一、問(wèn)題的提出 （單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)）
設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)，難以保證兩種調(diào)節(jié)過(guò)程都具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。用 一個(gè)調(diào)節(jié)器綜合了多種信號(hào)，各參數(shù)間相互影響。完成兩種任務(wù)：正常負(fù)載時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；電流超過(guò)臨界值時(shí)，進(jìn)行電流調(diào)節(jié)。
對(duì)擾動(dòng)的抑制能力差：環(huán)內(nèi)的任何擾動(dòng)，只有等到轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差才能進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)降落δn大。
電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)來(lái)限制起動(dòng)電流，不能充分利用電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力獲得最快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。起動(dòng)過(guò)程中要等到電樞電流上升到 時(shí)，截流負(fù)反饋起作用又把電流壓了下來(lái)，僅靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，其性能還不很令人滿意（起動(dòng)過(guò)程長(zhǎng)）。
理想起動(dòng)過(guò)程應(yīng)該在過(guò)渡過(guò)程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降低下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，立即轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 。
理想起動(dòng)過(guò)程波形如右圖所示。根據(jù)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程：jdω/dt=te-tl=cm(id-il)，動(dòng)態(tài)時(shí)要控制n，就必須控制t，也即id。這時(shí)，起動(dòng)電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)過(guò)程。
理想的快速起動(dòng)過(guò)程
解決思路
為了實(shí)現(xiàn)在最大電流允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值idm 的恒流過(guò)程，即對(duì)電流進(jìn)行控制。
① 按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過(guò)程。
② 當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)，有te =tl ，即id =il ，這時(shí)，jdω/dt = 0，電機(jī)穩(wěn)速。
◎?qū)刂葡到y(tǒng)的要求：
（1）起動(dòng)過(guò)程中，只有電流負(fù)反饋，實(shí)現(xiàn)最大電流起動(dòng)，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反 饋。
（2）達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，電流立即降為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行值。這時(shí)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起作用。
怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用？只用一個(gè)調(diào)節(jié)器時(shí)不可能的，必須用兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)n和i，構(gòu)成轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
二、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成
為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出晶閘管觸發(fā)裝置的控制電壓，這樣兩種調(diào)節(jié)作用就互相配合，相輔相成了，如下圖所示。
asr—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 acr—電流調(diào)節(jié)器 tg—測(cè)速發(fā)電機(jī)
ta—電流互感器 v、gt—晶閘管整流、觸發(fā)裝置
三、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性
1.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖
2. 系統(tǒng)靜特性
① asr不飽和
這是acr也不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入δu＝0。δu n＝0（轉(zhuǎn)速無(wú)靜差），δu i＝0（電流無(wú)靜差）。即
n0為理想空載轉(zhuǎn)速
asr不飽和運(yùn)行段為一水平的直線
直線為 段
即靜特性的n0-a段（水平段）
靜特性
② asr飽和
asr飽和：a. u*n 起動(dòng)，n=0
b. u*n↓= 0，asr輸入只剩un（負(fù)飽和）
c. n =0 堵轉(zhuǎn)
asr 飽和，轉(zhuǎn)速外環(huán)開(kāi)環(huán)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，asr輸出：
u*im=βi dm，（與n無(wú)關(guān)）
即靜特性的a-b段，系統(tǒng)獲得一很好的下垂特性
此時(shí)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。這一特性正好適合理想快速起動(dòng)過(guò)程對(duì)i d的要求。
四、各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算
1. 穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)
雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和（δu＝0）時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系：
系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)平衡
點(diǎn)（c點(diǎn)）運(yùn)行 n=n0， id=idl
上式表明：轉(zhuǎn)速 n 是由
給定電壓u*n決定的。
表明：u*i（asr的輸出）由負(fù)載電流 i dl 決定。
表明：控制電壓 uct 的大小則同時(shí)取決于 n 和 i d，或者說(shuō)，同時(shí)取決于u*n 和 idl。
以上各式說(shuō)明：穩(wěn)態(tài)時(shí)，pi調(diào)節(jié)器輸出量與輸入無(wú)關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要pi調(diào)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。它不同于p調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)。比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量。
2. 穩(wěn)態(tài)參數(shù)（α 和β ）計(jì)算：
由于系統(tǒng)無(wú)靜差，穩(wěn)態(tài)時(shí)，pi調(diào)節(jié)器的輸入電壓為0（δu＝0），給定電壓與反饋電壓相等。
（1）電流環(huán)的β
δu i＝0 ， u*im=βi dm
電流反饋系數(shù)
首先確定i dm（電機(jī)的過(guò)載能力、機(jī)械承受沖擊力）。然后，可以選擇u*im（asr的輸出限幅值），求出β 。或選擇β，求u* im 。
（2）轉(zhuǎn)速環(huán)的α
轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)
n max —電動(dòng)機(jī)調(diào)壓時(shí)的最高轉(zhuǎn)速。
u* nm —根據(jù)運(yùn)算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的情況選定，穩(wěn)壓電源要留有余量。
注：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)（根據(jù)d 和 s ）完全不同。