山东理工大学：《运动控制系统》课程教学资源（讲稿）第2章 开环直流调速系统 关键知识点解析

"转速反馈控制的直流调速系统"单元关键知识点解析 1.清楚两种可控直流电源的工作原理、构成和优缺点。 (1)静止式可控整流器一用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。 (2)直流斩波器或脉宽调制变换器一用恒定直流电源或不控整流电源供电， 利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。 2.掌握VM系统晶闸管整流装置的主电路、特点、传递函数。 在动态过程中，可把晶闸管触发与整流装置看成是一个纯滞后环节，其滞后 效应是由晶闸管的失控时间引起的。传递函数近似成一阶惯性环节。 3.掌握典型PWM电路的主电路、传递函数、过程分析。 PWM系统的优点：(1)主电路线路简单，需用的功率器件少：(2)开关 频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小：(3)低速性能好， 稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右：(4)若与快速响应的电机配合， 则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强：(5)功率开关器件工作在开关 状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高： (6)直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 4.转速控制的要求和调速指标（包括计算） 调速范围D:生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速 范围。 静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所 对应的转速降落与理想空载转速之比，称作静差率。 调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。调 速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准。 5.闭环调速系统与开环调速系统的比较。 (1)闭环系统静性可以比开环系统机械特性硬得多。 (2)如果比较同一的开环和闭环系统，则闭环系统的静差率要小得多。 (3)当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提高调速范围

"转速反馈控制的直流调速系统"单元关键知识点解析 1. 清楚两种可控直流电源的工作原理、构成和优缺点。 （1）静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。 （2）直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电， 利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。 2. 掌握 V-M 系统晶闸管整流装置的主电路、特点、传递函数。 在动态过程中，可把晶闸管触发与整流装置看成是一个纯滞后环节，其滞后 效应是由晶闸管的失控时间引起的。传递函数近似成一阶惯性环节。 3. 掌握典型 PWM 电路的主电路、传递函数、过程分析。 PWM 系统的优点：（1）主电路线路简单，需用的功率器件少；（2）开关 频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；（3）低速性能好， 稳速精度高，调速范围宽，可达 1:10000 左右；（4）若与快速响应的电机配合， 则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；（5）功率开关器件工作在开关 状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高； （6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 4. 转速控制的要求和调速指标（包括计算） 调速范围 D：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速 范围。 静差率 s：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所 对应的转速降落与理想空载转速之比，称作静差率。 调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。调 速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准。 5. 闭环调速系统与开环调速系统的比较。 （1）闭环系统静性可以比开环系统机械特性硬得多。 （2）如果比较同一的开环和闭环系统，则闭环系统的静差率要小得多。 （3）当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提高调速范围

(4)要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。 闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定 静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放 大器以及检测与反馈装置。 6.基于比例放大器的反馈控制规律 (1)被调量有静差 只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的。 【闭环系统的开环放大系数K值越大，系统的稳态性能越好。然而，K印= 常数，稳态速差就只能减小，却不可能消除。】 (2)反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定 反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。 抗扰性能是反馈控制系统最突出的特征之一。 (3)系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。 反馈控制系统的规律是：一方面能够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向 通道上的扰动作用；另一方面，则紧紧地跟随着给定作用，对给定信号的任何 变化都是唯命是从的。 7.为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有 自动限制电枢电流的环节。 如果采用某种方法，当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流， 而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。这种方法叫做电流截止负反馈， 简称截流反馈。 8.闭环系统伯德图特征： (1)中频段以-20dB/dec的斜率穿越0dB线，而且这一斜率能覆盖足够的频带宽 度，则系统的稳定性好」 (2)截止频率（或称剪切频率）越高，则系统的快速性越好。(3)低频段的斜 率陡、增益高，说明系统的稳态精度高。(4)高频段衰减越快，及高频特性负 分贝值越低，说明系统抗高频噪声干扰的能力越强。 9.采用比例积分调节器的闭环调速系统是无静差调速系统 积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速：

（4）要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。 闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定 静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放 大器以及检测与反馈装置。 6. 基于比例放大器的反馈控制规律 （1） 被调量有静差 只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的。 【闭环系统的开环放大系数 K 值越大，系统的稳态性能越好。然而，Kp = 常数，稳态速差就只能减小，却不可能消除。】 （2）反馈控制系统的作用是： 抵抗扰动, 服从给定 反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。 抗扰性能是反馈控制系统最突出的特征之一。 （3）系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。 反馈控制系统的规律是：一方面能够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向 通道上的扰动作用；另一方面，则紧紧地跟随着给定作用，对给定信号的任何 变化都是唯命是从的。 7. 为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有 自动限制电枢电流的环节。 如果采用某种方法，当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流， 而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。这种方法叫做电流截止负反馈， 简称截流反馈。 8. 闭环系统伯德图特征： （1）中频段以-20dB/dec 的斜率穿越 0dB 线，而且这一斜率能覆盖足够的频带宽 度，则系统的稳定性好。 （2）截止频率（或称剪切频率）越高，则系统的快速性越好。（3）低频段的斜 率陡、增益高，说明系统的稳态精度高。（4）高频段衰减越快，及高频特性负 分贝值越低，说明系统抗高频噪声干扰的能力越强。 9. 采用比例积分调节器的闭环调速系统是无静差调速系统。 积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速

比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状；而积分调节器的输出则包含 了输入偏差量的全部历史。 PI调节器的输出电压由比例和积分两部分相加而成。 比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的 缺点，扬长避短，互相补充。比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消 除稳态偏差。 10、无静差调速系统的稳态参数计算很简单，在理想情况下，稳态时△Un=0, 因而Un=Un*，可以直接计算转速反馈系数

比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状；而积分调节器的输出则包含 了输入偏差量的全部历史。 PI 调节器的输出电压由比例和积分两部分相加而成。 比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的 缺点，扬长避短，互相补充。比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消 除稳态偏差。 10、无静差调速系统的稳态参数计算很简单，在理想情况下，稳态时 ∆Un = 0， 因而 Un = Un* ，可以直接计算转速反馈系数