置與可控整流橋：測速發(fā)電機(jī)：各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)原理圖2．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖速度比較環(huán)節(jié)：速度調(diào)節(jié)器532.4.2閉環(huán)V-M系統(tǒng)的靜特性靜特性方程：

——電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電動機(jī)的電流（或轉(zhuǎn)矩）之間的關(guān)系。1．靜特性（可理解為閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性）式中，2．開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較

開環(huán)系統(tǒng)（OP）：

閉環(huán)系統(tǒng)（CL）：

空載轉(zhuǎn)速n0、負(fù)載Ia相同的情況下，有

閉環(huán)系統(tǒng)加載后的轉(zhuǎn)速降只是開環(huán)系統(tǒng)的1/(1+K)只要把KP取得足夠大，使K很大，就可以使△nCL

非常小,靜差率S大大減小同一靜差要求下大大提高了系統(tǒng)的調(diào)速范圍D

穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2.4.2閉環(huán)V-M系統(tǒng)的靜特性——電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電動機(jī)的54開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性與閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的比較閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系

只有放大環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速降只能減小而不能消除.為

“有靜差”調(diào)速系統(tǒng)。2．開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較(續(xù)）閉環(huán)系統(tǒng)能減少穩(wěn)態(tài)速降決不是閉環(huán)后電樞回路電阻能自動減小，而是在于它的自動調(diào)節(jié)作用。穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性與閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的比較閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機(jī)553．?dāng)_動對系統(tǒng)的影響引起電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的因素：

1）負(fù)載變化2）交流電源電壓波動

5）溫升引起系統(tǒng)參數(shù)的變化3）電動機(jī)勵磁的變化

4）放大器放大系統(tǒng)的漂移

在轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)中，負(fù)載擾動及前向通道的擾動最終都要影響轉(zhuǎn)速變化而被測速裝置檢測出來，再通過反饋控制來減小它們對轉(zhuǎn)速的影響。都能被有效地加以抑制。但是對于轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)及轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)本身的誤差所引起的轉(zhuǎn)速偏差，反饋調(diào)節(jié)則無能為力。自動調(diào)速系統(tǒng)的給定作用與擾動作用從穩(wěn)態(tài)精度來看，K值越大越好，然而，從后面對動態(tài)穩(wěn)定性分析中可知，K值不能隨意增大。3．?dāng)_動對系統(tǒng)的影響引起電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的因素：1）負(fù)載變化56名

稱比例（P）積分（I）比例積分（PI）積分比例（IP）2.5單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)分析方法及步驟：

1）推導(dǎo)出調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的微分方程和傳遞函數(shù)2）建立系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，得到系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖3）進(jìn)行穩(wěn)定性分析4）動態(tài)性能的分析

2.5.1閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型1．幾個常用環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)電路圖階躍響應(yīng)傳遞函數(shù)名稱比例（P）積分（I）比例積分（PI）積分比例（IP）57比例積分（PI）電路圖階躍響應(yīng)傳遞函數(shù)垂直線段a——比例斜線段b——積分水平直線段c——飽和式中，比例積分（PI）電路圖階躍響應(yīng)傳遞函數(shù)垂直線段a582．晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)把觸發(fā)電路GT和可控整流橋V合并，當(dāng)作一個環(huán)節(jié)來看待輸入量Uct輸出量Udo

是一個放大系數(shù)為Ks的純滯后的放大環(huán)節(jié)，滯后是由裝置的失控時間引起的。觸發(fā)裝置兩個觸發(fā)脈沖的間隔時間是1/(mf)秒，m——脈波數(shù)，f——電源頻率。設(shè)滯后的時間是Ts秒，則Ts是一個從0至1/(mf)之間的一個隨機(jī)值。

原因是…，取其統(tǒng)計平均值，有：電路形式單相半波單相橋式三相半波三相橋式一周內(nèi)脈波數(shù)m1236延時時間TS/ms1053.331.67整流裝置的傳遞函數(shù)為b）近似的a）準(zhǔn)確的2．晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)把觸發(fā)電路GT和可控593．直流電動機(jī)的傳遞函數(shù)假定：1）勵磁為額定，且保持不變。Ea=Cen，T=CTIa；2）電動機(jī)本身的運(yùn)動阻力，都?xì)w并到TL中去。TL=CTIaL；3）主電路電流連續(xù)。

在此假定條件下，直流電動機(jī)的電勢微分方程和運(yùn)動微分方程為：整理得：機(jī)電時間常數(shù)電磁時間常數(shù)上式兩側(cè)進(jìn)行拉氏變換得：整理成輸出比輸入的傳遞函數(shù)的形式：3．直流電動機(jī)的傳遞函數(shù)假定：1）勵磁為額定，且保持不變60對兩個等式分別畫出它們的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并考慮到n=Ea/Ce，即可得到額定勵磁下直流電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖：輸入量：理想空載電壓Udo（控制輸入量）

，負(fù)載電流IaL（擾動輸入量）。輸出量：轉(zhuǎn)速n

利用右圖動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的等效變換方法，消去Ea(s)、Ia(s)變量，可得到直流電動機(jī)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。（見下頁）a)綜合節(jié)點(diǎn)前移

b)反饋連接的合并對兩個等式分別畫出它們的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，輸入量：理想空載電61a)變換后的形式b)IaL=0時簡化形式直流電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖等效變換后得此圖由于沒有內(nèi)部反饋環(huán)節(jié)，在分析單閉環(huán)系統(tǒng)時將帶來許多方便。此圖把電樞電流Ia顯露出來了，在電流閉環(huán)的系統(tǒng)中得到應(yīng)用。a)變換后的形式b)IaL=0時簡化形式直流電動機(jī)622.5.2單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖帶比例放大器的速度單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)是一個三階線性系統(tǒng)。系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：設(shè)IaL=0，從給定輸入作用上看，該系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：把各單元組合起來，得到單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖：2.5.2單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖帶比例放大632.5.3穩(wěn)定條件大于零的條件顯然滿足穩(wěn)定條件就是，即把系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)式的分母寫成一般表達(dá)式并令其等于零，可得到單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為：根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯-古爾維茨判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是：整理后得系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是：K超出此值，系統(tǒng)將不穩(wěn)定靜特性分析中，為了減小靜差、擴(kuò)大調(diào)速范圍，希望K值越大越好。從動態(tài)的穩(wěn)定性來看，把K值取得過大會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

要求是矛盾的解決辦法：增加校正環(huán)節(jié)，一般把P調(diào)節(jié)器改為PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。2.5.3穩(wěn)定條件642.6無靜差單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)2.6.1無靜差單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)1．系統(tǒng)原理圖在有靜差系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在前向通道串入一個積分環(huán)節(jié)比例放大環(huán)節(jié)與積分環(huán)節(jié)可合并使用同一個運(yùn)算放大器與有靜差系統(tǒng)比較僅僅增加了一個電容C1速度調(diào)節(jié)器ASR由原來的P調(diào)節(jié)器改成了PI調(diào)節(jié)器2.6無靜差單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)2.6.1無靜差單閉環(huán)652．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖發(fā)生階躍變化后，Uct的響應(yīng)是“先比例，后積分，再飽和”的動態(tài)變化的過程只要△Un

不等于零，則穩(wěn)態(tài)時，ASR輸出的Uct必定是運(yùn)放正(或負(fù))飽和限幅值在ASR積分過程中的某一時刻=0而進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，則運(yùn)放將停止積分ASR的輸入與輸出信號之間是無法用一個確切數(shù)學(xué)關(guān)系來描述，也無法畫出它輸入輸出特性曲線，一般用其階躍響應(yīng)曲線來表示，比例積分環(huán)節(jié)的輸入與輸出之間的關(guān)系是一個動態(tài)調(diào)節(jié)的過程

有靜差系統(tǒng)無靜差系統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)2．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖發(fā)生階躍變化后，Uct的響應(yīng)是“先比例，后663．動態(tài)結(jié)構(gòu)圖各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)按前面推導(dǎo)得到有靜差系統(tǒng)無靜差系統(tǒng)3．動態(tài)結(jié)構(gòu)圖各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)按前面推導(dǎo)得到有靜差系統(tǒng)無靜671．?dāng)?shù)學(xué)分析2.6.2穩(wěn)態(tài)抗擾分析

根據(jù)系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)=0時，系統(tǒng)的輸入就只有擾動量IaL，這時的輸出量即為負(fù)載擾動引起的轉(zhuǎn)速偏差，可將動態(tài)結(jié)構(gòu)圖改畫成右圖C

根據(jù)結(jié)構(gòu)圖等效變換原理，得整理得穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差為結(jié)論：1）比例積分控制的系統(tǒng)是無靜差調(diào)速系統(tǒng)2）靜特性是一組平行的水平直線1．?dāng)?shù)學(xué)分析2.6.2穩(wěn)態(tài)抗擾分析根據(jù)系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，682．調(diào)節(jié)過程以突加負(fù)載為例來分析t1前，原穩(wěn)態(tài)。t1時，突加負(fù)載，TL1→TL2。t1～t3，調(diào)節(jié)過程。t1后，轉(zhuǎn)速下降，△n增加，PI調(diào)節(jié)器的輸出增加，如曲線3，電機(jī)電流增大、轉(zhuǎn)矩增大。曲線3（調(diào)節(jié)器輸出）＝曲線1（比例部分）＋曲線2（積分部分）t2時，T＝TL2，△n為最大。t3時，T＝TL2，△n＝0，到達(dá)新穩(wěn)態(tài)。t2后，因△n≠0，Uct繼續(xù)增加，T>TL2，轉(zhuǎn)速回升。

穩(wěn)態(tài)時，反饋電容相當(dāng)于斷路，其放大系數(shù)即為運(yùn)放開環(huán)放大系數(shù)，數(shù)值很大（在105以上），使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差大大減小。

動態(tài)時，反饋電容則相當(dāng)于短路，其放大系數(shù)KP＝R1/R0，數(shù)值不大，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。調(diào)節(jié)過程后期，積分部分起主導(dǎo)作用，并依靠它最終消除穩(wěn)態(tài)誤差。PI調(diào)節(jié)器在系統(tǒng)中起的作用調(diào)節(jié)過程初、中期，比例