【正文】 — 轉(zhuǎn)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(gè)關(guān)系式中消去中間變量，整理后，即得轉(zhuǎn)速負(fù)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(kāi)環(huán)放大系數(shù) K為 它相當(dāng)于在測(cè)速反饋電位器輸出端把反饋回路斷開(kāi)后，從放大器輸入起直到測(cè)速反饋輸出為止總的電壓放大系數(shù)，是各環(huán)節(jié)單獨(dú)的放大系數(shù)的乘積。 電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流 （ 或轉(zhuǎn)矩 ） 間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系 ， 它在形式上與開(kāi)環(huán)機(jī)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(jié)構(gòu)框圖 圖 125 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖中各方塊內(nèi)的符號(hào)代表該環(huán)節(jié)的放大系數(shù)。運(yùn)用結(jié)構(gòu)圖運(yùn)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(dòng)量看成兩個(gè)獨(dú)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(guān)系式， b）只考慮給定作用時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng) c）只考慮擾動(dòng)作用時(shí)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(rèn)為系統(tǒng)是線性的，可以把二者疊加起來(lái)，即得系統(tǒng)的靜特性方程式 （ 135） )1()1( ede*nspKCRIKCUKKn???? 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性 的關(guān)系 比較一下開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的機(jī)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(kāi)反饋回路，則上述系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)機(jī)械特性為 opop0ede*nsped0d nnCRICUKKCRIUn ??????? (136) 而閉環(huán)時(shí)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(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多。 在同樣的負(fù)載擾動(dòng)下 ， 兩者的轉(zhuǎn)速降落分別為 和 它們的關(guān)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(kāi)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(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為 和 當(dāng) n0op =n0cl 時(shí)， （ 139） lll nnsc0cc??op0opop nns ??Kssl ?? 1opc（ 3）當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。 如果電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速都是 nmax；而對(duì)最低速靜差率的要求相同 ， 那么： 開(kāi)環(huán)時(shí) ， 閉環(huán)時(shí) ， 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(xiàng)優(yōu)勢(shì)，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。 上述三項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)若要有效，都取決于一點(diǎn)，即 K 要足夠大，因此必須設(shè)置放大器。 把以上四點(diǎn)概括起來(lái)，可得下述結(jié)論： 結(jié)論 2： 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開(kāi)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(jià)是，須增設(shè)電壓放大器以及檢測(cè)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(biāo)。 esp ???? CKKK?? 系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程 ? 開(kāi)環(huán)系統(tǒng) Id ? ? n? 例如：在圖 126中工作點(diǎn)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(diǎn)從 A ? B n 0 O Id Id1 Id3 Id2 Id4 A B C A’ D 閉環(huán)靜特性 開(kāi)環(huán)機(jī)械特性 圖 126 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系 Ud4 Ud3 Ud2 Ud1 由此看來(lái) ， 閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在于它的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用 ， 在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓 ，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降 。 反饋控制規(guī)律 轉(zhuǎn)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(gè)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(kāi)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?yàn)殚]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(shí)際上，這種系統(tǒng)正是依靠被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的。 )(edc KICRInl ???2. 抵抗擾動(dòng) , 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(fù)反饋環(huán)所包圍的前向通道上的擾動(dòng)作用 ， 但對(duì)給定作用的變化則唯命是從 。 ? 擾動(dòng) ——除給定信號(hào)外 ， 作用在控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)上的一切會(huì)引起輸出量變化的因素都叫做 “ 擾動(dòng)作用 ” 。 ? 調(diào)速系統(tǒng)的擾動(dòng)源 ? 負(fù)載變化的擾動(dòng)（使 Id變化）； ? 交流電源電壓波動(dòng)的擾動(dòng)（使 Ks變化）； ? 電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化的擾動(dòng)（造成 Ce 變化 ）； ? 放大器輸出電壓漂移的擾動(dòng)（使 Kp變化）； ? 溫升引起主電路電阻增大的擾動(dòng)（使 R變化）； ? 檢測(cè)誤差的擾動(dòng)（使 ?變化） 。 在圖 127中，各種擾動(dòng)作用都在穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖上表示出來(lái)了，所有這些因素最終都要影響到轉(zhuǎn)速。 ? 擾動(dòng)作用與影響 圖 127 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用和擾動(dòng)作用 勵(lì)磁變化 Id變化 電源波動(dòng) Kp變化 電阻變化 檢測(cè)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(duì)被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)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(cè)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(huì)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(dòng)。 ? 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(zhuǎn)速給定信號(hào) ， 它的些微變化都會(huì)使被調(diào)量隨之變化 ， 絲毫不受反饋?zhàn)饔玫囊种?。 ? 結(jié)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(fù)反饋環(huán)內(nèi)前向通道上的擾動(dòng)作用；另一方面，則緊緊地跟隨著給定作用，對(duì)給定信號(hào)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(cè)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(dòng) ， 反饋控制系統(tǒng)無(wú)法鑒別是對(duì)給定電壓的正常調(diào)節(jié)還是不應(yīng)有的電壓波動(dòng) 。 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(cè)精度 ——反饋檢測(cè)裝置的誤差也是反饋控制系統(tǒng)無(wú)法克服的 ， 因此 檢測(cè)精度決定了系統(tǒng) 輸出精度 。 限流保護(hù) —— 電流截止負(fù)反饋 ? 問(wèn)題的提出： ? 起動(dòng)的沖擊電流 ——直流電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí) ， 如果沒(méi)有限流措施 ， 會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流 ， 這不僅對(duì)電機(jī)換向不利 ， 對(duì)過(guò)載能力低的電力電子器件來(lái)說(shuō) ， 更是不能允許的 。 ? 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定起動(dòng)的沖擊電流 ——采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上給定電壓時(shí) ， 由于慣性 ， 轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來(lái) ， 反饋電壓仍為零 ， 相當(dāng)于偏差電壓 ，差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值的 1+K 倍 。 ? 問(wèn)題的提出（續(xù)） 這時(shí)，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓一下子就達(dá)到它的最高值，對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于全壓起動(dòng)，當(dāng)然是不允許的。 ? 堵轉(zhuǎn)電流 ——有些生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)可能會(huì)遇到堵轉(zhuǎn)的情況。例如，由于故障，機(jī)械軸被卡住，或挖土機(jī)運(yùn)行時(shí)碰到堅(jiān)硬的石塊等等。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若無(wú)限流環(huán)節(jié)，硬干下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)允許值。如果只依靠過(guò)流繼電器或熔斷器保護(hù)，一過(guò)載就跳閘，也會(huì)給正常工作帶來(lái)不便。 ? 解決辦法： ? 電樞串電阻 起動(dòng)； ? 引入電流 截止負(fù)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(fù)反饋來(lái)限制起動(dòng)電流。 ? 電流負(fù)反饋?zhàn)饔脵C(jī)理 為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過(guò)大的問(wèn)題，系統(tǒng)中必須有 自動(dòng)限制電樞電流的環(huán)節(jié) 。