运动控制系统课程设计

武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 学学 号：号： 01 课课 程程 设设 计计 题题 目目 直流双闭环系统的设计及仿真分析 学学 院院 自动化学院 专专 业业 自动化专业 班班 级级 自动化 1005 班 姓姓 名名 王建华 指导教师指导教师 刘芙蓉 2013 年12 月30日 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名：学生姓名： 王建华王建华 专业班级：专业班级： 自动化自动化 10051005 班班 指导教师：指导教师： 刘芙蓉刘芙蓉 工作单位：工作单位： 自动化学院自动化学院 题题 目目: : 直流双闭环系统（一）的设计及仿真分析（一）直流双闭环系统（一）的设计及仿真分析（一） 初始条件：初始条件： 已知电动机参数： 60,220 ,305 ,1000 /min; NNNN PkW UV IA nr 电动势系数 0.196min/ , e CVr 电枢回路总电阻0.18 ,R 触发整流环节的放大倍数 35, s K 电磁时间常数 0.012 , l Ts 机电时间常数 0.12 , m Ts 电流与转速反馈滤波时间常数 0 0.0022 ,0.014 ion Ts Ts； 额定转速时的给定电压 * 10 , n UV调节器，饱和输出电压 * 8 ,6.5 imcm UV U 。 要求完成的主要任务要求完成的主要任务: : （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等 具体要求） 试设计该转速、电流双闭环 V-M 调速系统（由三相半波相控变流装置供电） ，要求系统的调 速范围 D=10，稳态转速无差，电流超调量5% i ，空载启动到额定转速时的转速超调量 10% n 。画出系统结构框图并计算： (1) 电流反馈系数 （启动电流限制在以内）和转速反馈系数 ； (2) 设计电流调节器，计算电阻和电容的数值（取 0 40Rk ） ； (3) 设计转速调节器，计算电阻和电容的数值（取 0 40Rk ） ； (4) 让电机满载启动到额定转速，稳定运行后突减一半负载，观察并录下电机的转速、电流等 的波形，并进行分析。 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 时间安排：时间安排：2013.12.25 布置课程设计题目 2013.12.26 - 2013.12.29 完成课程设计 2013.1230 2014.1.3 撰写课程设计报告 2014.1.6 答辩并上交报告 指导教师签名：指导教师签名： 年年 月月 日日 系主任（或责任教师）签名：系主任（或责任教师）签名： 年年 月月 日日 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 目录 1 直流双闭环系统的组成.2 1.1 直流双闭环系统原理图.2 1.2 直流双闭环系统稳态结构图.2 1.3 直流双闭环系统动态数学模型.3 2 直流双闭环系统的设计.4 2.1 调节器的工程设计方法.4 2.1.1 典型 I 系统.4 2.1.2 典型 II 型系统.5 2.2 控制对象的工程近似处理方法.6 2.3 按工程设计方法设计直流双闭环系统的调节器.7 2.3.1 电流调节器的设计.7 2.3.2 转速调节器的设计.11 3 直流双闭环系统的仿真.14 3.1 电流环的仿真.14 3.2 转速环的系统仿真.15 3.3 波形分析.19 心得体会.20 参考文献.21 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 1 摘要 对于经常正、反转运行的调速系统，如龙门刨床、可逆轧钢机等 ，缩短起、制动过 程的时间是提高生产效率的重要因素。为此，在起动或制动过渡过程中，希望始终保持 电流为允许最大值，使调速系统以最大加减速运行。当到达稳态转速时，最好是电流立 即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。 实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突变，为了实现在允许条件下的最快 起、制动，关键是要获得一段使得电流保持为最大值的恒流过程。采用电流负反馈能够 得到近似的恒流过程，并且要做到在起动过程只有电流负反馈，在达到稳态转速时又只 要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。为了使转速和电流两种负反馈分别起作用， 可在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二 者间实行串级连接，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出 去控制电力电子变换器 UPE。电流环在内环，转速换在外环，形成转速、电流反馈控制 直流调速系统。为获得良好的静、动态性能，转速和电流调节器一般都采用 PI 调节器。 用工程设计方法来设计转速、电流反馈控制直流调速系统的原则是先内环后外环。 步骤是：先从电流环开始，对其进行必要的变换和近似处理，然后根据电流环的控制要 求确定把它校正为哪一类型的典型系统，再按照控制对象确定电流调节器的类型，最后 按动态性能指标要求确定电流调节器的参数。电流环设计完成以后，把电流环等效成转 速环的一个环节，再用同样的方法设计转速环。工程设计是在一定的近似条件下得到的， 如果用 MATLAB 仿真软件 SIMULINK 进行仿真，可以根据仿真结果对设计参数进行必 要的修正和调整。 关键词：转速调节器、电流调节器、工程设计、MATLAB 仿真 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 2 直流双闭环系统的设计及仿真分析 1 直流双闭环系统的组成 1.1 直流双闭环系统原理图 在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流， 二者间实行串级连接，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输 出去控制电力电子变换器 UPE。电流环在内环，转速换在外环，形成转速、电流反馈控 制直流调速系统。为获得良好的静、动态性能，转速和电流调节器一般都采用 PI 调节器。 直流双闭环系统原理图如图 1-1 所示。 1.2 直流双闭环系统稳态结构图 两个调节器均采用带限幅作用的 PI 调节器，转速调节器 ASR 的输出限幅电压决定了 电流给定的最大值，电流调节器 ACR 的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出 电压。当调节器饱和时，输出达限幅值，输入量变化不再影响输出，除非有反向的输入 信号使调节器退出饱和，相当于使该调节器开环。当调节器不饱和时，PI 调节器工作在 线性调节状态，其作用是使输入偏差电压在稳态时为零。 图 1-1 直流双闭环系统原理图 ASR转速调节器 ACR电流调节器 TG测速发电机 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 3 直流双闭环系统稳态结构图如图 1-2 所示。 图 1-2 直流双闭环系统稳态结构图 转速反馈系数 电流反馈系数 1.3 直流双闭环系统动态数学模型 直流双闭环系统的动态结构图如图 1-3 所示。 图 1-3 直流双闭环系统动态结构图 图中 WASR(s)和 WACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 4 2 直流双闭环系统的设计 2.1 调节器的工程设计方法 作为工程设计方法，首先要使问题简单化，突出主要矛盾。简化的基本思路是，把 调节器的设计过程分作两步： 第一步，先选择调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需的稳态精度。 第二步，再选择调节器参数，以满足动态性能指标要求。 2.1.1 典型 I 系统 典型 I 系统开环传递函数选择为 K W s = s Ts+1 式中，T系统的惯性时间常数； K系统的开环增益。 在典型 I 型系统中，只包含开环增益 K 和时间常数 T 两个参数，时间常数 T 往往是 控制对象本身固有的，唯一可变的只有开环增益 K。通过理论分析，可求得各项动态跟随 性能指标与参数 KT 的关系。当系统的时间常数 T 为已知时，随着 K 值的增大，系统的 快速性提高，而稳定性变差。 典型 I 型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系如表 2-1 所示。 表 2-1 典型 I 型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系 参数关系 KT0.250.390.50.691.0 阻尼比 超调量 上升时间 tr 峰值时间 tp 相角稳定裕度 截止频率c 1.0 0 % 76.3 0.243/T 0.8 1.5% 6.6T 8.3T 69.9 0.367/T 0.707 4.3 % 4.7T 6.2T 65.5 0.455/T 0.6 9.5 % 3.3T 4.7T 59.2 0.596/T 0.5 16.3 % 2.4T 3.2T 51.8 0.786/T 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 5 2.1.2 典型 II 型系统 在各种 II 型系统中，选择一种结构简单而且能保证稳定的结构作为典型 II 型系统， 其开环传递函数为 2 1 W s 1 Ks sTs 在典型 II 型系统的开环传递函数式中，时间常数 T 是控制对象固有的，待定的参数有两 个K 和 ，增加了选择参数工作的复杂性。为了分析方便，引入了一个新的变量 h，令 2 1 = T w h w 通过理论分析相关幅频特性参数，可计算出工程设计方法中计算典型 II 型系统参数 公式： 2 2 11 22 1111 222 c hhh Kw ww hTh T 采用数字仿真计算，计算出对应于不同 h 值的动态抗扰过程曲线，从而求出各项动态抗 扰性能指标。 典型 II 型系统阶跃输入跟随性能指标如表 2-2 所示。 表 2-2 典型 II 型系统阶跃输入跟随性能指标 h345678910 tr / T ts / T k 52.6% 2.4 12.15 3 43.6% 2.65 11.65 2 37.6% 2.85 9.55 2 33.2% 3.0 10.45 1 29.8% 3.1 11.30 1 27.2% 3.2 12.25 1 25.0% 3.3 13.25 1 23.3% 3.35 14.20 1 控制系统的动态抗扰性能指标因系统结构和扰动作用点而异的，在分析典型 II 型系 统的跟随性能指标时，是按 minrM 准则确定参数关系，则有 2 2 2 22 3322 2 1 1 22 1 11 h FK TTs h C s hh T sT shTs hh 由上式可以计算出对应于不同 h 值的动态抗扰过程曲线，从而求出各项动态抗扰性 能指标。 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 6 典型 II 型系统动态抗扰性能指标与参数的关系如表 2-3 所示。 表 2-3 典型 II 型系统动态抗扰性能指标与参数的关系 2.2 控制对象的工程近似处理方法 （a）高频段小惯性环节的近似处理 实际系统中往往有若干个小时间常数的惯性环节，这些小时间常数所对应的频率都 处于频率特性的高频段，形成一组小惯性群。例如，系统的开环传递函数为 123 (1) ( ) (1)(1)(1) Ks W s s TsT sT s 在一定的条件下，可以将它们近似地看成是一个小惯性环节，其时间常数等于小惯性群 中各时间常数之和。它的频率特性为 2 2323 2323 111 111() (1)() jwTjwTjw TT T T wjw TT 近似条件为： 2 23T T w1= 。 工程计算中允许有 10%内的误差，因此上述近似条件可写成 2 23T T w0.1= ，即为 23 1 3 cw T T （b）高阶系统的降阶近似处理 以三阶系统为例，设 32 ( ) 1 K W s asbscs 若能忽略高次项，可得近似的一阶系统的传递函数为 ( ) 1 K W s cs 近似条件为： c 11 min(,) 3 c ba 。 h 3 456 7 89 10 Cmax/Cb tm / T tv / T 72.2% 2.45 13.60 77.5% 2.70 10.45 81.2% 2.85 8.80 84.0% 3.00 12.95 86.3% 3.15 16.85 88.1% 3.25 19.80 89.6% 3.30 22.80 90.8% 3.40 25.85 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 7 （c）低频段大惯性环节的近似处理 当系统中存在一个时间常数特别大的惯性环节时，可以近似地将它看成是积分环节。 近似条件为： c 3 T 2.3 按工程设计方法设计直流双闭环系统的调节器 双闭环调速系统的实际动态结构图与图 1-3 不同，增加了滤波环节，包括电流滤波、 转速滤波和两个给定信号的滤波环节。设置滤波环节的必要性是由于反馈信号检测中常 含有谐波和其他扰动量，为了抑制各种扰动量对系统的影响，需加低通滤波这样的滤波 环节传递函数可以用一节惯性环节表示，其滤波时间常数按需要选定。然而，在抑制扰 动量的同时，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滞，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。 直流双闭环系统的动态结构图如图 2-1 所示。 图 2-1 直流双闭环系统的动态结构图 2.3.1 电流调节器的设计 一般情况下，系统的电磁时间常数远小于机电时间常数，对于电流环来说，反电动 势是一个变化比较慢的扰动，在电流的瞬时变化过程中可认为反电动势基本不变。在动 态性能设计电流环时，可暂不考虑反电动势变化的动态影响。可以证明，忽略反电动势 对电流环作用的近似条件是： 1 3 ci ml T T 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 8 式中 ci 电流环开环频率特性的截止频率。 电流环动态结构图如图 2-2 所示。 图 2-2 电流环动态结构图 如果把给定滤波和反馈滤波同时等效地移到内环前向通道上，再把给定信号改成 * U ( )is ，则电流环便等效成单位负反馈系统。 电流环等效单位负反馈系统结构图如图 2-3 所示。 图 2-3 电流环等效单位负反馈系统结构图 最后，由于 Ts 和 Toi 一般都比 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 isoiTTT 简化的近似条件为 11 3 ci oi s TT 电流环小惯性环节近似处理结构图如图 2-4 所示。 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 9 图 2-4 电流环小惯性环节近似处理结构图 （1） 反馈系数计算 调节器 ASR，ACR 饱和输出电压 * 8V,6.5V imcm UU 启动电流限制在 339A 以内，额 定转速时的给定电压，可求得电流反馈系数 * U8 =/0.0236/ 339339 im VAVA ， * 10 n UV 转速反馈系数 * 10 /0.01 / 1000 n N U VrpmVrpm n ，同时可求得过载倍数 339 1.1 305 dm dN I I 。 （2）确定时间常数 整流装置滞后时间常数 Ts。查表可得三相半波电路的平均失控时间为 Ts=0.0033s。 又已知电流滤波时间常数 Toi=0.0022s，所以电流环小时间常数之和可近似处理为 0.0055isoiTTTs （3）选择电流调节器结构 根据设计要求 5% i ，并保证稳态电流无误差，可按典型 I 型系统设计电流调节器。 电流环控制对象是双惯性型的，因此可用 PI 型电流调节器，其传递函数为 ii ACR i (1) ( ) K s Ws s 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。 电流环开环传递函数为 s ii o i (1)K / ( ) 11 pi li K sR Ws sTsTs 因为 liTT= ，所以选择 0.012ilTs ，用调节器零点消去控制对象中大的时间常 数极点，以便校正成典型 I 型系统，因此 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 10 opi / W ( ) (1)1 isI iii KKRK s s Tss Ts 式中， /isis I il KKRKKR K RR 检查对电源电压的抗扰性能： 0.012 2.18 0.0055 l i T T ，参看典型 I 型系统动态抗扰性能， 各项指标都是可以接受的。 （4）计算调节器参数 电流调节器超前时间常数： 0.012ilTs 。 电流开环增益：要求 5% i 时，按表 2-1，应取 0.5IiKT ，因此 0.50.5 11 90.9 0.0055 I i Kss T 于是 ACR 的比例系数为 90.9 0.012 0.18 0.2377 35 0.0236 I i i s KR K K （5）校验近似条件 电流环截止频率： 1 90.9ciIwKs 校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件 11 1 1 101 3 3 0.0033 ci s ssw T 满足近似条件 校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 1 1 3379.06 0.12 0.012 ci ml w T T 满足近似条件 校验电流环小时间常数近似处理条件 111 1 123.71 330.0033 0.0022 ci soi w T T 满足近似条件 （6）计算调节器电阻和电容 模拟 PI 型电流调节器原理图如图 2-5 所示。 取，根据运算放大器的电路原理，可以导出 0 40Rk 0 3 0.2377 40 109.5089kiiRKRk 取 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 11 i 6 3 0.012 C1.33 101.3 9 10 i i FFF R 取 i 6 o 3 0 44 0.0022 C0.22 10.22 40 10 o i T FFF R 取0 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 12 图 2-5 模拟 PI 型电流调节器原理图 按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为 4.3%5%i满足设计要求 2.3.2 转速调节器的设计 用电流环的等效环节代替电流环，可得到转速环的动态结构图。 转速环动态结构图如图 2-6 所示。 图 2-6 转速环动态结构图 把时间常数为 1 / KI 和 Ton 的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为的 惯性环节， n 1 Ton I T K 。为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积 分环节，它应该包含在转速调节器 ASR 中，现在在扰动作用点后面已经有了一个积分环 节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型 型系统， 这样的系统同时也能满足动态抗扰性能的要求。由此可见，ASR 也应该采用 PI 调节器， 其传递函数为 nn ASR n (1) ( ) K s Ws s 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 13 这样，调速系统的开环传递函数为 nnnn n 2 nemnnemn (1)(1) ( ) (1)(1) R K sK R s W s sC T s Ts C T s Ts 转速开环增益为 n N nem K R K C T 转速调节器的参数包括 Kn 和 n。按照典型型系统的参数关系，则有 N 22 1 2n h K h T n nhT 因此 n 1 2 em n hC T K hRT （1） 确定时间常数 电流环等效时间常数 10.0055 0.011 0.50.5 i I T ss K 转速滤波时间常数 0.014onTs 转速环小时间常数 n 1 T0.011 0.0140.025on I Ts K （2） 计算转速调节器参数 调速系统开环机械特性的额定速降 305 0.18 280.1 0.196 N e I R nrpmrpm C ，n 的基准 值应该为 2 2() ndmdL n bN emm RTIIT nzn C TT 作为转速超调量 n ，其基准值应该是 * n ，因此退饱和超调量可以由表 2-3 的数据经 过基准值换算后求得，即 maxmax * maxmax ()2()() 280.10.025 2 ()1.1 00.128410% 10000.12 bNn n bbm bb CnCn T z CnCnT CC CC 可求得 max 77.88% b C C ，查表 2-3 可知 h 应取 4。 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 14 则 ASR 的超前时间常数为 nn=4 0.025=0.1s hT 转速开环增益 22 N 2222 14 1 250 22 40.025n h Kss h T ASR 调节器的比例系数为 n 14 10.0236 0.196 0.12 7.71 22 4 0.01 0.18 0.025 em n hC T K hRT （3） 检验近似条件 转速环截止频率为 11 1 250 0.125 N cnN n K wK ss w 电流环传递函数简化的条件 1190.9 42.85 330.0055i I cn K w T 满足简化条件 转速环小时间常数近似处理条件 on 1190.9 26.86 330.014 I cn K w T 满足近似条件 （4） 计算调节器电阻和电容 模拟 PI 型转速调节器如图 2-7 所示。 图 2-7 模拟 PI 型转速调节器 与电流调节器类似，取，转速调节器参数与电阻、电容值为 0 40Rk 3 nn0 =7.71 40 10=308.4k310kRK R取 6 n n 3 n 0.1 =0.32 100.320.3 310 10 CFFFF R 取 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 15 on on 3 0 44 0.014 =F=1.4 F1.4 F 40 10 T C R 取 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 16 3 直流双闭环系统的仿真 工程设计是在一定的近似条件下得到的，再用 MATLAB 仿真软件进行仿真，可以根 据仿真结果对设计参数进行必要的修正和调整。 3.1 电流环的仿真 电流环的仿真模型如图 3-1 所示。 0.0236 0.0022s+1 Transfer Fcn4 0.18 0.12s Transfer Fcn3 5.56 0.012s+1 Transfer Fcn2 35 0.0033s+1 Transfer Fcn1 1 0.0022s+1 Transfer Fcn Step Scope Saturation 1 s Integrator Limited -K- Gain1 -K- Gain 图 3-1 电流环的仿真模型 在仿真中增加了一个饱和非线性模块，双击该模块，把饱和上界和下界参数分别设 置为限幅值 6.5 和-6.5，饱和非线性模块对话框如图 3-2 所示。 图 3-2 饱和非线性模块对话框 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 17 仿真模型中参数是根据上述计算的结果决定的，参数关系是 KT=0.5，PI 调节器的传 递函数为 19.81 0.2377 s ，利用仿真模型可以观察到当给定为 ASR 的饱和输出 8V 时电流 环的阶跃响应的仿真结果。 电流环的仿真结果如图 3-3 所示。 图 3-3 电流环的仿真结果 在直流电动机的恒流升速阶段，电流值低于 339A，其原因是电流调节系统受到电动 机反电动势的扰动。它是一个线性增强的扰动量，所以系统做不到无静差，而是 ddmIIm略低于。 3.2 转速环的系统仿真 转速环的仿真模型如图 3-4 所示。 为了在示波器模块中反映出转速电流的关系，仿真模型中选用了 Mux 模块来把几个 输入聚合成一个向量输出给 Scope。Step1 模块是用来输入负载电流的，PI 参数采用前面 设计结果，其传递函数为 77.1 7.71 s 。 ASR 调节器的饱和非线性模块饱和上界和下界参数分别设置为限幅值 8 和-8，Step 模块是用来输入转速给定的，额定转速为 1000rpm，相应给定应设置为 10，也可通过改 变该设定值，观察双闭环系统的调速范围。 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 18 0.01 0.014s+1 Transfer Fcn5 0.0236 0.0022s+1 Transfer Fcn4 0.18 0.12s Transfer Fcn3 5.56 0.012s+1 Transfer Fcn2 35 0.0033s+1 Transfer Fcn1 1 0.0022s+1 Transfer Fcn Step1 Step Scope Saturation1Saturation 1 s Integrator Limited1 1 s Integrator Limited 5.1 Gain4 -K- Gain3 -K- Gain2 -K- Gain1 -K- Gain 图 3-4 转速环的仿真模型 可得到起动时的转速和电流响应曲线，ASR 调节器经过了不饱和、饱和、退饱和三 个阶段，最终稳定运行于给定转速。当给定为 10，并把负载电流设置为 305，满载起动， 其转速与电流响应曲线如图 3-5 所示。 图 3-5 当给定为 10，并把负载电流设置为 305，满载起动时的转速与电流响应曲线 当给定为 1，并把负载电流设置为 305，满载起动时转速与电流响应曲线如图 3-6 所 示。 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 19 图 3-6 当给定为 1，并把负载电流设置为 305，满载起动时转速与电流响应曲线 当给定为 10 和 1 时，系统能满载达到稳定转速 900rpm 和 100rpm，可见，所设计的 直流双环调速系统的调速范围满足 D=10 的要求。 负载电流的输入模块 Step1 可以设计为，Step time 设置为 4.5，Initial value 设置为 305， ，Final value 设置为 152.5，即突减一半负载。Step1 模块对话框如图 3-7 所示。 图 3-7 Step1 模块对话框 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 20 Step1 负载电流的波形如图 3-8 所示。 图 3-8 Step1 负载电流的波形 进行仿真，即可让电机满载启动到额定转速，并在稳定运行后突减一半负载，观察 并录下电机的转速、电流等的波形。电机的转速、电流抗扰波形如图 3-9 所示。 图 3-9 电机的转速、电流抗扰波形 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 21 3.3 波形分析 通过对图 3-9 波形图分析可知，直流双闭环系统的起动过程经历了三个阶段，即： 第一阶段是电流上升阶段，突加给定电压 U*n 后，Id 上升，当 Id 小于负载电流 IdL 时，电机还不能转动。当 Id IdL 后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转速不会很 快增长，因而转速调节器 ASR 的输入偏差电压的数值仍较大，其输出电压保持限幅 U*im，强迫电流 Id 迅速上升。直到，Id = Idm，Ui = U*im 电流调节器很快就压制 Id 了的增长，标志着这一阶段的结束。 第二阶段是恒流升速阶段，在这个阶段中，ASR 始终是饱和的，转速环相当于开环， 系统成为在恒值电流 U*im 给定下的电流调节系统，基本上保持电流 Id 恒定，因而系统 的加速度恒定，转速呈线性增长。与此同时，电机的反电动势 E 也按线性增长，对电流 调节系统来说，E 是一个线性渐增的扰动量，为了克服它的扰动，Ud0 和 Uc 也必须基 本上按线性增长，才能保持 Id 恒定。 当 ACR 采用 PI 调节器时，要使其输出量按线性增长，其输入偏差电压必须维持一定 的恒值，也就是说，Id 应略低于 Idm。 第三阶段是转速调节阶段，当转速上升到给定值时，转速调节器 ASR 的输入偏差减 少到零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值 U*im，所以电机仍在加速，使转速超 调。 转速超调后，ASR 输入偏差电压变负，使它开始退出饱和状态，U*i 和 Id 很快下降。但 是，只要 Id 仍大于负载电流 IdL，转速就继续上升。直到 Id = IdL 时，转矩 Te= TL，则 dn/dt = 0，转速 n 才到达峰值。由于系统受