运动控制系统
§2-2 双闭环调速系统动态特性
教学目的、要求：必须掌握转速、电流双闭环调速系统整个启动过程，在启动过程中两调节器的作
用, 以及启动特点，闭环系统的抗扰性能。 重点、难点：起动过程分析。
主要内容：起动过程中两调节器的调节过程；电机电流、转速以及控制电压的变化过程。 思考及作业：
①什么是最佳过渡过程?
② 转速、电流双闭环调速系统电路的特点是什么? ③PI调节器限幅特征？
③在整个起动过程第一、第二过程中，两个调节器的作用？ ④在起动过程中，转速一定会超调吗？为什么？
⑤在起动的第二阶段为什么电枢电流能维持最大值基本不变？实现最大力矩起动？ ⑥系统抗干扰作用。 ⑦总结ASR，ACR的作用。
§2-2 双闭环调速系统动态特性
教学设计：上课后留出15分钟的时间，让学生进一步预习，然后分组讨论上节课所提出的讨论题
目。每组推选一名学生上讲台讲解，同组同学可以补充。最后留出20分钟时间，老师进行评讲。通过学生思考，讨论，锻炼学生的知识组织能力，与人交流的能力，开发思维能力，引导他们逐步学会解决实际问题的能力。（最后老师进行总结）
§2-3 直流电动机的双域控制
教学目的、要求：让学生掌握双域控制的基本原理 重点、难点：如何维持电机弱磁升速过程 主要内容：基速以上减弱磁场升速过程 思考及作业：
①弱磁升速的前提条件是什么？
② 在弱磁升速的过程中如何维持E不变？ ③弱磁升速过程中励磁电流如何变化？ ②弱磁升速的ASR、ACR状态 任何改变？
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§2.3 直流电动机的双域控制
教学设计：
先在黑板上讲解基本原理，然后用网络课件播放动画过程。最后留出10分钟时间，让学生找出课本上讲解的不妥之处并进行讨论。加深学生的内容的理解，同时激励学生积极思考？敢于怀疑，不惟权威。
（1） 基速以下变电压调速时，电动机电磁转矩为
该环节内容在电机与拖动课程中讲过，提问和复习方式进行 T?Cm?Id
设调速过程中，电流为额定值Inom不变，因此
T?Cm?Inom?常数 属于恒转矩调速方式，而电动机输出功率
P?EId?Tn?Kn 975可见，功率P与转速成正比，低速时，显然电动机容量没有得到充分利用。
（2）基速以上减弱磁场升速时，Ue?E?IdR?恒定值，忽略IdR，Ue?E=定值，若仍维持
Id不变，则电动机功率P?EId保持不变，所以若磁调速属于恒功率调速方式。
弱磁调速的控制规律是磁通减弱，转速上升，电势保持不变。这样的配合控制特性示于下图中。
从图中可以看出起动时不宜采用弱磁方式，而应在额定磁通下升压起动，才能得到大的起动转矩。当电压达到额定值以后，才可减弱磁通继续升速。
二、双域控制调速系统原理
教学设计思路：讲授该部分内容时，根据电路特点：两套系统，电动机的电枢电压调节系统和励磁磁场控制系统结构相似，同学们对前一系统已经很熟悉，因此励磁磁场控制系统讲解时，从主回路出发，由系统控制目标出发一层一层向控制环递推，使同学们熟悉工程设计思路和分析方法。
① 电枢电压调节系统，是一个典型的转速、电流双闭环系统
②磁场控制系统，具有两个调节环：电动势调节环，作为外环，励磁电流调节环置于内环。电动势调节器AER和励磁电流调节器AFR一般都采用PI调节器。
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运动控制系统
*磁场控制系统中Ue为基速电势给定，它的数值一般整定为95?，并保持不变。电势调节器
AER输出的限幅值，是作为磁场电流的最大给定值，决定了磁场额定电流的大小，而AER输出的最小值，则限制了电流的最小数值。
1． 基速以下保持励磁为额定值，调电枢电压升速调节过程
基速电势给定整定在95%（或90%）nnom值，电动机在基速以下的升速起动，为转速、电流双闭环调速系统的起动过程。ASR输出已达限幅值，维持电动机电枢电流为最大值，转速以恒加速度上升，整流电压Ud0不断升高。由于n?95%nnom，电动电势E?95?，电势反馈信号Ue亦小于基速电势给定
*，反电势调节器AER输入偏差信号较大，使AER输出处Ue机反
于限定励节过
幅状态，即Uf?Ufm，这相当于磁场整流桥VFC输出额磁电流。这就是满磁状态下变电枢电压的升速过程。其调程见图所示。
2． 基速以上，保持电动机反电势恒定的弱磁升速调节
过程
基速电势给定整定在95%（或90%）nnom值，当转速上
*大于95%（或90%）nnom时，反电势反馈信号Ue?Ue，
**升到电势
*调节器输出退饱和，电势调节环由开环进入闭环工作，从而使励磁电流给定值Uif降低，经过AFR
的调节，励磁电流减小，弱磁升速开始，转速继续上升，反电势E暂时也随之升高，使励磁电流和磁通快速下降，根据公式E?Ce?n，由于机械惯性，转速n来不及变化，所以反电势E就下降，其调节过程为
*Ue?Ue?AER退饱和?Uif??If?????E??Ue? Ue跟随Ue*基本维持不变，E基本不变，则n上 升 *使Ue跟随Ue基本维持不变（即E基本不变），转速n就随着?的下降而不断上升，但只要实际**转速还没有达到给定值，既Un?Un，转速就继续上升，直到Un?Un为止，达到所需转速稳定*运行。这样，在基速以上尽管转速在上升，但Ue≈Ue，反电动势维持恒定，所以电枢电压
该环节采用多媒体讲授，动画演示。 Ud?E?IdmR却不会再升高， AER和AFR则在维持反电动势不变的条件下控制励磁电流。
上述分析表明，电动机由基速以下的调压调速转入基速以上的弱磁升速，是靠反电势信号Ue的控制而进行的。电动机弱磁升速过程，实质是维持电动机反电势E为恒值的调节过程。
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§2.4 调节器的工程设计方法
目的、教学要求：了解调节器工程设计基本方法和思路 重点、难点：系统参数和性能指标的关系
主要内容（控制系统的动态性能指标、典型I型、Ⅱ型系统参数和性能指标的关系）
教学方式方法（本节内容用多媒体讲授）
思考：典型I型、Ⅱ型系统参数和性能指标的关系特点是什么？
教学设计：先讲授直流调速系统工程设计的基本原则，基本方法步骤然后要求学生自行复习典型Ⅰ型、Ⅱ型系统的基本特点，以及每种系统的稳定性能指标和抗扰性能指标与参数的关系，使学生逐步熟悉先修课自动控制原理的知识与实际系统相联系，巩固所学的自动控制系统基本原理，提高学生的综合运用所学知识，获取工程设计技能的能力。
。
§2.5调节器的工程设计方法
目的、教学要求：了解调节器工程设计中调节器最佳整定设计法基本方法掌握调节器结构的选择和传递函数的近似处理
重点、难点：调节器结构的选择和传递函数的近似处理
主要内容（调节器结构的选择和传递函数的近似处理、调节器最佳整定设计法） 教学方式方法（本节内容用多媒体讲授）
思考：传递函数的近似处理、最佳整定设计法的原则是什么？
教学设计：先讲授设计多环控制系统的一般原则是：从内环开始，一环一环地逐步向外扩展。在这里是：先从电流环人手，首先设计好电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。再以电流调节器为主要对象讲授调节器的设计步骤和构造过程，转速调节器的设计由学生自学。
课后大作业：利用Matlab仿真软件对教材提供的设计数据进行仿真，分析仿真结果。
第三章 数字化直流调速系统
§3.1 数字触发器
教学目的、要求：了解数字控制调速的基本特点，理解数字触发器的基本工作原理 重点、难点：同步配合电路波形分析、移相控制、脉冲宽度控制的实现原理
主要内容（数字触发器的功能、实现晶闸管相控变流器触发脉冲的生成的基本工作原理。）
教学方式方法：（用多媒体讲授）
思考及作业：如何实现三相电源的相位判断
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教学设计：前几章讲述了直流调速系统的各种调速方案的原理及参数设计。各种调速方案的控制电路都是由电子器件（如集成运放、门电路等）组成，即是通常所说的模拟控制。上述的各种调速方案的控制功能也可以全都由微处理器来实现，即采用数字控制方案。本章内容就是要将控制理论与计算机控制技术相结合，讲授时，引导学生了解当今信息时代数字控制系统的应用概况，不能局限于书本上的某一单片机系列指定学生利用网络资源搜索相关资料和信息，提高学生获取课外知识的能力和综合分析能力。 教师主要利用多媒体讲授数控系统的基本特点，具体应用电路，由学生自学。
数字控制与模拟控制相比较，有以下特点：
① 印刷电路板面积小，连线少。产品的生产周期短，调试时间短，生产效率高。 ② 容易实现复杂的控制思想，调速精度高于模拟调速系统。
③ 可靠性（故障率）及可维护性（排除故障时间短）高于模拟调速系统。
进入20世纪80年代，用数字控制代替模拟控制已成为必然趋势。世界各电气公司相继推出全数字晶闸管调速系统，例如德国西门子公司的SEMADYN D全数字调速系统，英国欧陆公司推出的SSD系列全数字直流调速系统。这些系统均可以实现四象限直流可逆调速功能，控制思想先进，可实现速度、电流的自适应调节，且控制程序模块化，参数修改方便，生产及调试周期短。
全数字直流调速系统与模拟控制的直流调速系统相比，控制思想是一样的，只是用微处理器芯片完成全部的直流调速系统的功能。数字直流调速系统主要由以下几部分组成：数字触发器、数字调节器、逻辑控制电路、输入输出通道。
多媒体讲授
数控系统各环节的硬软件设计思想：
数字触发器的功能是实现晶闸管相控变流器触发脉冲的生成。它包括同步配合电路、移相控制、脉冲宽度控制、双脉冲形成、脉冲通道控制等环节。在模拟触发电路中，移相及同步配合控制功能通常是由改变同步电压UT（与晶闸管承受正弦波电压相位相关的正弦波或锯齿波）与控制电压Uct相比较的交点来实现的，改变Uct就可以改变控制角?。因此，模拟触发电路具有电路结构复杂、调试工作量大的特点。
数字触发器的移相控制是由同步脉冲信号产生中断开始的定时器延时控制来实现的。即把欲改变的控制角?的大小转变成延时时间常数的大小。
一、同步电路
二、移相控制， 数字触发器的移相控制是通过同步中断脉冲开始后的延时控制来实现的。
三、触发脉冲输出电路
四、可逆整流器的触发通道电路
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