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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。
题目：双闭环直流调速系统的设计与仿真已知：直流电动机：P N=60KW，U N=220V，I N=305A，n N=1000r/min,λ=2，R a=0.08, R rec=0.1, T m=0.097s, T l=0.012s, T s=0.0017s, 电枢回路总电阻R=0.2Ω。
设计要求：稳态无静差，σ≤5%,带额定负载起动到额定转速的转速超调σn≤10%。
(要求完i成系统各环节的原理图设计和参数计算)。
系统各环节的原理图设计和参数计算，包括主电路、调节器、电流转速反馈电路和必要的保护等，并进行必要的计算。
按课程设计的格式要求撰写课程设计说明书。
设计内容与要求：1、分析双闭环系统的工作原理2、改变调节器参数，分析对系统动态性能的影响3、建立仿真模型1．双闭环直流调速系统的原理及组成对于正反转运行的调速系统，缩短起,制动过程的时间是提高生产率的重要因素。
为此，在起动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，是调速系统以最大的加（减）速度运行。
当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，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动，关键是要获得一段使电流保持为最大值dmI的恒流过程。
按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。
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，二者之间实行嵌套连接，如图1所示。
把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器。
从闭环结构上看，电流环在里面，称做内环；转速环在外面，称做外环。
这就形成了转速电流负反馈直流调速系统。
为了获得良好的静动态性能，转速和电流两个调节器一般采用PI调节器。
2．双闭环控制系统起动过程分析前面已经指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要先探讨它的起动过程。
双闭环调速系统突加给定电压*nU由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如图4所示。
由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三在一个由三相零式晶闸管整流装置供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机的额定数据为：60=N P kW , 220=N U V , 308=N I A , 1000=N n r/min , 电动势系数e C =0.196 V·min/r , 主回路总电阻R =0.18Ω,触发整流环节的放大倍数s K =35。
电磁时间常数l T =0.012s,机电时间常数m T =0.12s,电流反馈滤波时间常数i T 0=0.0025s,转速反馈滤波时间常数n T 0=0.015s 。
额定转速时的给定电压(U n *)N =10V,调节器ASR ，ACR 饱和输出电压U im *=8V,U cm =6.5V 。
系统的静、动态指标为:稳态无静差,调速范围D=10,电流超调量i σ≤5% ,空载起动到额定转速时的转速超调量n σ≤10%。
试求：（1）确定电流反馈系数β(假设起动电流限制在1.1N I 以内)和转速反馈系数α。
（2）试设计电流调节器ACR,计算其参数R i, 、C i 、C Oi 。
画出其电路图,调节器输入回路电阻R 0=40Ωk 。
（3）设计转速调节器ASR,计算其参数R n 、C n 、C On 。
(R 0=40k Ω)（4）计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量σn 。
（5）计算空载起动到额定转速的时间。
解：（1）*/8/(1.1*)8/3390.0236/im dm N U I V I V A V A β==== 10/10000.01min/V r α==（2）电流调节器设计确定时间常数：)0.00333s a T s =)0.0025oi b T s =0)0.00250.003330.00583i i s c T T T s ∑=+=+=电流调节器结构确定：因为5%i σ≤，可按典型I 型系统设计，选用PI 调节器，(1)()i i ACR i K S W S Sττ+=, 电流调节器参数确定: 10.012,0.5,0.5/85.76i l I i I i T s K T K T s τ-∑∑=====选，85.760.0120.180.224350.0173I i i s K R K K τβ⨯⨯===⨯。
校验等效条件：185.76ci I K s ω-==11011)1101.01330.0033311)3379.060.120.0121111)115.52330.003330.0025ci S ci m l ci s i a T b S T T c s T T ωωω--==>⨯==<⨯===>⨯电力电子装置传递函数的近似条件：忽略反电势的影响的近似条件： 电流环小时间常数的近似条件：可见满足近似等效条件，电流调节器的实现：选040R K =,则：00.224408.96i i R K R K K ==⨯=, 取9K.由此33000/0.012/(910) 1.334/40.0025/40100.25i i i i i C R FC T R F τμμ==⨯===⨯⨯=（3）速度调节器设计确定时间常数：a) 电流环等效时间常数1/I K :因为0.5I i K T ∑=则 1/220.005830.01I i K T s ∑==⨯= b) 0.015on T s =c) 1/0.011660.0150.02666n I on T K T s ∑=+=+=速度调节器结构确定：按照无静差的要求，应选用PI 调节器，(1)()n n ASR n K s W s sττ+=, 速度调节器参数确定：,5,0.1333n n n n hT h hT s ττ∑∑====取2222216168.822250.02666(1)60.02360.1960.12 6.942250.010.180.02666N n e m n n h K s h T h C T K h RT βα-∑∑+===⨯⨯+⨯⨯⨯===⨯⨯⨯⨯校验等效条件：11/168.820.133322.5cn N N n K K s ωωτ-===⨯=1101185.76)40.43330.005831185.76)25.2330.015Icni I cnn K a s T K b s T ωω-∑-==>==>电流环近似条件：转速环小时间常数近似：可见满足近似等效条件。
转速超调量的校验 (空载Z=0）max *3080.180.02666%2*()()281.2% 1.10.19610000.1211.23%10%n N n b m T C n z C n T σλ∑∆∆⨯=-=⨯⨯⨯⨯⨯=> 转速超调量的校验结果表明，上述设计不符合要求。
因此需重新设计。
查表，应取小一些的h ，选h=3进行设计。
按h=3，速度调节器参数确定如下：0.07998n n hT s τ∑==2222(1)/24/(290.02666)312.656(1)/240.02360.1960.12/(230.010.180.02666)7.6N n n e m n K h h T sK h C T h RT βα-∑∑=+=⨯⨯==+=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=校验等效条件：11/312.6560.0799825cn N N n K K s ωωτ-===⨯= 1/21/211/21/21)1/3(/)1/3(85.76/0.00583)40.43)1/3(/)1/3(85.76/0.015)25.2I i cn I on cn a K T s b K T s ωω-∑-==>==>可见满足近似等效条件。
转速超调量的校验：272.2% 1.1(3080.18/0.1961000)(0.02666/0.12)9.97%10%n σ=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=< 转速超调量的校验结果表明，上述设计符合要求。
速度调节器的实现：选040R K =,则07.640304n n R K R K =⨯=⨯=,取310K 。
330/0.07998/310100.2584/40.015/4010 1.5n n n on on C R FC T R Fτμμ==⨯===⨯⨯=4) 40%额定负载起动到最低转速时: %272.2%(1.10.4)(3080.18/0.196100)(0.02666/0.12)63.5%n σ=⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=5) 空载起动到额定转速的时间是：(书上无此公式）仅考虑起动过程的第二阶段。
222()(),()375375375m dm dL dm dL e L dm dL e m e m eGD dn dn C I I R I I R T T I I GD GD R dt dt C T C C C --=-===-根据电机运动方程：所以：*0.196*0.12*10000.385()(1.1*3080)*0.18e m dm dL C T n t s I I R ===--分析：启动过程的第一阶段是电流上升阶段，突加给定电压，ASR的输入很大，其输出很快达到限幅值，电流也很快上升，接近其最大值。
第二阶段，ASR饱和，转速环相当于开环状态，系统表现为恒值电流给定作用下的电流调节系统，电流基本上保持不变，拖动系统恒加速，转速线形增长。
第三阶段，当转速达到给定值后。
转速调节器的给定与反馈电压平衡，输入偏差为零，但是由于积分作用，其输出还很大，所以出现超调。
转速超调后，ASR输入端出现负偏差电压，使它退出饱和状态，进入线性调节阶段，使转速保持恒定，实际仿真结果基本上反映了这一点。
由于在本系统中，单片机系统代替了控制电路的绝大多数控制器件，所以各项数据处理和调整都是在单片机内完成的，控制效果要好于本次的仿真结果。
