运动控制系统
该环节的内容从直流电动机等效电路入手，确定直流它励电动机的数学模型及动态结构图，教师讲解思路，学生自学。
（二）晶闸管触发和整流装置数学模型及动态结构图
失控时间：Ts的概念。（）
从控制电压Uct变化开始到Ud0发生变化之间的时间间隔Ts称为失控时间，最大失控时间为两个相邻自然换相点之间的时间，即
以三相半波整流电路为例来讲解，多媒体动画演示 Tsmax?1 mfTsmax，2相对于整个系统的时间响应来说，Ts是不大的。通常可用简单算术平均值，即Ts?不同整流电路Ts取值不同。
晶闸管触发器和整流装置输入输出关系为
Ud0?KsUct1(t?Ts)
应用拉氏位移定理，其传递函数为
Ud0(s)Ws(s)??Kse?TSS
Uct(s)将e?TSS按泰勒级数展开，则上式变成
Ud0(s)KKs?Kse?TSS?TsS?
S11Uct(s)e1?Tss?Ts2s2?Ts3s3??2!3! 由于Ts很小，可忽略高次项，可将晶闸管变流装置近似成一阶惯性环节来处理，其传函为
Ud0(s)Ks ?Uct(s)1?Tss
（三）比例放大器和发电机传函
由于比例放大器和测速发电机输出响应可认为是瞬时变化的，其传函为
Uct(s)U(s)?Kp ， n?α
?Un(s)n(s)
将上述四个环节按系统中的相互关系连接在一起，便得到闭环调速系统的动态结构图 二、闭环调速系统的数学模型和稳定条件
当不考虑负载，即IdL=0时，系统开环传函为
W(s)?闭环系统传递函数为
K 2(Tss?1)(TmTls?Tms?1)6
运动控制系统
KpKs/CeWcl(s)?(1?K)
TmTlTS3Tm(Tl?TS)2Tm?TSs?s?s?11?K1?K1?K1． 稳定条件
根据反馈控制闭环调速系统的特征方程和劳斯--古尔维茨判据，可以推导出其稳定条件为
Tm(Tl?TS)Tm?TSTmTlTS???0
1?K1?K1?K或 (Tl?TS)(Tm?Ts)?(1?K)TlTS
Tm(Tl?TS)?TS2可得 K?
TlTS系统的临界放大系数Kcr，当K ＞Kcr时，系数将不稳定。
强调：对于一个自动控制来说，稳定性是它能否正常工作的首要条件，是必须保证的。 三、单闭环直流调速系统的组成及静特性 1． 详细讲述闭环系统的组成及特点
特点：①把转速反馈与给定比较形成控制信号，组成闭环控制；
② 测速环节：直流测速发电机，与直流电机同轴联结；； ③设置放大器
Flash演示 **提问：运用自控原理的知识，如何推导闭环系统的特性方程？
利用自动控制原理中传函的化简原理，得到调速系统的静特性方程式，从而得出系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同，故定名为“静特性”，
然后进行四、开环系统机械特性和闭环系统静特性的比较分析：
接下来重点分析降低速降的实质是什么呢？ 闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变整流电压，而开环系统不能自动调节。
以负载增大为例，闭环调速系统的自动调节过程如下：
结论：闭环系统可以获得比开环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，须增设检测与反馈装置和电压放大器。 7
运动控制系统
主要例题： 当负载突增时，系统的自动调节过程。
FLASH动画演示 最后总结具有比例调节器的单闭环调速系统的基本性质，强调指出：有静差系统的概念。全面地看，反馈控制系统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，则紧紧地跟随这给定作用，对给定信号的任何变化都是惟命是从的。而系统精度依赖于给定和反馈精度
四、反馈控制调速系统的主要部件和稳态参数计算
该部分内容采用多媒体讲授。 ㈠ 运算放大器：提问：比例放大器的放大系数计算方法？分析其输入输出特性，
总结比例调节器特点：注意比例调节器的输出电压与输入电压成反比，其输出量能立即响应输入量的变化。画出其结构图。
该部分在黑板上推导。 ㈡ 晶闸管整流与触发装置
若初步估算，即在
条件下，用两个量的设计最大值估算，即
。也可估算，
㈢ 稳态参数计算举例
以转速单闭环有静差调速系统为例,讨论静态参数计算。
先提出该类问题的分析思路，解题步骤，然后，要求同学们当堂计算，最后点出计算过程中的注意点和难点。 8
运动控制系统
五、单闭环调速系统的限流保护——电流截止负反馈
首先启发学生明确一点：闭环存在的问题，引入电流截止环节，然后 请同学们自己设计该环节电路，之后，老师提供出两个实际电路，请同学们比较各自的优缺点。
最后对带电流截止负反馈的单闭环调速系统进行静特性分析：
学生了解了引入电流截止负反馈的目的及所起的作用后，总结对带电流截止负反馈的单闭环调速系统进行静特性分析，也叫“挖土机特性”
§1-4 积分、比例积分控制规律和无静差调速系统
教学目的、要求：掌握PI调节器特性以及与P调节器的区别，PI调节器能解决系统动态快速性与
稳态无静差的实质，会分析由PI调节器组成的无静差调速系统调节过程及静特性。 重点、难点：放大系数K对系统稳定性的影响。无静差系统特性以及I调节器性能。无静差系统静特性分析。
主要例题： 以负载突增来分析无静差调速系统调节过程 思考及作业：㈠PI调节器的特性是什么？
㈡PI调节器能解决系统动态快速性与稳态无静差的实质？ ㈢ PI调节器的实用电路要考虑哪几方面？
教学设计：回顾单闭环有静差系统的特点，提问：使用比例调节器的闭环系统能否完全消除静态偏差？通过分析，引出无静差概念，PI调节器实现无静差的实质让学生讨论，得出结论。
无静差调速系统概念：调速系统受到扰动作用后，又进入稳态运行时，系统的给定量与被调量的反
*馈量保持相等，即?U?Un?Un=0，也就是扰动前后的稳态转速不变。
一、分析积分调节器（I调节器）及积分控制规律
积分器有三个重要特性
1）延缓性 积分调节器输入阶跃信号时，输出按积分线性增长。
2）积累性 只要积分调节器输入信号存在，不论信号大小如何变化，积分的积累作用就持续下去，只不过输出值上升速率不同而已。
3）记忆性 在积分过程中，如果输入信号变为零，输出电压能保持在输入信号改变前的瞬时值，该电压值就是充电电容C两端的电压值，若要使输出值下降，必须改变输入信号Uin的极性，其变化过程如图所示。
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运动控制系统
对I调节器性能的性能采用在黑板上讲授。
若初始不为零情况下积分调节器输出值为
Uex?1Uindt?Uex0 ?τ比例调节器的输出量完全取决输入量的“现状”；而积分调节器的输出，既取决于输出的初始值，又取决于输入量对时间的积累过程（即历史状况）。尽管目前Uin=0，只要历史上曾经出现过
Uin的值，输出就存在一定数值，这就是比例控制规律与积分控制规律的根本区别。
虽然积分调节器通过不断的积累过程来最后消除误差，但由于积分调节器的输出是逐渐的积
累，在控制的快速性上，积分控制远不如比例控制。而比例调节器虽然响应快，但系统存在静差，如果既要稳态精度高，又要动态响应快，就把P与I结合起来，取长补短，形成比例积分调节器（PI调节器）。
课后自学：比例积分调节器的电路实现及传递函数的推导
二、采用比例积分（PI）调节器的单闭环无静差调速系统
1． PI调节器工作原理
采用运算放大器的PI调节器线路及传递函数要求学生课前自学。 课堂提问：
比例积分作用的动态快速性和稳态无静差物理意义的概念： 课堂讨论：无静差系统静特性的实质。如何实现？
由此可见，PI调节器满足了系统在动态和静态时放大系数K大小不同的要求，它属于串联校正装置，这样不仅使系统在稳态做到无静差，而且又提高了系统动态的稳定性。
2． 具有PI调节器的单闭环无静差调速系统
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