二、系统的静态特性
当负载增加，负载电流Ifz大于电动机电流Id时，就会出现转速下降。使Ufn＜Ugn，依靠ST的积分作用，将使Ugi增大，迫使电动机电流Id增大，提高电动机转速n，直到转速恢复到原值，使Ufn＝Ugn为止。只要Ufn还小于Ugn，ST的积分调节作用就一直进行下去。当负载电流Ifs再进一步增大时，则将重复上述调节过程。
当负载电流Ifz增大到Idm时，ST进入饱和状态转速环失去转速恒值调节作用。当负载电流继续增大，将使Ifz＞Idm，此时电动机已带不动负载，其转速n将迅速下降，则Ufn＜Ugn，ST输出电压Ugim维持在限幅值。此时在最大电流给定下，依靠电流调节器对电流进行恒值调节，这时双闭环系统由恒转速调节过渡到恒电流调节，从而得到较为理想的下垂特性。
§4-3调速系统的动态特性
一般来说调速系统的动态性能主要是指系统对给定输入的跟随性能和系统对扰动输入的抗扰性能而言。两者综合在一起就能完整的表征一个调速系统的动态性能。
下面将对双闭环调速系统突加给定时的动态响应以及系统的抗扰性能作一些简单的介绍。 一、双闭环调速系统突加给定时的动态响应
现在我们就来分析起动过程中，两个调节器的相互配合关系以及转速调节器饱和非线性的特殊作用。
起动前系统处于停车状态，此时Ugn=0，Ugi=0，Uk=0，可控硅移相角α=90°，即触发脉冲在初始相位上，整流电压Ud0=0，电动机转速n=0。为了避免系统处于停车状态时出现电动机爬行的现象，必须强调ST和LT两个PI调节器在起动前锁零，以保证系统起动时Ugi和Uk都从零值开始变化。为了使双闭环调速系统获得近似理想的启动过程，必须经过三个阶段：电流上升阶段、恒流升速阶段、转速调节阶段。系统的动态响应波形图如下：
其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示三个
阶段。
1．电流上升阶段
突加给定电压Ugn后，由于电动机的机电惯性较大，转速和转速反馈的增长不会很快，所以转速调节器ST的输入偏差电压的数值比较大，ST迅速达到饱和，其输出也达到了限幅值Ugim，并将其输出给电流调节器LT，使Uk迅速增大，脉冲从90°初始位置快速前移，强迫整流电压Ud建立。由于Ud增长得很快，迫使电流迅速增大，直到电流上升到最大值Idm时，电流调节器LT的作用就使得电流不再迅猛的增长，即保持动态平衡：Ufim=Ugim。这就标志着这一阶段的结束。在此阶段中，转速调节器ST由不饱和很快到饱和，而电流调节器LT一般是不饱和的，以保证电流环的调节作用。 2．恒流升速阶段
从电流上升到Idm开始，直到转速升到给定值为止，属于恒流升速阶段，是起动过程中的主要阶段。在这个阶段中，转速调节器ST一直处于饱和状态，转速环相当于开环状态，系统表现为恒值电流给定作用下的电流调节系统，基本上保持电流Id恒定，因而拖动系统的加速度恒定，转速呈线性增长。与此同时，电流调节器LT在电流偏差信号ΔUi作用下，其输出电压Uk也按线性规律增长，这是由LT积分作用来保证的。联系最佳起动过程的控制规律，只要使Uk按转速上升斜率（设计所要求的加速度）平行增长，就能保证起动电流波形近似为矩形，使系统的最大加速电流和加速度保持恒定，所以把这一段称作恒流升速阶段。其动态结构图如下所示：
E↑→Idm↓→Ufi↓→ΔUi↑→Uk↑→Ud0↑→Id↑ 这个过程一直持续到恢复Idm值。
在实现恒流调节过程一直伴随着对反电势扰动的调节过程。由于电流调节器的积分作用要对反电势扰动对电流的影响进行补偿，因此要求电流调节器的积分时间常数τI和调节对象的时间常数TL要相互配合，这正是电流调节器设计中要解决的问题。同时变流装置输出的最大整流电压Udm也应留有余地，以保证提供足够大的整流电压来满足调节能力的需要，这些都是设计系统时应予考虑的问题。 3．转速调节阶段
当转速上升到给定值时，Ugn=Ufn，ΔUn=0，即ST入口偏差电压值为零，但ST的输出值由于积分作用还维持在限幅值Ugim上，所以电动机仍在最大电流下继续加速，使转速实现超调。由于转速超调，使Ufn＞Ugn，ΔUn＜0，即ST入口出现负的偏差电压，使转速调节器ST退出饱和，即电流给定减小，则主电路电流Id也随之迅速减小。但是在Id仍大于负载电流Ifz的一段时间内，转速仍会继续上升一些，直到Id＜Ifz时，电动机才开始在负载阻力下减速，并开始进入稳态（如果电流超调过大，转速可能出现几次振荡之后才会趋于稳定）。在这一阶段ST和LT同时起作用，但速度环的调节作用是主导的，它使转速迅速趋近于给定速度，使系统稳定；而电流调节器LT的作用是使电流Id随着Ugi变化而变化，即电流内环的调节过程是由速度外环支配的，所以电流环的作用是从属的。 以上我们只是讨论了在突加较大的阶跃给定信号时系统的起动过程，如果转速给定值为一斜坡给定信号（由给定积分器给出），且信号增长很慢，使转速调节器ST来不及饱和，那么起动过程将不会出现恒流升速阶段和转速超调现象。系统将一直在线性范围内工作，在整个起动过程中ST始终起主导作用，电流环处于从属地位。
综上所述，转速、电流双闭环系统，在突加阶跃给定的起动过程中，充分的利用了转速调节器ST的饱和非线性，使系统首先变成一个恒流调节系统；尔后又以ST退饱和为转机，使系统在达到稳态运行的同时又实现了无静差。由此可见系统中的两个调节器是有节奏地配合，并充分发挥了各自的作用。 二．双闭环调速系统的抗扰性能 1．抗负载扰动
由结构图可知，系统负载扰动作用在电流环之后，只能靠转速调节器来产生抗扰作用。因此，在突加（减）负载时，必然会引起动态速降（升）。为了减少动态速降（升），在设计ASR时，必须要求系统具有较好的抗扰性能指标。而对于ACR的设计来说，只要电流环具有良好的跟随性能就可以了。 2．抗电网电压扰动
由于电网电压扰动和负载扰动在系统动态结构图中作用的位置不同，因而系统对它的动态抗扰效果也不一样。
①在单闭环调速系统中，电网电压扰动ΔUd和负载电流扰动IdL都作用在被负反馈环包围
的前向通道上，仅就静特性而言，系统对它们的抗扰效果是一样的。但是从动态性能上看，由于扰动作用的位置不同，还存在着及时调节上的差别。负载扰动IdL作用在被调量n的前面，它的变化经积分后就可被转速检测出来，从而在调节器ASR上得到反映。电网电压的扰动作用点则离被调量更远，它的波动先要受到电磁惯性的阻挠后影响到电枢电流，再经过机电惯性的滞后才能反映到转速上来，等到转速反馈产生调节作用，就为时已晚了。下图为单闭环调速系统的结构图：
②在双闭环调速系统中，由于增设了电流内环，及时调节的问题便有所好转。这是由于电网电压扰动被包围在电流环之内，当电压波动时，可以通过电流反馈得到及时的调节，不必等到影响到转速后才在系统中有所反应。因此，在双闭环调速系统中，由电网电压波动引起的动态速降会比单闭环系统小得多。以下是双闭环调速系统的结构图：
第五章 系统的动态校正
转速电流双闭环直流系统，是目前广泛应用的结构形式。其动态结构图属于多环系统。设计多环系统一般从内环开始，一环一环的逐步向外扩展。在这里先从电流环入手，首先设计好电流调节器，然后把整个电流环视为转速调节系统中的一个环节，再设计一个转速调节器。 双闭环调速系统结构图：
§5-1二阶及三阶最佳校正 一、二阶最佳校正
二阶设计的基本形式是当调节对象为一阶惯性环节：Ws(S)=KS/TSS+1时采用积分调节器WR=1/TiS,其中Ti=2KsTs。但在实际生产中对象往往很复杂，并不是简单的一阶惯性，这时，一般来说，必要时要对传函进行近似处理例如把多个小惯性环节串联的对象近似看作一个新的惯性环节，然后再设法用各种调节器来校正，使校正后的系统传函成为二阶最佳设计的基本形式。
二、三阶最佳校正
三阶最佳设计的基本形式是当调节对象为：Ws(S)=KS/TiS(TS+1)，则串接的PI调节器为：WR(S)= (TlS+1)/TiS.其中Tl=4TS，Ti=8KSTS22/TS时，则可获得最佳。同样，由于实际生产对象并非是单一的积分惯性环节，所以要设法将调节对象化为标准的积分惯性环节，然后在串联适当的调节器进行校正。二阶最佳超调量小，系统也简单但由于给定速度静差是常数，所以较适用于单独运行的系统中，而不适用于随动系统中。 §5-2 电流环的设计 电流环的动态结构图如下：
电流环设计及参数计算： 1．时间常数的确定
对于三相桥式电路：Ts=0.0017s ,Toi=3.33ms,这里应取Toi=2ms=0.002s 则T∑i=Ts+Toi=0.0037s 其中：
Ts—整流装置滞后时间常数 Toi—电流滤波时间常数 2. 选择电流调节器结构 根据设计要求：δi%≤5%
而且Ti/T∑i=0.03/0.0037=8.11<10
因此可按典型I型系统设计。电流调节器选用PI型， 其其传函为： WACR(S)=Ki（TiS+1）/τiS 3． 电流调节器参数的计算 ACR超前时间常数：τi=Ti=0.03s
电流环开环增益，要求δi%≤5%时，应取KITΣi=0.5 则KI=0.5/T∑i=135.1 因此ACR的比例系数为： Ki= KIRi/βKs=1.013
4. 调节器中的电阻及电容的计算
所用运算放大器取R0=40KΩ，各电阻和电容值计算如下： Ri=KiR0=1.013340KΩ=40.52KΩ