双闭环直流调速系统

双闭环直流调速系统特性与原理双闭环直流调速系统是一种用于控制直流电动机转速的调速系统。

它由两个闭环控制回路组成，分别是转速外环和电流内环。

其中，转速外环控制直流电机的转速，通过调节电压来控制直流电机的转矩；而电流内环则控制直流电机的电流，通过调节电压来控制直流电机的转矩。

1.稳定性：双闭环控制系统能够有效地控制直流电动机的转速和电流，使其在运行过程中保持稳定的转矩输出。

通过转速外环对转速进行控制，可以实现精确的转速调节；而电流内环则能够控制电机的电流，防止过载和短路等故障。

2.响应速度：双闭环控制系统的转速外环具有较快的响应速度，能够实现快速的转速调节。

而电流内环的响应速度则相对较慢，主要起到电机保护的作用。

3.鲁棒性：双闭环控制系统具有较好的鲁棒性，能够对外部干扰和参数变化具有一定的抗干扰能力。

通过合理的控制策略和参数调整，可以提高系统的鲁棒性。

1.转速外环控制原理：转速外环将输出电压与给定的转速进行比较，得到转速误差，并通过调节电压反馈回内环控制器中。

转速外环控制器通常采用PI控制器，根据转速误差和积分项来控制输出电压。

通过不断调节输出电压，使得转速误差趋于零，从而实现对直流电机转速的调节。

2.电流内环控制原理：电流内环控制器将输出电压与给定的电流进行比较，得到电流误差，并通过调节输出电压来控制电流。

电流内环控制器通常也采用PI控制器，根据电流误差和积分项来控制输出电压。

通过不断调节输出电压，使得电流误差趋于零，从而实现对直流电机电流的调节。

3.反馈信号处理：双闭环直流调速系统中，转速和电流测量信号需要经过滤波和放大等处理，以便传递给控制器进行计算。

滤波器通常采用低通滤波器，用于去除高频噪声，放大器则用于放大信号强度。

4.控制指令处理：由上位机或人机界面输入的控制指令需要经过处理，包括限幅、线性化等，以确保输入信号符合控制系统的要求。

处理后的指令将送入控制器，进行计算和控制输出电压。

通过双闭环直流调速系统的控制，可以实现对直流电机的转速和电流的精确调节，并具有较好的稳定性、响应速度和鲁棒性，广泛应用于工业自动化领域。

双闭环直流调速系统特性与原理1.双闭环直流调速系统的特性：(1)调速性能优良：双闭环控制可以提高调速性能，使得速度响应更加迅速、稳定。

由于速度闭环控制，系统可以实时检测速度偏差，并根据偏差调整电机的控制信号，从而使电机转速保持恒定。

(2)载荷抗扰性好：双闭环直流调速系统具有良好的抗负载扰动能力。

通过电流闭环控制器对电流进行反馈控制，一旦发生负载变动，系统可以根据反馈信号快速调整电流，以保持电机输出功率稳定。

(3)适应性强：双闭环直流调速系统适应性强，可以适应各种负载条件下的调速要求。

通过速度闭环控制器可以实时检测速度偏差，并根据偏差调整电机的控制信号，以适应不同的负载要求。

(4)技术难度较高：双闭环直流调速系统需要同时进行速度闭环控制和电流闭环控制，涉及到多个反馈环节和控制算法的设计与调试，技术难度相对较高。

2.双闭环直流调速系统的原理：(1)速度闭环控制原理：速度闭环控制器测量电机的速度，并将测量值与期望速度信号进行比较，得到速度偏差。

根据速度偏差，通过控制器计算得到电机的控制信号，调整电机的输入电压或者电流，使得速度偏差减小，并最终稳定在期望速度值上。

(2)电流闭环控制原理：电流闭环控制器测量电机的电流输出值，并将测量值与期望电流信号进行比较，得到电流偏差。

根据电流偏差，通过控制器计算得到电机的控制信号，调整电机的输入电压或者电流，使得电流偏差减小，并最终稳定在期望电流值上。

(3)内环逆变器控制：双闭环直流调速系统通常采用内环逆变器控制方式。

内环逆变器控制主要是通过改变电机的输入电压或者电流来控制其输出转矩和速度。

内环逆变器可以调整直流电动机的极性和大小，以实现对电机力矩和速度的精确控制。

(4)反馈和调节：双闭环直流调速系统中的反馈环节起到了至关重要的作用。

通过测量电机的速度和电流输出值，并与期望值进行比较，得到偏差信号，通过控制器计算得到控制信号，对电机输入电压或者电流进行调节，以实现对速度和电流的闭环控制。

双闭环直流调速系统工作原理1.系统结构：双闭环直流调速系统主要由两个闭环控制组成，即速度内环和电流外环。

速度内环控制器接收速度设定值和速度反馈信号，通过计算得到电流设定值，并发送给电流外环控制器。

电流外环控制器接收电流设定值和电流反馈信号，通过计算得到电压设定值，并输出给电源控制器。

电源控制器接收电压设定值和电源反馈信号，通过调节电源输出电压，以确保电机输出的电压和电流符合控制要求。

2.速度内环控制：速度内环控制器是实现速度调节的关键部分。

它通过比较速度设定值和速度反馈信号，得到速度差，然后根据速度差来调节电流设定值。

控制器根据速度差的大小来调整电流设定值的大小，如果速度差较大，则增大电流设定值；如果速度差较小，则减小电流设定值。

通过不断调整电流设定值，使得速度差逐渐减小，最终达到设定的速度。

3.电流外环控制：电流外环控制器是为了保证电流的稳定性而设置的闭环控制。

它接收电流设定值和电流反馈信号，通过比较二者的差异，计算得到电压设定值。

控制器根据电流设定值和电流反馈信号的差异来调整电压设定值的大小，如果电流差较大，则增大电压设定值；如果电流差较小，则减小电压设定值。

通过不断调整电压设定值，使得电流差逐渐减小，最终达到设定的电流。

4.电源控制：电源控制器是为了保证电机输出的电压和电流符合控制要求而设置的。

它接收电压设定值和电源反馈信号，通过调节电源输出电压来实现电机的调速。

当电压设定值与电源反馈信号存在差异时，控制器会相应地改变电源输出电压，使得电机的电压和电源设定值尽可能接近。

通过不断调整电压输出，最终使得电机的电压和电流稳定在设定值。

5.系统优点：双闭环直流调速系统能够实现对电机的精确调节，具有较高的速度和电流控制精度。

通过速度内环和电流外环的联合控制，可以准确地调节电机的转速，并且能够自动调整输出电流，适应不同负载。

此外，该系统还具有较好的稳定性和抗干扰能力，在外界干扰较大时仍能保持较高的控制精度。

引言在工业生产中，许多生产机械为了满足生产工艺要求，需要改变工作速度：例如，金属切削机床，由于工件的材料、被加工的尺寸和精度的要求不同，速度就不同。

另外轧钢机，因为轧制品种和材料厚度的不同，也要求采用不同的速度。

生产机械的调速方法可以采用机械的方法取得，但是机械设备的变速机构较复杂，所以在现代电力拖动中，大多数采用电气调速方法。

电气调速就是对机械的电动机进行转速调节，在某一负载下人为地改变电动机的转速。

直流电动机具有良好的起动、制动性能，适宜在较大范围内调速．在许多需要高性能可控电力拖动领域中得到广泛的应用。

近年来交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来看，它是交流拖动控制系统的基础，所以应该很好地掌握直流调速系统。

目前，转速﹑电流双闭环控制直流调速系统是性能很好﹑应用最广泛的直流调速系统。

我们知道采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。

但是，如果对系统的动态性能要求较高，单闭环系统就难以满足需要。

所以需要引入转速﹑电流双闭环控制直流调速系统，本文着重研究其控制规律﹑性能特点和设计方法。

首先介绍转速﹑电流双闭环调速系统的组成，接着说明该系统的静特性和动态特性，最后用工程方法设计转速与电流两个调节器。

在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，首先要具有较高的机电能量转换效率；其次应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。

电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。

因此，调速技术一直是研究的热点。

一 双闭环直流调速系统介绍1.1闭环调速系统的组成根据自动控制原理，反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。

调速系统的转速降落正是由负载引起的转速偏差，显然，引入转速闭环将使调速系统可以大大减少转速降落。

双闭环直流调速系统设计1.电机数学模型的建立首先要建立电机的数学模型，这是设计双闭环直流调速系统的基础。

根据电机的参数和运动方程，可以得到电机的数学模型，一般为一组耦合的非线性微分方程。

2.速度内环设计速度内环负责实现期望速度的跟踪控制。

常用的设计方法是采用比例-积分(PID)控制器。

PID控制器的输出是速度的修正量，通过与期望速度相减得到速度误差，然后根据PID算法计算控制器输出。

PID控制器的参数调节是一个关键问题，可以通过试探法、经验法或优化算法等方法进行调节，以实现最佳的速度跟踪性能。

3.电流外环设计电流外环的作用是保证电机的电流输出与速度内环控制输出的一致性。

一般采用PI调节器进行设计。

PI调节器的参数通过试探法、经验法或优化算法等方法进行调节，以实现电流输出的稳定性。

4.稳定性分析与系统稳定控制设计好速度内环和电流外环后，需要对系统的稳定性进行分析。

稳定性分析可以通过线性化方法、根轨迹法、频率响应法等方法进行。

分析得到系统的自然频率、阻尼比等参数后，可以根据稳定性准则进行系统稳定控制。

常用的控制方法包括模型预测控制、广义预测控制、滑模控制等。

5.鲁棒性设计在双闭环直流调速系统设计中，鲁棒性是一个重要的指标。

通过引入鲁棒性设计方法，可以提高系统对参数扰动和外部干扰的抑制能力。

常用的鲁棒性设计方法包括H∞控制、μ合成控制等。

以上是双闭环直流调速系统设计的一般步骤，具体的设计过程可能因实际应用和控制要求的不同而有所差异。

设计双闭环直流调速系统需要深入了解电机的特性和系统的控制需求，综合运用控制理论和工程方法，通过模拟仿真和实验验证来不断调整和优化控制参数，以实现系统的高性能调速控制。

4•仿真实验95•仿真波形分析13三、心得体会14四、参考文献161•课题研究的意义从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。

双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等。

直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。

就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，在许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、纺织、造纸等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。

且直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。

由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。

所以加深直流电机控制原理理解有很重要的意义。

2•课题研究的背景电力电子技术是电机控制技术发展的最重要的助推器，电力电机技术的迅猛发展，促使了电机控制技术水平有了突破性的提高。

从20世纪60年代第一代电力电子器件-晶闸管(SCR)发明至今，已经历了第二代有自关断能力的电力电子器件-GTR、GTO、MOSFET，第三代复合场控器件-IGBT、MCT等，如今正蓬勃发展的第四代产品-功率集成电路(PIC)。

每一代的电力电子元件也未停顿，多年来其结构、工艺不断改进，性能有了飞速提高,在不同应用领域它们在互相竞争，新的应用不断出现。

同时电机控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。

正是这些技术的进步使电动机控制技术在近二十多年内发生了天翻地覆的变化。

(3-16) 取：(3-17) ◎i=4.3%<5%，满足课题所给要求。

3.3速度调节器设计电流环等效时间常数1/K。

取KT乙=0.5,贝IJ：1二2X0.0067二0.0134K(3-15)转速滤波时间常数T on。

双闭环直流电机调速系统设计在今天的科技世界里，电机就像是家里的“万能小助手”，无处不在。

你想想，电风扇、洗衣机、甚至小汽车，都少不了它们的身影。

而双闭环直流电机调速系统就是这个小助手的“智囊团”，让它在各种环境中游刃有余，真是个神奇的存在。

今天，我们就来聊聊这个系统是怎么工作的，听起来是不是有点高大上？别担心，咱们用通俗易懂的语言来探讨，让你在闲聊中也能装装逼！1. 什么是双闭环控制？1.1 直流电机的基本知识直流电机，这东西其实就是通过直流电来转动的电机，简单说，就是通过电流来产生磁场，让电机的轴子转动起来。

想象一下，你在玩一辆遥控小车，控制它的速度和方向，其实和电机的工作原理类似。

电流大了，小车跑得快；电流小了，小车就慢了。

是不是很简单？不过，要把这个电机调得又快又稳，就得靠我们的双闭环系统了。

1.2 双闭环系统的工作原理双闭环控制，顾名思义，分为两个环，一个是速度环，一个是电流环。

速度环就像是你的眼睛，时刻盯着电机的转速，确保它不会跑偏。

而电流环就像是你的手，及时调整电机所需的电流，让它在需要的时候有充足的动力。

就好比你骑自行车，风一吹，你得用力蹬脚踏，让车子稳稳前行，这就是速度和电流的配合。

两者相辅相成，形成了一个良性的循环，确保电机在各种负载下都能稳定工作。

2. 设计双闭环系统的重要性2.1 提高系统性能你想啊，电机如果没有双闭环控制，开得快的时候，可能转速就飙到天上，没法控制；慢的时候，又感觉力不从心。

这就像你打球，想要扣篮却被卡在了框下，真是让人心急火燎！而有了双闭环系统，电机就能在不同的环境中保持稳定的转速，性能大大提升。

无论是重载还是轻载，电机都能游刃有余，根本不在话下。

2.2 降低能耗再来谈谈能耗的问题。

我们都知道，能源危机可是个大麻烦。

双闭环系统能够通过实时监测和调节，确保电机在最优状态下运行，从而降低能耗。

想象一下，省电就像是在家里随便找零花钱，谁不乐意呢？通过科学合理的控制，电机就能用更少的电，做更多的事，真是一举两得！3. 实际应用案例3.1 工业自动化说到双闭环系统的实际应用，那可真是多得数不过来。

双闭环直流调速系统双闭环直流调速系统是一种电力电子变换器设计用于控制直流电机转速的重要方法。

它使用两个控制循环，内环控制电机转速，外环控制负载的速度变化。

其中一般采用PI控制器，理论上能够在滞后角度及相位裕量方面提供相应的保障。

本文将对双闭环直流调速系统进行详细讲解。

系统结构双闭环直流调速系统包含两个主要部分：电机和电力电子变换器。

电机是系统的执行部分，它将电能转化为机械能。

电力电子变换器则是将电源接通到电机的途径。

其包含整流器/变频器、PWM控制器和功率放大器等组成部分。

在系统中，电力电子变换器通过对电流、电压和功率方面的控制，实现对电机的控制。

双闭环直流调速系统包含两个控制环路，内环和外环。

内环用于控制电机的转速，外环用于控制负载的变化速度。

内环控制器与电机直接耦合，接受电机转速控制信号，并控制电机驱动电压或电流。

外环控制器将负载反馈信号与期望速度信号进行比较，并计算出负载期望机械功率。

内环控制器为外环控制器提供实时电机转速，以便自动调整期望速度。

内部控制环路内环是双闭环直流调速系统的核心部分，它使用反馈控制技术控制电机转速。

内环控制器接受来自电机的反馈信号，并根据电机实际转速和期望转速之间的差异来控制驱动电压或电流。

转速反馈可以使用反电动势（EMF）或霍尔传感器来实现。

最常用的电机控制器是基于PI型控制器。

此控制器将PID控制（比例、积分、微分控制）的K值设定为0（因为在直流电机控制中微分控制几乎不可行），并针对不同比例和积分控制来为电机控制提供所需的响应特性。

反馈中的延迟和其他因素会导致偏差，因此比例控制器通常用于加速响应。

积分控制器用于使系统更加稳定，以响应慢速变化。

这些控制器参数通常是根据预期转速、电压和电流范围进行调整。

系统优缺点优点1.与传统的直流调速系统相比，双闭环直流调速系统能够更好地控制直流电机的转速。

内外环的设计使得控制速度响应更快，同时提高了系统的稳定性。

2.内环和外环控制器，使用的是速度反馈，可实时监测直流电机的转速，以控制电压和电流从而实现所需功率/MN的输出。

双闭环直流调速系统介绍
系统由两个主要的闭环控制回路组成：速度环和电流环。

速度环是系统的外环控制回路，其作用是根据用户对电机转速的需求进行反馈控制。

速度传感器测量电机的转速，并将测量值与设定值进行比较，产生差值作为输入信号。

这个差值通过控制器（通常为PID控制器）进行处理，并输出一个调节信号。

调节信号通过控制执行器（如PWM控制器）调节电机的输入电压或电流，从而控制电机的转速。

速度环的目标是使电机的转速稳定在用户设定的值附近。

电流环是系统的内环控制回路，其作用是根据速度环的输出信号来补偿负载扰动和电机参数变化所引起的转矩变化。

电流环的输入信号为速度环的输出调节信号，通过控制器处理后，输出一个电流指令。

这个电流指令通过控制执行器调节电机的输入电压或电流，从而控制电机的转矩。

电流环的目标是使电机的转矩稳定在速度环要求的范围内。

1.高精度：通过使用两个闭环控制回路，系统能够实现高精度的电机转速调节，并具备对负载扰动和电机参数变化的补偿能力。

2.快速响应：系统使用PID控制器作为控制算法，能够快速响应用户对电机转速的需求。

3.稳定性好：速度环和电流环形成了互补的控制关系，能够保持电机转速和转矩的稳定性。

4.可靠性高：双闭环直流调速系统结构简单，组件少，可靠性较高。

综上所述，双闭环直流调速系统通过使用速度环和电流环两个闭环控制回路，实现对电机转速的高精度控制和负载扰动补偿。

该系统具备精度
高、响应快、稳定性好、可靠性高等优点，广泛应用于各种需要精确电机调速的领域。

双闭环直流调速系统(精)前言双闭环直流调速系统是一种常见的电机调速系统，通过控制直流电动机的电压和电流来实现电机转速的控制。

本文将介绍双闭环直流调速系统的工作原理和应用场景，并讨论其在工业控制中的优势和局限性。

工作原理双闭环直流调速系统由速度环和电流环组成。

其中，速度环用于测量电机转速，电流环用于测量电机电流。

系统的控制器通过比较输出信号和目标值来控制电压和电流的大小，从而实现电机的调速。

具体来说，当电机转速低于设定值时，速度环会向控制器发出信号，控制器会增加电机的电压和电流来提高转速；当电机转速高于设定值时，速度环会发送信号告诉控制器减小电机的电压和电流。

另一方面，电流环负责调节电机的电流，以确保电机能够稳定地运行。

应用场景双闭环直流调速系统在工业控制中广泛应用，其主要优势在于能够实现精确的速度控制和较大的负载能力。

因此，它常用于要求高速度精度的场合，如纺织、印刷、食品加工等行业中的转子式机械设备。

此外，双闭环直流调速系统还常用于需要频繁启停或需要反向运转的设备中，如工厂输送带、电梯、卷扬机、空调等设备。

它能够更加精细地控制电机的转速和运行过程，从而提高设备的使用寿命和运行效率。

优势和局限性在工业控制中，双闭环直流调速系统具有以下优势：•稳定性好：双闭环控制能够准确地控制电机的转速和电流，从而保持电机的稳定性。

•精度高：系统能够实现高精度的速度控制和电流控制，可以满足高精度的控制需求。

•可靠性高：系统能够减小电机的损耗和轴承磨损，从而提高设备的可靠性。

但是，双闭环直流调速系统也存在一定的局限性：•成本较高：相对于其他调速系统，双闭环直流调速系统的成本较高，需要较高的技术成本和维护成本。

•系统响应较慢：由于双闭环控制需要进行多次计算和处理，系统响应速度较慢，可能对一些对速度响应时间要求较高的应用不够适合。

双闭环直流调速系统是一种精密、稳定、可靠的电机调速系统，广泛应用于工业控制中。

虽然该系统具有一定的局限性，但在要求高精度、高负载、操作频繁的场合中，仍然是一种值得推荐的方案。

1绪论1.1课题的背景及意义直流调速系统的调速精度高，调速范围广，变流装置控制简单，长期以来在调速传动中占统治地位。

在要求调速性能较高的场合，一般都采用直流电气传动。

目前，通过对电动机的控制，将电能转换为机械能进而控制工作机械按给定的运动规律运行且使之满足特定要求的新型电气传动自动化技术已广泛应用于国民经济的各个领域。

三十多年来，直流电机传动经历了重大的变革。

首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。

同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。

以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。

直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。

由于直流电气传动技术的研究和应用已达到比较成熟的地步，应用相当普遍。

1.2 课题任务及要求已知技术参数和条件：双极式PWM 直流调速系统采用双闭环控制，已知数据为：电动机的 V U nom 48=，3.7N I A =，min /200r n nom =，Ω=5.6a R ，电枢回路总电阻 Ω=8R ，允许电流过载倍数 2λ=，电流反馈滤波时间 0.001oi T =，转速反馈滤波时间 0.005on T =，电枢回路电磁时间常数 15l T ms =，机电时间常数 ms T m 200=，给定值和ASR 、ACR 的输出限幅值均为V 10，电动势转速比 0.12.min/e C V r =，调解器输入电阻 040R K =Ω,已知开关频率 1f KHz =，PWM 环节的放大倍数 4.8s K =，试对该系统进行动态设计。

设计要求稳态无静差，动态过渡过程时间 s t 1.0≤，电流超调量 %5%≤σ，空载启动到额定转速时的转速超调量 %20%nσ≤。

课题任务和要求： （1）电流环的设计； （2）转速环的设计；（3）运用MA TLAB 软件进行仿真，校验。