双闭环直流调速系统(精)

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。

综述采用PI调节的单个转速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，例如要求快速制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统的动态性能就难以满足需要。

这主要是以为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。

为此本文提出一种将神经网络理论结合传统PID控制机理，构成单神经元PID控制器，并应用于直流调速系统。

通过在线边学习边控制的方式，解决了传统PID的不足，实现了调速系统的快速过程实时在线控制要求。

仿真结果表明，这控制方法具有良好的自适性，且系统鲁棒性优于传统双闭环控制。

1双闭环直流调速系统简介1.1 单闭环系统的劣势采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统（以下简称单闭环系统）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，例如要求快速制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统的动态性能就难以满足需要。

这主要是以为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。

在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但是它只能在超过临界电流Idcr值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电机的动态波形。

带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统启动和转速波形如图1-1（a）所示，启动电流突破Idr以后，受电流负反馈的作用，电流只能升高一点，经过某一最大值Idr以后就降了下来，电机的电磁转矩也随之减小，因而加速过程必须延长。

对于经常正、反转的调速系统，例如龙门刨床，可逆轧钢机等，尽量缩短起制动过程的时间是提高生产效率的重要因素。

为此，在惦记最大准许电流和转矩受限制的条件下，应该充分利用电机的过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为准许最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到稳态转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载平衡，从而转入稳态运行。

这样的理想起动过程波形如图1-1（b）所示，这时，起动电流是方形波，转速按线性增长。

双闭环直流电机调速系统设计嘿，大家好！今天咱们聊聊一个挺酷的话题：双闭环直流电机调速系统。

虽然听起来有点像外星人的科技，但是其实它就是咱们日常生活中的一些电机背后的“聪明脑袋”。

没错，电动工具、电动汽车，甚至是你家那台洗衣机，都可能用到这种技术。

别担心，我会用简单易懂的语言，把这个“高大上”的话题聊得通俗易懂，让你像喝水一样轻松明白。

1. 什么是双闭环系统？首先，咱们得搞清楚什么是双闭环系统。

你可以把它想象成一辆高科技的赛车。

车上有两个智能系统，一个负责控制车速，另一个负责检查车速是不是正好。

第一个环节，叫做“速度闭环”，就像是车里的加速器，它根据你给的油门信号来调整速度。

第二个环节，叫做“电流闭环”，就是车上的仪表盘，它会实时监控实际速度和预定速度的差异，确保车速始终如你所愿。

两个环节相互配合，就像是赛车手的左右手，协作得天衣无缝。

1.1 速度闭环的作用速度闭环系统，简单来说，就是确保电机转得刚刚好。

你可以把它想成是你的车速表，告诉你车速到底快不快。

当你设定了目标速度后，速度闭环就会一直“盯着”电机的实际速度，看是不是达到了你想要的。

要是电机转得快了或者慢了，速度闭环会发出“警报”，让电机调整到正确的速度。

就像你开车的时候，如果超速了，车上的警报器就会提醒你：“嘿，慢点！”1.2 电流闭环的作用而电流闭环呢，就是确保电机在运行时不会超负荷。

你可以把它想象成你的车载电脑，时刻监控电机的“健康状态”。

如果电机的电流过大，就像是车上的发动机超负荷一样，电流闭环会自动调整电流，防止电机“过劳”工作，保障电机的长寿命和稳定性。

这就像车上的“健康检查”，时刻关注电机的“身体状况”，让它保持在最佳状态。

2. 如何设计双闭环系统？说到设计双闭环系统，那可不是简单的“煮熟的鸭子嘴里跑”，而是要细心雕琢的“工艺品”。

设计时，你需要考虑到很多细节，就像调配一杯完美的鸡尾酒一样，必须把每个成分都搭配得恰到好处。

2.1 控制器的选择首先，你得挑选一个靠谱的控制器。

双闭环直流调速系统一、课程设计大纲课程设计是本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不仅起着提高本课程教学质量、水平和检验学生对课程内容掌握程度的作用，还将起到从理论过渡到实践的桥梁作用。

通过课程设计，学生将进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课程的知识。

二、课程设计任务书该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D10），系统在工作范围内能稳定工作。

动态性能指标：转速超调量n8，电流超调量i5，动态速降n810，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts1s。

说明机械负载对调速系统的基本要求（调速、稳速、加减速控制）。

推导该系统的机械特性方程并进行静特性分析（画出稳态结构框图）。

利用开环频率特性进行校正（在对数坐标纸上画图），使系统满足性能指标要求。

课程设计内容仿真：利用MATLAB进行系统校正仿真，编写仿真程序，在课程设计说明书中附仿真曲线图。

三、摘要本文介绍了双闭环直流调速系统的设计与分析。

该系统通过引入转速负反馈和电流负反馈，分别调节转速和电流，以满足对系统动态性能的较高要求。

在起动过程中，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值。

稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。

双闭环直流调速系统具有无静差、良好的稳态精度和快速性，被广泛应用于对动态性能要求较高的领域。

本文还通过Matlab对系统进行了数学建模和仿真，以分析其特性。

四、系统技术数据及要求直流电动机需要三相直流电源，由三相桥式整流电路将三相交流380V电源整流为三相直流电源。

五、调速系统的方案选择系统性能要求：需要明确调速系统的控制目标，包括稳态精度、动态响应、过载能力等。

这些性能指标将直接影响到方案的选择。

例如，对于要求高精度和快速响应的系统，可能需要选择高性能的控制器和执行机构。

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。

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。