为电流环作为内环，从稳态要求上看，要求电流无静差，以得到理想的堵转特性，从动态上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用下时有太大的超调，以保证电流在动态过程不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素。因而电流环应以跟随性能为主。所以本文采用典型Ⅰ型系统。对于转速环，由于转速环作为外环，主要要求系统抗干扰性能好和转速无静差，所以将转速环设计成典型Ⅱ系统。双闭环直流调速系统的动态结构框图如图所示：
Ui?(s)??Un(s)E(s)?IdL(s)1?Tons?1?ASR1?Tois?1?ACRUc(s)KsUd0(s)Tss?1?1/RId(s)Tls?1?RTms1Cen(s)电流环?Tois?1?Tons?1图2-1 双闭环调速系统的动态结构框图
上图 2-1是双闭环调速系统的实际动态结构框图。由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需要加低通滤波。这样的滤波环节传递函数可用一阶惯性环节来表示，其滤波时间常数Toi按需要选定，以滤平电流检测信号为准。然而，在抑制交流分量的同时，滤波环节也延迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个同等时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。其意义是让给定信号和反馈信号经过相同的延时，使得二者在时间上恰好的配合。
由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波，滤波时
间常数用Ton表示。根据和电流环一样的道理，在转速给定通道上也加入时间常数Ton的给定滤波环节。
2.1 电流调节器设计
（1）电流环结构框图的化简
在图 2-1点划线框的电流环中，反电动势与电流反馈的作用相互交叉，这将
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给设计工作带来麻烦。实际上，反电动势与转速成正比，它代表转速对电流环的影响。在一般情况下，系统的电磁时间常数Tl远小于机电时间常数Tm，因此，转速的变化往往比电流变化慢得多，对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即?E?0，这样，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，得到的电流环的近似结构框图如图 2-2。
Ui?(s)1Tois?1??ACRUc(s)KsTss?1Ud0(s)1/RTls?1Id(s)?Tois?1图2-2 忽略反电动势的动态影响
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Ui?(s)/?，则电流环便等效成单位负反馈系统，如图2-3。
Ui?(s)????Tois?1ACRUc(s)Ks/R(Tss?1)(Tls?1)Id(s)图2-3 等效成单位负反馈系统
由于Ts和Toi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 则电流环结构框图最终简化成下图2-4。
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Ui?(s)??ACR?Ks/R(Tls?1)(T?is?1)Id(s)?
图2-4 小惯性环节近似处理
（2）电流调节器结构的选择
图2-4表明，电流环的控制对象是双惯性的，要校正成典型Ⅰ型系统，显然应
采用PI型的调节器，其传递函数可以写成
WACR(s)?Ki(?is?1) ?is式中 Ki--------电流调节器的比例系数 ?i --------电流调节器的超前时间常数
为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择 ?i?Tl
KiKs? ?iR则电流环的动态结构框图便成为图2-5 所以的典型形式，其中 KI?Ui?(s)???KIId(s)s(T?is?1)
图2-5 校正成典型Ⅰ型系统电流环动态结构框图
下图5-6绘出了校正后电流环的开环对数幅频特性.
L/dB?20dB/decO1T?i?ci?40dB/dec?/s?1
图5-6 校正成典型Ⅰ型系统电流环开环对数幅频特性
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校验
1111??ci ，??ci ，3??ci是否满足条件 TsToi3Ts3TsToi⑶ 电流调节器的参数计算
由式WACR(s)?Ki(?is?1)可以看出，电流调节器的参数是Ki 和?i，其中?i已?is选定，待定的只有比例系数Ki，它可根据所需的动态性能指标选取。 计算电流环开环增益： KI??c i计算电流调节器的比例系数：Ki?TlR
2Ks?T?iTlR可以做相应
2Ks?T?i如果实际系统要求的跟随性能指标不同，式KI??ci 和Ki?的改变，然后再次校验抗扰性能的指标是否满足。 （4）计算调节器电阻和电容
按含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型电流调节器原理图如图2-7，图中Ui?为电流给定电压，??Id为电流反馈电压，调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压Uc。
RiCiUi?R02R02A-Uc+CoiR02R02+Rbal??IdCoi图2-7 含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器
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2.2 转速调节器设计
⑴ 电流环的等效闭环传递函数
电流环经化简后可视作转速环中的一个环节，为此需要求出它的闭环传递函数Wcli(s)，由图2-5可知：
KII(s)1s(T?is?1)Wcli(s)??d??
KT1Ui(s)/?1?I?i2s?s?1s(T?is?1)KIKI忽略高此项，Wcli(s)可降阶近似为：
Wcli(s)?11s?1KI
接入转速环内，电流环等效环节的输入量应为Ui?(s)，因此电流环在转速环中应等效为：
1Id(s)Wcli(s)???
1Ui?(s)?s?1KI这样，原来是双惯性环节的电流环控制对象，经闭环控制后，可以近似地等效成只有较小时间常数1KI的一阶惯性环节。
⑵ 转速环结构的化简和转速调节器结构的选择
用电流环的等效环节代替图2-1中的电流环后，整个转速控制系统的动态结构
框图如图2-8所示。
?IdL(s)?Un(s)1Tons?1??ASRUi?(s)1?1s?1KIId(s)?RCeTmsn(s)?Tons?1图2-8 用等效环节代替电流环
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