【正文】 — 電力電子變換器的電壓放大系數(shù)； — 轉速反饋系數(shù) ， （ Vmin/r） ； — UPE的理想空載輸出電壓； — 電樞回路總電阻 。 Kp Ks R ? Ud0 從上述五個關系式中消去中間變量，整理后，即得轉速負反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式 （ 135） )1()1()/1( ede*nspesped*nspKCRIKCUKKCKKCRIUKKn???????? ? 靜特性方程 ? 靜特性方程（續(xù)） 式中 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù) K為 它相當于在測速反饋電位器輸出端把反饋回路斷開后，從放大器輸入起直到測速反饋輸出為止總的電壓放大系數(shù)，是各環(huán)節(jié)單獨的放大系數(shù)的乘積。 電動機環(huán)節(jié)放大系數(shù)為 espCKKK ??nEC ?e? 注意： 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性表示閉環(huán)系統(tǒng)電動機轉速與負載電流 （ 或轉矩 ） 間的穩(wěn)態(tài)關系 ， 它在形式上與開環(huán)機械特性相似 ，但本質(zhì)上卻有很大不同 ， 故定名為 “ 靜特性 ” ， 以示區(qū)別 。 Kp Ks ? 1/Ce U*n Uc ?Un E n Ud0 Un + + IdR n ? 閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構框圖 圖 125 轉速負反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構圖 圖中各方塊內(nèi)的符號代表該環(huán)節(jié)的放大系數(shù)。運用結構圖運算法同樣可以推出式（ 135）所表示的靜特性方程式，方法如下：將給定量和擾動量看成兩個獨立的輸入量，先按它們分別作用下的系統(tǒng)求出各自的輸出與輸入關系式， b）只考慮給定作用時的閉環(huán)系統(tǒng) c）只考慮擾動作用時的閉環(huán)系統(tǒng) )1(e*nspKCUKKn??)1(edKCRIn???U*n Kp Ks ? 1/Ce Uc ?Un n Ud0 Un + + Kp Ks ? 1/Ce IdR n Ud0 + E 由于已認為系統(tǒng)是線性的，可以把二者疊加起來，即得系統(tǒng)的靜特性方程式 （ 135） )1()1( ede*nspKCRIKCUKKn???? 開環(huán)系統(tǒng)機械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性 的關系 比較一下開環(huán)系統(tǒng)的機械特性和閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性，就能清楚地看出反饋閉環(huán)控制的優(yōu)越性。如果斷開反饋回路，則上述系統(tǒng)的開環(huán)機械特性為 opop0ede*nsped0d nnCRICUKKCRIUn ??????? (136) 而閉環(huán)時的靜特性可寫成 ll nnKCRIKCUKKncc0ede*nsp)1()1( ???????(137) 比較式（ 136）和式（ 137）不難得出以下的論斷： （ 1）閉環(huán)系統(tǒng)靜性可以比開環(huán)系統(tǒng)機械特性硬得多。 在同樣的負載擾動下 ， 兩者的轉速降落分別為 和 它們的關系是 Knnl ????1opc(138) edop CRIn ?? )1(edc KCRInl ???? 系統(tǒng)特性比較 ? 系統(tǒng)特性比較（續(xù)） （ 2）如果比較同一的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。 閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為 和 當 n0op =n0cl 時， （ 139） lll nnsc0cc??op0opop nns ??Kssl ?? 1opc（ 3）當要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。 如果電動機的最高轉速都是 nmax；而對最低速靜差率的要求相同 ， 那么： 開環(huán)時 ， 閉環(huán)時 ， 再考慮式 （ 138） ， 得 opc )1( DKD l ??(140) )1(opNop snsnD??? )1(cNc snsnDll ???? 系統(tǒng)特性比較（續(xù)） ? 系統(tǒng)特性比較（續(xù)） （ 4）要取得上述三項優(yōu)勢，閉環(huán)系統(tǒng)必須設置放大器。 上述三項優(yōu)點若要有效，都取決于一點，即 K 要足夠大，因此必須設置放大器。 把以上四點概括起來，可得下述結論： 結論 2： 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此所需付出的代價是，須增設電壓放大器以及檢測與反饋裝置。 ? 例題 13 在例題 12中，龍門刨床要求 D = 20， s 5%， 已知 Ks = 30， ? = min/r， Ce = min/r， 如何采用閉環(huán)系統(tǒng)滿足此要求？ 解 在上例中已經(jīng)求得 Δnop = 275 r/min， 但為了滿足調(diào)速要求，須有 Δncl = r/min， 由式（ 138）可得 2751cop ???????lnnK代入已知參數(shù)，則得 即只要放大器的放大系數(shù)等于或大于46，閉環(huán)系統(tǒng)就能滿足所需的穩(wěn)態(tài)性能指標。 esp ???? CKKK?? 系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程 ? 開環(huán)系統(tǒng) Id ? ? n? 例如：在圖 126中工作點從 A ? A’ ? 閉環(huán)系統(tǒng) Id ? ? n? ? Un? ? ?Un? ? n? ? Ud0? ? Uc? 例如：在圖 126中工作點從 A ? B n 0 O Id Id1 Id3 Id2 Id4 A B C A’ D 閉環(huán)靜特性 開環(huán)機械特性 圖 126 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機械特性的關系 Ud4 Ud3 Ud2 Ud1 由此看來 ， 閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用 ， 在于它能隨著負載的變化而相應地改變電樞電壓 ，以補償電樞回路電阻壓降 。 反饋控制規(guī)律 轉速反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一種基本的反饋控制系統(tǒng)，它具有以下 三個基本特征 ，也就是反饋控制的基本規(guī)律，各種不另加其他調(diào)節(jié)器的基本反饋控制系統(tǒng)都服從于這些規(guī)律。 1. 被調(diào)量有靜差 從靜特性分析中可以看出 ， 由于采用了比例放大器 ， 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù) K值越大 ， 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好 。 然而 ， Kp =常數(shù) ， 穩(wěn)態(tài)速差就只能減小 ， 卻不可能消除 。 因為閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為 只有 K = ?，才能使 ?ncl = 0，而這是不可能的。因此，這樣的調(diào)速系統(tǒng)叫做有靜差調(diào)速系統(tǒng) 。實際上，這種系統(tǒng)正是依靠被調(diào)量的偏差進行控制的。 )(edc KICRInl ???2. 抵抗擾動 , 服從給定 反饋控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能 ，它能有效地抑制一切被負反饋環(huán)所包圍的前向通道上的擾動作用 ， 但對給定作用的變化則唯命是從 。 ? 擾動 ——除給定信號外 ， 作用在控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)上的一切會引起輸出量變化的因素都叫做 “ 擾動作用 ” 。 ? 調(diào)速系統(tǒng)的擾動源 ? 負載變化的擾動（使 Id變化）； ? 交流電源電壓波動的擾動（使 Ks變化）； ? 電動機勵磁的變化的擾動（造成 Ce 變化 ）； ? 放大器輸出電壓漂移的擾動（使 Kp變化）； ? 溫升引起主電路電阻增大的擾動（使 R變化）； ? 檢測誤差的擾動（使 ?變化） 。 在圖 127中，各種擾動作用都在穩(wěn)態(tài)結構框圖上表示出來了，所有這些因素最終都要影響到轉速。 ? 擾動作用與影響 圖 127 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用和擾動作用 勵磁變化 Id變化 電源波動 Kp變化 電阻變化 檢測誤差 Kp Ks ? 1/Ce U*n Uc ?Un E n Ud0 Un + + R ? 抗擾能力 ? 反饋控制系統(tǒng)對被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動都有抑制功能 。 ? 例如： Us? ? Ud0? ? n? ? Un? ? ?Un ? ? n? ? Ud0 ? ? Uc? ? 抗擾能力（續(xù)） ? 但是，如果在反饋通道上的測速反饋系數(shù)受到某種影響而發(fā)生變化，它非但不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調(diào)量的誤差。 ? 例如： ?? ? Un? ? ?Un? ? Uc ? ? Ud0? ? n? 因此，反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。 ? 給定作用 與眾不同的是在反饋環(huán)外的給定作用 ， 如圖 127中的轉速給定信號 ， 它的些微變化都會使被調(diào)量隨之變化 ， 絲毫不受反饋作用的抑制 。 ? 結論 3： 反饋控制系統(tǒng)的規(guī)律是：一方面能夠有效地抑制一切被包在負反饋環(huán)內(nèi)前向通道上的擾動作用；另一方面，則緊緊地跟隨著給定作用，對給定信號的任何變化都是唯命是從的。 3. 系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測精度 ? 給定精度 ——由于給定決定系統(tǒng)輸出 ， 輸出精度自然取決于給定精度 。 如果產(chǎn)生給定電壓的電源發(fā)生波動 ， 反饋控制系統(tǒng)無法鑒別是對給定電壓的正常調(diào)節(jié)還是不應有的電壓波動 。 因此 ， 高精度的調(diào)速系統(tǒng)必須有更高精度的給定穩(wěn)壓電源 。 ? 檢測精度 ——反饋檢測裝置的誤差也是反饋控制系統(tǒng)無法克服的 ， 因此 檢測精度決定了系統(tǒng) 輸出精度 。 限流保護 —— 電流截止負反饋 ? 問題的提出： ? 起動的沖擊電流 ——直流電動機全電壓起動時 ， 如果沒有限流措施 ， 會產(chǎn)生很大的沖擊電流 ， 這不僅對電機換向不利 ， 對過載能力低的電力電子器件來說 ， 更是不能允許的 。 ? 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定起動的沖擊電流 ——采用轉速負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上給定電壓時 ， 由于慣性 ， 轉速不可能立即建立起來 ， 反饋電壓仍為零 ， 相當于偏差電壓 ，差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值的 1+K 倍 。 ? 問題的提出（續(xù)） 這時，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓一下子就達到它的最高值，對電動機來說，相當于全壓起動，當然是不允許的。 ? 堵轉電流 ——有些生產(chǎn)機械的電動機可能會遇到堵轉的情況。例如，由于故障，機械軸被卡住，或挖土機運行時碰到堅硬的石塊等等。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若無限流環(huán)節(jié)，硬干下去，電流將遠遠超過允許值。如果只依靠過流繼電器或熔斷器保護，一過載就跳閘，也會給正常工作帶來不便。 ? 解決辦法： ? 電樞串電阻 起動； ? 引入電流 截止負反饋； ? 加積分給定環(huán)節(jié)。 本節(jié)主要討論 如何采用電流 截止負反饋來限制起動電流。 ? 電流負反饋作用機理 為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動和堵