转速单闭环调速系统设计
实验一转速单闭环不可逆直流调速系统实验11111
实验一转速单闭环不可逆直流调速系统实验一实验目的1、了解转速单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理2、掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程3、认识闭环反馈系统的基本特性二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。
对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。
按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。
在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。
在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“转速变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压U ct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。
电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。
这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。
图1-1 转速单闭环系统原理图四、实验内容(1)DJK04上的基本单元的调试。
（可以不调，出厂前厂家已基本调好，参考补充内容）(2)U ct不变时直流电动机开环特性的测定。
(4)转速单闭环直流调速系统。
五、预习要求(1)复习有关晶闸管直流调速系统、闭环反馈控制系统的内容。
(2)掌握调节器的基本工作原理。
(3)根据实验原理图，能画出实验系统的详细接线图，并理解各控制单元在调速系统中的作用。
(4)实验时，如何能使电动机的负载从空载(接近空载)连续地调至额定负载?六、实验步骤(1)U ct不变时的直流电机开环外特性的测定①按图1-1的接线图接线，DJK02-1上的移相控制电压U ct由DJK04上的“给定”输出U g直接接入（不接调节器1），直流发电机接负载电阻R，L d用DJK02上200mH，将给定的输出调到零。
转速负反馈单闭环自动调速系统
的结果, 与注册会计师讨论风险问上题一和页下重一要页 返回
第一节 注册会计师与治理层的沟通
(２) 帮助注册会计师更好地了解被审计单位 及其环境。
在与治理层就计划的审计范围和时间安排进 行沟通时, 尤其是在治理层部分或全部成员 参与管理被审计单位的情况下, 注册会计师 需要保持职业谨慎, 避免损害审计的有效性。
晶闸管整流装置Ks=30,测速发电机PN=22KW，
UN=110V，IN=0.2A，nN=1880r/min,
设计要求稳态指标为调速范围D=10，静差率S≤0.05，
求：①额定负载时闭环系统稳态转速降Δn b与
开环系统稳态转速降Δn k
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第4章 电工测量与工厂输配电和安全会计政策和财务报表披露的 判断。 针对会计实务重大方面的质量进行 开放性的、建设性的沟通, 可能包括评价重 大会计实务的可接受性。
２.审计工作中遇到的重大困难
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第一节 注册会计师与治理层的沟通
(３) 为获取充分、适当的审计证据需要付出 的努力远远超过预期;
4.2.2 系统静态特性分析与计算
3），当要求的静差率相同，且最高转速相同时，
闭环系统的调速范围D是开环系统的（1+K）倍。
即闭环系统可达到的最低转速要比开环系统小得多。
3，转速负反馈调速系统的稳态参数计算
例：某转速负反馈调速系统如图4-11，
已知直流电动机PN=2.5KW，UN=220V，
IN=15A，nN=1500r/min,电枢电阻R=2Ω,
§4.2 转速负反馈单闭环自动调速系统
4.2.1 系统组成及工作原理 4.2.2 系统静态特性分析计算 4.2.3 转速负反馈系统的抗扰动性能 4.2.4 单环控制调速系统的限流保护——电流
单闭环直流调速系统PID控制器参数设计仿真
单闭环直流调速系统PID控制器参数设计仿真一、引言PID控制器是一种经典的控制方法，广泛应用于各种调节系统中。
在单闭环直流调速系统中，PID控制器可以根据给定的转速和实际测量的转速之间的误差，通过计算控制输出来实现对转速的控制。
本文将通过仿真的方式，进行PID控制器参数设计。
二、系统建模G(s)=k/(T*s+1)其中k为增益，T为时间常数。
三、PID控制器参数设计在设计PID控制器参数之前，需要首先选择合适的性能指标，常用的性能指标有超调量、调整时间和稳态误差。
本文选择超调量和调整时间作为性能指标，通过这两个指标可以综合评估系统的动态响应。
1.超调量的计算超调量是指实际过程响应曲线峰值与稳态值之间的差值的百分比。
超调量可以通过以下公式来计算：PO=(M-1)*100%其中PO为超调量，M为峰值与稳态值之间的差值与稳态值的比值。
2.调整时间的计算调整时间是指实际过程从初始值达到稳态值所需的时间。
调整时间可以通过以下方法来计算：标定点到极值点的时间为t1，稳定范围（0.9M,1.1M）的时间为t2，调整时间可定义为t1+t23.参数选择根据超调量和调整时间的要求，可以选择合适的PID控制器参数。
一般情况下，P参数用于控制系统的超调量，I参数用于控制系统的调整时间，D参数用于控制系统的稳定性。
四、仿真结果分析通过Matlab/Simulink进行仿真，得到了PID控制器的参数设计结果。
根据系统传递函数G(s) = k / (T * s + 1)，设置k = 1，T = 11.超调量为5%，调整时间为2s的情况下，选取合适的PID控制器参数为：P=1.2I=1.4D=0.12.超调量为10%，调整时间为1.5s的情况下，选取合适的PID控制器参数为：P=1.2I=1.6D=0.153.超调量为15%，调整时间为2.5s的情况下P=1.4I=1.8D=0.2根据上述参数进行仿真，通过绘制转速曲线，可以观察到系统的动态响应。
单片机控制的单闭环直流调速系统方案
单片机控制的单闭环直流调速系统方案一、引言二、系统框图单闭环直流调速系统的框图如下所示：```+---------++---------+Reference Signal -------> ，， --------->PI Controller ，， DSensor Signal ------> ，， <-------- ， Motor ，Motor，+---------++---------+```三、系统原理单闭环直流调速系统的原理是通过测量电机转速并与期望转速进行比较，通过控制电机的电压来实现转速的调节。
具体步骤如下：1.设置期望转速作为参考信号，并通过PI控制器处理。
2.从电机中获取实际转速信号，并进行采样与处理。
3.将期望转速信号和实际转速信号比较，并通过PI控制器生成控制电压信号。
4.控制电压信号经过放大器和功率电路后，输出给电机，从而改变电机的转速。
5.通过调节PI控制器的参数，使得实际转速逐渐接近期望转速，以实现闭环控制。
四、硬件设计硬件设计主要包括传感器、单片机、PI控制器、功率电路和电机模块。
1.传感器：通常使用霍尔传感器或光电传感器测量电机的转速，并将转速信号传输给单片机进行处理。
2.单片机：负责处理采集到的转速信号，并通过PI控制器生成相应的控制电压信号，控制电机的转速。
3.PI控制器：根据参考信号和实际信号的差异来调节电机的转速。
通常使用PID控制器或PI控制器进行电机转速控制。
4.功率电路：负责将单片机输出的控制电压信号放大，并对电机施加相应的驱动电压，从而改变电机的转速。
5.电机模块：包括直流电机本体和电机驱动器，用于转换电能为机械能，并通过传动装置实现负载的转动。
五、软件设计软件设计主要包括单片机程序的编写、PID控制算法的实现以及参数的调节。
1.单片机程序：通过编写单片机程序，实现对转速信号的采集、处理和输出控制信号等功能。
应根据具体的单片机型号选择相应的开发平台和编程语言。
(完整版)转速负反馈单闭环直流调速系统.
例2.2 对于例2.1所示的开环系统，采用转 速负反馈构成单闭环系统，且已知晶闸管
整流器与触发装置的电压放大系数 Ks = 30，
= 0.015V·min/r，为了满足给定的要求，
计算放大器的电压放大系数KP 。
IdR
U*n +
_
∆Unn
Uct Kp
Ud0 + _ E Kss
1/Ce
n
Un
解：在例2.1中已经求得
IdR
U*n +
_
∆Unn
Uct Kp
Ks
Ud0 + _ E
1/Ce
n
Un
n
开环机械特性
闭环静特性
B
C
A
A’
D
Ud4 Ud3 Ud2 Ud1
O
Id1
Id2
Id3
Id4
Id
图2.19 闭环系统静特性和开环机械特性的关系
由此看来，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电枢电压， 以补偿电枢回路电阻压降。
运动控制系统
第2 章
直流调速系统
2.3 转速负反馈单闭环直流调速系统
2.3.1 单闭环调速系统的组成及静特性 2.3.2 单闭环调速系统的动态分析 2.3.3 无静差调速系统的积分控制规律 2.3.4 单闭环调速系统的限流保护
2.3.1 单闭环调速系统的组网 功率驱动装置 电动机
3. 开环系统机械特性 和闭环系统静特性的关系
比较一下开环系统的机械特性和闭环系统的静 特性，就能清楚地看出反馈闭环控制的优越性。如
果断开反馈回路，则上述系统的开环机械特性为
n Ud0 IdR Ce
单闭环直流调速系统实验报告
单闭环直流调速系统实验报告单闭环直流调速系统实验报告一、引言直流调速系统是现代工业中常用的一种电机调速方式。
本实验旨在通过搭建单闭环直流调速系统，探究其调速性能以及对电机转速的控制效果。
二、实验原理单闭环直流调速系统由电机、编码器、电流传感器、控制器和功率电路等组成。
电机通过功率电路接受控制器的指令，实现转速调节。
编码器用于测量电机转速，电流传感器用于测量电机电流。
三、实验步骤1. 搭建实验电路：将电机、编码器、电流传感器、控制器和功率电路按照实验原理连接起来。
2. 调试电机：通过控制器设置电机的运行参数，如额定转速、最大转矩等。
3. 运行实验：根据实验要求，设置不同的转速指令，观察电机的响应情况。
4. 记录实验数据：记录电机的转速、电流等数据，并绘制相应的曲线图。
5. 分析实验结果：根据实验数据，分析电机的调速性能和控制效果。
四、实验结果分析1. 转速响应特性：通过设置不同的转速指令，观察电机的转速响应情况。
实验结果显示，电机的转速随着指令的变化而变化，且响应速度较快。
2. 稳态误差分析：通过观察实验数据，计算电机在不同转速下的稳态误差。
实验结果显示，电机的稳态误差较小，说明了系统的控制效果较好。
3. 转速控制精度：通过观察实验数据，计算电机在不同转速下的控制精度。
实验结果显示，电机的转速控制精度较高，且随着转速的增加而提高。
五、实验总结本实验通过搭建单闭环直流调速系统，探究了其调速性能和对电机转速的控制效果。
实验结果表明，该系统具有较好的转速响应特性、稳态误差较小和较高的转速控制精度。
然而，实验中也发现了一些问题，如系统的抗干扰能力较弱等。
因此，在实际应用中，还需要进一步优化和改进。
六、展望基于本实验的结果和问题，未来可以进一步研究和改进单闭环直流调速系统。
例如，可以提高系统的抗干扰能力，提升转速控制的稳定性和精度。
同时，还可以探索其他调速方式，如双闭环调速系统等，以满足不同的工业应用需求。
转速负反馈单闭环自动调速系统
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第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
4.2.1 系统组成及工作原理
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第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
4.2.1 系统组成及工作原理
2，工作原理 闭环反馈控制系统是按照被调量给定值与实际值 的偏差来进行控制的系统，只要被调量出现偏差， 系统自动产生纠正偏差的作用。转速降落正是由于 负载变化引起的转速偏差，自动调节过程如下：
2 带电流截止负反馈调速系统的稳态分析
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第44章.2电.工4测单量与工环厂输配控电和制安全用调电 速系统的限流保护— 电流截止负反馈
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4.2.2 系统静态特性分析与计算
3），当要求的静差率相同，且最高转速相同时，
闭环系统的调速范围D是开环系统的（1+K）倍。
即闭环系统可达到的最低转速要比开环系统小得多。
3，转速负反馈调速系统的稳态参数计算
例：某转速负反馈调速系统如图4-11，
已知直流电动机PN=2.5KW，UN=220V，
IN=15A，nN=1500r/min,电枢电阻R=2Ω,
42转速负反馈单闭环自动调速系统421系统组成及工作原理422系统静态特性分析计算423转速负反馈系统的抗扰动性能424单环控制调速系统的限流保护电流截止负反馈目录退出返回上页下页第4章电工测量与工厂输配电和安全用电2421系统组成及工作原理11系统组成如图4411系统由他励直流电动机mm晶闸管相控整流器vv永磁式测速发电机tg比例运算放大器aa相控触发器gt等环节组成
从上分析可见，当负载增加时，闭环系统会自动 增加输出电磁转矩使转速自动稳定在给定值上，
带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的设计与仿真
专业课程实践训练报告本次实践训练的要求是“带电流截止负反馈的转速闭环直流调速系统的设计与仿真”。
(一)设计参数1)电动机：额定数据为10kv，220v,52A，1460r/min，电枢电阻RS=0.5Ω,飞轮力矩GD2=10N.m2。
2)晶闸管装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联结，二次线电压E2t=230v,触发整流环节的放大系数Ks=40。
3)V-M系统主电路总电阻R=1Ω。
4)测速发电机：永磁式，ZYS231/110型；额定数据为23.1w，110v，0.18A，1800r/min。
5)系统静动态指标：稳态无静差，调速指标D=10，s≤56)电流截止负反馈环节：要求加入合适的电流截止负反馈环节，使电动机的最大电流限制（1.5-2）I N。
(二)设计要求1)闭环系统稳定。
2)在给定和扰动信号作用下，系统稳态无静差。
(三)设计任务1) 根据题目要求，分析论证确定系统的组成，画出系统组成的原理框图；2) 对转速单闭环直流调速系统进行稳态分析及参数设计计算；3) 绘制原系统的动态结构图;4) 动态稳定性判断，校正，选择转速调节器并进行设计；5) 绘制校正后系统的动态结构图；6) 应用MATLAB软件对转速单闭环直流调速系统进行仿真，验证所设计的调节器是否符合设计要求；7) 加入电流截止负反馈环节；8) 应用MATLAB软件对带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统进行仿真，完善系统。
(四) 原理1) 闭环调速系统组成原理与电动机同轴安装一个测速发电机，从而产生与转速成正比的负反馈电压U n，与给定电压U n*相比较后，得到转速偏差电压，经过放大器A,产生电力电子变换器UPE所需的控制电压U c，用以控制电动机的转速。
PI 调节器作用是使系统无静差电流截止负反馈的作用是在电动机发生超载或堵转的时候电流截止负反馈和给定信号相比较抵消。
使电动机处于停止运行状态，以保护电机。
(五)闭环直流调速系统稳态参数的计算 1）额定负载时的稳态速降应为: 7.68r/minmin /68.7min /)05.01(1005.01460)1(r r s D s n n N cl =-⨯⨯≤-=∆ 2）闭环系统应有的开环放大系数：计算电动机的电动势系数：0.1329V.min/rr V r V n R I U C N a N N e min/1329.0min/14605.052220⋅=⋅⨯-=-=闭环系统额定速降为：391.27r/minmin /27.391min /1329.0152r r C R I n e N op =⨯==∆ 闭环系统的开环放大系数为：49.99.49168.727.3911=-≥-∆∆=clop n n K 3）计算转速负反馈环节的反馈系数和参数测速发电机的电动势：0.0611V.min/rr V min/0611.01800r/min110VC etg ⋅==转速反馈电压：16.05 V （α=α2C etg α2取0.18）转速反馈系数为：0.010998 V.min/r4) 计算运算放大器的放大系数和参数 运算放大器放大系数K p 为: 12.27运算放大器型号：R 0=40K Ω，R 1=490.8 K Ω 5)判断系统的稳定性计算：电枢回路的总电感为17.70mHmin2693.0d I U L = V V U U l 8.1323230322===系统中各环节的时间常数： 电磁时间常数T l:0.018S机电时间常数T m :0.158Ss C C R GD T me m 158.01329.0301329.03751103752=⨯⨯⨯⨯==π晶闸管装置的滞后时间常数T s :0.00167S63.10300167.0017698.000167.0)00167.0017698.0(158.0)(22=⨯+⨯⨯=++s l s s l m T T T T T T K计算出开环放大系数应满足的稳定条件为K ≤103.48，又因为 K=40.6，所以系统稳定。
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word精品文档，可编辑，欢迎下载 目 录 第1章 概述 ............................................................................................................ 1
1.1 转速单闭环调速系统设计意义 ............................................................ 1 1.2 转速单闭环调速系统的设计要求 ......................................................... 1 第2章 原系统的动态结构图及稳定性的分析............................................ 2
2.1 原系统的工作原理 ............................................................................ 2 2.2 原系统的动态结构图 ......................................................................... 3 2.3 闭环系统的开环放大系数的判断 ......................................................... 3 2.4 相角稳定裕度γ的判断 ...................................................................... 4 第3章 调节器的设计及仿真 ..................................................................... 5
3.1 调节器的选择 .................................................................................. 5 3.2 PI调节器的设计 .............................................................................. 5 3.3 校正后系统的动态结构图 .................................................................. 8 3.4 系统的仿真结构图及测试结果 ............................................................ 8 第4章 课程设计总结 ................................................................................ 9
参考文献 ................................................................................................................... 10 word精品文档，可编辑，欢迎下载
转速单闭环调速系统设计 1、概述 1.1 转速单闭环调速系统设计意义 为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。在对调速性能有较高要求的领域常利用直流电动机作动力,但直流电动机开环系统稳态性能不能满足要求,可利用速度负反馈提高稳态精度,而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的,为了消除系统的静差,可用积分调节器代替比例调节器.反馈控制系统的规律是要想维持系统中的某个物理量基本不变，就引用该量的负
反馈信号去与恒值给定相比较，构成闭环系统。对调速系统来说，若想提高静态指标，就得提高静特性硬度，也就是希望转速在负载电流变化时或受到扰动时基本不变。要想维持转速这一物理量不变，最直接和有效的方发就是采用转速负反馈构成转速闭环调节系统。
1.2 转速单闭环调速系统的设计要求 word精品文档，可编辑，欢迎下载
电动机参数：PN=3KW, Nn=1500rpm,UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25。主回路总
电阻R=2.5，电磁时间常数Tl=0.017s,机电时间常数Tm=0.075s。三相桥式整流电路，Ks=40。测速反馈系数=0.07。调速指标：D=30，S=10%。 设计要求： （1）闭环系统稳定 （2）在给定和扰动信号作用下，稳态误差为零。 设计任务： （1）绘制原系统的动态结构图； （2）调节器设计； （3）绘制校正后系统的动态结构图； （4）撰写、打印设计说明书。 2、原系统的动态结构图及稳定性的分析
2.1 原系统的工作原理 简单闭环控制系统是指控制器与受控对象之间既有顺向作用又有一个反馈作用的控制系统，实际工程中通常是负反馈闭环控制。工程领域的恒值控制系统通常是单闭环控制系统。例如：水塔的水位控制系统；电源恒压调节系统；电冰箱的恒温调节系统；加热炉的炉温控制系统；测速反馈的单闭环控制系统等。单闭环控制系统是最重要最基本的结构组成。 引入转速负反馈信号以后，放大器的输入信号是给定信号*
nU和反馈信号nU之差，即
nnnUUU*。当电动机负载增加时，电枢电阻压降必然增大。若是开环系统，电动机转速只能下降，但是在闭环系统中，转速稍有降落，反馈电压nU随之下降，接着是
nUUUdctn word精品文档，可编辑，欢迎下载
上述调节过程是当负载增加（或降低）时，相应地整流电压dU就提高（或减小），从
而补偿掉电动机电枢回路电阻电压的增量，维持电动机反电势E（或转速n）几乎不变。 转速反馈闭环调速系统是一种基本的反馈控制系统，它具有三个基本特征。一，只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的。二，反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。三，系统的精度依赖于给定和反馈检测精度。图2.1是用集成电路运算放大器作为电压放大器的转速负反馈闭环控制有静差直流调速系统。
图2.1转速负反馈闭环控制有静差直流调速系统原理图 2.2 原系统的动态结构图
转速负反馈闭环控制系统动态结构框图。如图2.2：
)(*sUn
100167.040s 1075.0001275.058.72ss
07.0
2.5(1017.0s) )(sIdL
)(sUn )(sUC )(0sU
d )(sn
Kp word精品文档，可编辑，欢迎下载
图2.2 转速负反馈闭环控制系统动态结构框图 2.3 闭环系统的开环放大系数的判断 电动机参数：PN=3KW, Nn=1500rpm,UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25。主回路总
电阻R=2.5，电磁时间常数Tl=0.017s,机电时间常数Tm=0.075s。三相桥式整流电路，Ks=40。测速反馈系数=0.07。调速指标：D=30，S=10%。 三相桥式电路的失控时间Ts=0.00167s。 系统稳定条件为：
42.4900167.0017.000167.0)00167.0017.0(075.0)(22SlSSlmTTTTTTK 而按照稳态性能指标要求，额定负载时闭环系统稳态速降应为： min56.5min)1.01(301.01500)1(rrsDsnnNcl 脉宽调速系统饿开环额定转速为： 先计算电动机的电动势系数 word精品文档，可编辑，欢迎下载
rVnRIUCNaNNemin132.0150025.15.17220 min44.331min132.05.25.17rrCRIneNop 为了保持稳态性能指标，闭环系统的开环放大系数应满足 6.58156.544.3311clopnnK 显然，系统不能在满足稳态性能的条件下运行。
2.4 相角稳定裕度γ的判断 未校正前的系统的开环传函为 10167.01026.01049.058.55)(sss
sW
其Bode图为图2.3所示
图2.3 校正前的伯德图 由图2.3可知相角稳定裕度γ和增益裕度GM都是负值，所以原闭环系统不稳定。 word精品文档，可编辑，欢迎下载
3、调节器的选择及设计 3.1 调节器的选择 在设计闭环调速系统时，常常会遇到动态稳定性与稳态性能指标发生矛盾的情况，这时，必须设计一个合适的动态校正装置，用它来改造系统，使它同时满足动态稳定性和稳态性能指标两方面要求。 动态校正的方法很多，而且对于一个系统来说，能够符合要求的校正方案也不是唯一的。在电力拖动自动控制系统中，最常用的是串联校正和反馈校正。串联校正比较简单，也容易实现。对于带电力电子变换器的直流闭环调速系统，由于其传递函数的阶次较低，一般采用PID调节器的串联校正方案就能完成动态校正的任务。 PID调节器中有PD、PI和PID三种类型。由于PD调节器构成的超前校正，可提高系统的稳定裕度，并获得足够的快速性，但稳定精度可能受到影响；由PI调节器构成的滞后校正，可以保证稳定精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定的，用PID调节器实现的滞后和超前校正则有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但具体实现与调试要复杂一些。一般调速系统的要求以动态稳定性和稳态精度为主，对快速性要求差一些，所以采用PI调节器。如图3.1所示。