.
Ugim?Ufi??Iam （1-3）
式中，?——电流反馈系数。
速度调节器ASR的输出限幅值正是按这个要求来整定的。 第二阶段是恒流升速阶段。从电流升到最大值
Iam开始，到转速升到给定值为
止，这是启动过程的主要阶段，在这个阶段中，ASR一直是饱和的，转速负反馈不起调节作用，转速环相当于开环状态，系统表现为恒流调节。由于电流恒定值
Iam
Ia保持
，即系统的加速度dn/dt为恒值，所以转速n按线性规律上升，由
知，
UdUd?IamR??Cen也线性增加，这就要求
Uk也要线性增加，故在启动过程
中电流调节器是不应该饱和的，晶闸管可控整流环节也不应该饱和。
第三阶段是转速调节阶段。转速调节器在这个阶段中起作用。开始时转速已经上升到给定值，ASR的给定电压
Ugn与转速负反馈电压
UgimUfn相平衡，输入偏差
?Un等于零。但其输出却由于积分作用还维持在限幅值电流
Iam
，所以电动机仍在以最大，使ASR退出饱和，其输
Uk与Ud下加速，使转速超调。超调后，
Ugi
Ufn?0,?Un?0出电压（也就是ACR的给定电压）来，但是，由于
Ia?ILIa才从限幅值降下来，也随之降了下
仍大于负载电流IL，在开始一段时间内转速仍继续上升。到
时，电动机才开始在负载的阻力下减速，知道稳定（如果系统的动态品质
不够好，可能振荡几次以后才稳定）。在这个阶段中ASR与ACR同时发挥作用，由于转速调节器在外环，ASR处于主导地位，而ACR的作用则力图使随ASR输出
Ugi
Ia尽快地跟
的变化。
ng稳态时，转速等于给定值，电枢电流
Ia等于负载电流IL，ASR和ACR的输
入偏差电压都为零，但由于积分作用，它们都有恒定的输出电压。ASR的输出电
Word 资料
.
压为
ACR的输出电压为
Uk?Ceng?ILR?KsUgi?Ufi??IL （1-4）
（1-5）
由上述可知，双闭环调速系统，在启动过程的大部分时间内，ASR处于饱和限幅状态，转速环相当于开路，系统表现为恒电流调节，从而可基本上实现理想过程。双闭环调速系统的转速响应一定有超调，只有在超调后，转速调节器才能退出饱和，使在稳定运行时ASR发挥调节作用，从而使在稳态和接近稳态运行中表现为无静差调速。故双闭环调速系统具有良好的静态和动态品质。
综上所述，双闭环调速系统的起动过程有以下三个特点：
（1）饱和非线形控制：随着ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态，在不同情况下表现为不同结构的线形系统，只能采用分段线形化的方法来分析，不能简单的用线形控制理论来笼统的设计这样的控制系统。
（2）转速超调：当转速调节器ASR采用PI调节器时，转速必然有超调。转速略有超调一般是容许的，对于完全不允许超调的情况，应采用其他控制方法来抑制超调。
（3）准时间最优控制：在设备允许条件下实现最短时间的控制称作“时间最优控制”，对于电力拖动系统，在电动机允许过载能力限制下的恒流起动，就是时间最优控制。但由于在起动过程Ⅰ、Ⅱ两个阶段中电流不能突变，实际起动过程与理想启动过程相比还有一些差距，不过这两段时间只占全部起动时间中很小的成分，无伤大局，可称作“准时间最优控制”。采用饱和非线性控制的方法实现准时间最优控制是一种很有实用价值的控制策略，在各种多环控制中得到普遍应用。
第二章 调节器的工程设计
2.1 调节器的设计原则
为了保证转速发生器的高精度和高可靠性，系统采用转速变化率反馈和电流反馈的双闭环电路主要考虑以下问题：
1。 保证转速在设定后尽快达到稳速状态； 2。 保证最优的稳定时间；
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.
3。 减小转速超调量。
为了解决上述问题，就必须对转速、电流两个调节器的进行优化设计，以满足系统的需要。
建立调节器工程设计方法所遵循的原则是： 1. 概念清楚、易懂； 2. 计算公式简明、好记；
3. 不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向； 4. 能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出简明的计算公式； 5. 适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统。
直流调速系统调节器参数的工程设计包括确定典型系统、选择调节器类型、计算调节器参数、计算调节器电路参数、校验等内容。
在选择调节器结构时，只采用少量的典型系统，它的参数与系统性能指标的关系都已事先找到，具体选择参数时只须按现成的公式和表格中的数据计算一下就可以了，这样就使设计方法规范化，大大减少了设计工作量。 2.2 Ⅰ型系统与Ⅱ型系统的性能比较
许多控制系统的开环传递函数可表示为：
K???js?1?j?1nmW?s??sr
??Ts?1?ji?1
根据W(s)中积分环节个数的不同，将该控制系统称为0型、Ⅰ型、Ⅱ型……系统。自动控制理论证明，0型系统在稳态时是有差的，而Ⅲ型及Ⅲ型以上的系统很难稳定。因此，通常为了保证稳定性和一定的稳态精度，多用Ⅰ型、Ⅱ型系统，典型的Ⅰ型、Ⅱ型系统其开环传递函数为
K （2-1）
s(Ts?1)K(?s?1) （2-2） W(s)?2s(Ts?1)W(s)?一般说来典型Ⅰ型系统在动态跟随性能上可以做到超调小，但抗忧性能差；而典型Ⅱ型系统的超调量相对要大一些而抗扰性能却比较好。基于此，在转速-电流
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.
双闭环调速系统中，电流环的一个重要作用是保持电枢电流在动态过程中不超过允许值，即能否抑制超调是设计电流环首先要考虑的问题，所以一般电流环多设计为Ⅰ型系统，电流调节的设计应以此为限定条件。至于转速环，稳态无静差是最根本的要求，所以转速环通常设计为Ⅱ型系统。在双闭环调速系统中，整流装置滞后时间常数Ts和电流滤波时间常数Toi一般都比电枢回路电磁Tl小很多，可将前两者近似为一个惯性环节，取T∑i=Ts+Toi。这样，经过小惯性环节的近似处理后，电流环的控制对象是一个双惯性环节，要将其设计成典型Ⅰ型系统，同理，经过小惯性环节的近似处理后，转速环的被控对象形如式(2-1)。如前所述，转速环应设计成Ⅱ型系统，所以转速调节器也就设计成PI型调节器，如下式所示:
W(s)?K(?s?1) （2-3） ?s2.3 电流调节器的设计
2.3.1 结构框图的化简和结构的选择
在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即?E≈0。这时，电流环如图7所示。
U*i(s)1T0is+1+-Ui(s)ACRUc(s)KsUd0(s)1/RTl s+1Tss+1T0is+1Id(s)? 图7 电流环的动态结构框图及其化简 忽略反电动势对电流环作用的近似条件是： 1 ?ci?3TmTlWord 资料
.
式中
?ci-------电流环开环频率特性的截止频率。
如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成U*i(s) /? ，则电流环便等效成单位负反馈系统。
U*i(s)?+?-T0is+1ACRUc(s)Ks/R(Tss+1)(Tl s+1)Id(s) 图8 等效成单位负反馈系统
最后，由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为
T∑i = Ts + Toi 则电流环结构图最终简化成图8 U*i(s)?+-ACRUc(s)?Ks/R(Tls+1)(T?is+1)Id(s) 图8 小惯性环节的近似处理 图2-23c2.3.2 时间常数的计算 1、直流电机参数
2、整流装置滞后时间常数Ts=0.0017s。 3、电流滤波时间常数Toi=0.002s。
4、电流环小时间常数之和T∑=Ts+Toi=0。0017s +0。002s =0.0037s
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转速电流双闭环直流调速系统的课程设计(MATLABSimulink)
