转速、电流双闭环直流调速系统解读

转速、电流双闭环调速系统一、概述采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。

如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。

这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。

在单闭环调速系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。

电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。

对于象龙门刨床、可逆轧钢机那样的经常正反转运行的调速系统，尽量缩短起制动过程的时间是提高生产率的重要因素。

为此，在电机最大电流(转矩)受限的条件下，希望充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流(转矩)为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态转速后，又让电流立即降低下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。

这时，起动电流呈方形波，而转速是线性增长的。

这是在最大电流(转矩)受限制的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。

实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，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，那么采用电流负反馈就应该能得到近似的恒流过程。

问题是希望在起动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输人端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主要的作用。

怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈作用，又使它们只能分别在不同的阶段起作用呢?双闭环调速系统正是用来解决这个问题的。

二、转速、电流双闭环调速系统的组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，如图一所示。

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。

引言目前，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，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。

故需要引入转速﹑电流双闭环控制直流调速系统，本文着重阐明其控制规律﹑性能特点和设计方法，是各种交﹑直流电力拖动自动控制系统的重要基础。

首先介绍转速﹑电流双闭环调速系统的组成及其静特性，接着说明该系统的动态数学模型，并从起动和抗扰两个方面分析其性能和转速与电流两个调节器的作用。

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，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是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。

长期以来，直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。

直流电动机在额定转速以下运行时，保持励磁电流恒定，可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速；在额定转速以上运行时，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。

采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。

在现代化的工业生产中，几乎无处不使用电力拖动装置。

轧钢机、电铲、提升机、运输机等各类生产机械都要采用电动机来传动。

随着对生产工艺，产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械能实现自动调速。

从20世纪60年代以来，现代工业电力拖动系统达到了全新的发展阶段。

这种发展是以采用电力电子技术为基础的，在世界各国的工业部门中，直流电力拖动系统至今仍广泛的应用着。

直流拖动的突出优点在于：容易控制，能在很宽的范围内平滑而精确的调速，以及快速响应等。

在一定时期以内，直流拖动仍将具有强大的生命力。

转速、直流双闭环调速系统引言：目前，需要高性能可控调速系统的领域多数都采用直流调速系统。

转速、电流双闭环调速系统（简称双闭环调速系统）是由单闭环调速系统发展而来的。

单闭环调速系统可以实现转速调节无静差，但单闭环调速系统中用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器动态参数的调整，而用两个调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统，则可以获得近似理想的过渡过程。

一、总体设计本系统的电源部分是自制0～15V可调线性电源，系统的给定在0～10V范围内可调。

转速调节器ASR的输入是给定值，输出作为电流调节器ACR的输入，ACR输出与锯齿波发生器的输出经比较器，经驱动电路驱动H桥。

电流环反馈是采用电流互感器转换反馈回电流调节器的输入端，转速环是利用测速发电机与电动机同轴相连进行测速，再反馈至转速调节器的输入端。

假定系统产生扰动，或是外加干扰，或是系统给定改变的扰动，转速环和电流环的输出都发生改变，锯齿波发生器与其进行比较，输出的PWM的占空比相应的会发生改变，起到了调速的功能，转速反馈和电流反馈进行调节，系统趋于稳定。

二、硬件系统设计1、电源部分电源部分是利用变压器降压，线性稳压芯片7815稳压，输出稳定的15V电压。

在7815的前级和后级分别加上滤波电容，出去杂波扰动。

输出给定时，利用可变电阻分压使给定在0～10V之间。

原理图如图-1所示。

图-1前级和后级电容分别采用1μF和470μF，是为了将不同频率段的杂波都滤去，高频和低频都不会产生干扰。

2、转速调节器为了实现转速无静差，在负载扰动作用前必须有一个积分环节，它包含在转速调节器ASR 中。

因为扰动作用点后会有一个积分环节，故转速环开环传递函数共有两个积分环节，所以设计成典Ⅱ型系统，这样系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。

由此，ASR 采用PI 调节器，其传递函数为：s s K W n n nASR ττ1+=含给定滤波与反馈滤波的PI 型转速调节器原理图如图-2所示：3、电流调节器在设计电流调节器时，首先考虑把电流环校正成哪一类典型系统。

双闭环调速系统1.系统的组成及基本原理图2所示为转速、电流双闭环直流自动调速系统。

该系统有两个比例积分调节器，一个用于转速调节的转速调节器（ST），另一个是用于电流调节的电流调节器。

由于调速系统的主要被调量是转速，所以就把由转速负反馈组成的闭环（称为转速环）作为外环（主环），以保证电动机的转速准确地跟随给定值，并抵抗外来干扰；把有电流负反馈组成的闭环（称为电流环）作为内环（副环），以保证动态电流为最大值，并保持不变，使电动机快速地启、制动，同时还能起限流作用，并可以对电网电压波动及时抗扰。

电动机转速由给定电压Ug来确定，转速调节器ST的输入偏差电压△Uis=Ug-Ufn,转速调节器ST的输出电压Us作为电流调节器LT 的的给定信号（ST输出电压的限幅值Usm决定了LT给定信号的最大值）；电流调节器LT的输入偏差电压为△Uic=-Us+Ufi，电流调节器LT的输出电压Uc作为触发电路的控制电压（LT输出电压的限幅值Uim决定了晶闸管整流电压的最大值Udm）；Uc控制着触发延迟角，使电动机在期望转速下运转。

从图中可以看出，ST的给定电压Ug为正极性，而LT的给定电压Us为负极性。

2.转速、电流双闭环直流自动调速系统的工作过程（1）启动过程双闭环直流自动调速系统的启动过程可分为以下三个阶段1）第1阶段即电流上升阶段开始启动时，n=0, Ufn=0, △Uis=Ug故ST的输入值很高，使ST的输出Us迅速达到饱和限幅值-Usm，在此后的启动升速过程中，只要△Ui s＞0（即n＜n1=Ug/an）,LT就将保持该饱和值而不起调节作用。

LT的输入偏差电压△Uic=-Us+Ufi，由于此时-Us=- Usm 而Ufi=Bid，故△Uic=-Us+ Bid＜0，LT的积分作用将使Uc快速上升，电流Id以最快速度上升，电动机获得较大的启动转矩，加快了电动机的启动。

直到Ufi=BIdm= Usm(即△Uic=0)时，Uc不再增加，Ud不再增加，电动机电流Id,达到所允许的最大电流Idm。

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常见的电机调速系统，通过两个闭环控制来实现对电机转速的精确控制。

在双闭环直流调速系统中，第一个闭环控制回路称为速度环，用来控制电机转速；第二个闭环控制回路称为电流环，用来控制电机电流。

下面将详细介绍双闭环直流调速系统的特性与原理。

1.转速稳定性好：由于双闭环控制系统可以将负载变化的影响控制在较小的范围内，所以电机的转速可以保持在给定值附近稳定运行。

2.转速快速响应：双闭环控制系统可以通过调节速度环和电流环的参数来实现转速的快速响应，使得电机在变化负载下能够迅速调整转速。

3.调节范围广：双闭环直流调速系统可以通过改变速度环和电流环的控制策略来调节电机的转速范围。

可以实现低转速和高转速的调节。

4.可靠性高：双闭环直流调速系统采用两个闭环控制回路，其中速度环和电流环可以相互独立地控制电机的转速和电流，从而提高系统的可靠性。

速度环：速度环的目标是实现对电机转速的精确控制。

速度环根据给定的转速信号与实际转速信号之间的误差，通过PID控制器计算出控制电压，然后将控制电压输出给电流环。

电流环：电流环的目标是控制电机的电流，保持电机的转速稳定。

电流环通过反馈电流信号与速度环输出的控制电压之间的误差，通过PID控制器计算出电压调节量，然后将调节量输出给电机驱动器。

1.给定一个转速信号，如旋钮或数字输入。

2.速度环将给定转速信号与实际转速信号之间的误差传递给PID控制器。

3.PID控制器计算出控制电压，并将其传递给电流环。

4.电流环将反馈电流信号与PID控制器输出的控制电压之间的误差传递给PID控制器。

5.PID控制器计算出电压调节量，并将其传递给电机驱动器。

6.电机驱动器根据PID控制器输出的电压调节量，控制电机的电流，从而控制电机的转速。

总之，双闭环直流调速系统通过速度环和电流环两个闭环控制回路的相互作用，可以实现对电机转速的精确控制。

通过调节速度环和电流环的参数，可以调节电机的转速范围和响应速度，从而满足不同应用场景的需求。

电流转速双闭环的逻辑无环流直流调速系统设计1.系统概述直流调速系统是将电动机的转速通过控制电流的大小来实现调节的装置。

一般来说，调速系统分为单闭环和双闭环两种。

单闭环系统通过对电机转速进行反馈控制来调节输出转速，而双闭环系统不仅对转速进行反馈控制，还对电流进行反馈控制，以提高系统的稳定性和动态性能。

2.系统结构电流转速双闭环的逻辑无环流直流调速系统由电源、整流器、逆变器、电机、电流反馈环、转速反馈环和控制器等组成。

其中，电源提供稳定的直流电源，整流器将交流电转化为直流电，逆变器将直流电转化为交流电以供电机使用，电流反馈环用于测量电机的输出电流，转速反馈环用于测量电机的输出转速，控制器则根据电流和转速信号进行控制。

3.控制策略3.1电流控制电流控制采用PID控制器进行控制，控制器根据电流反馈信号和设定电流信号误差进行控制计算，并将控制信号发送给逆变器。

通过控制器的反馈调节，可以使电流信号快速达到预定值，并保持在设定范围内，实现对电机输出电流的控制。

3.2转速控制转速控制采用PID控制器进行控制，控制器根据转速反馈信号和设定转速信号误差进行控制计算，并将控制信号发送给电流控制器。

通过控制器的反馈调节，可以使转速信号快速达到预定值，并保持在设定范围内，实现对电机输出转速的控制。

4.性能优化为了提高系统的稳定性和动态性能，可以采取以下措施进行性能优化。

4.1损耗最小化在逆变器的设计中，应采用高效的功率开关器件，同时优化控制策略，减小逆变过程中的功率损耗，提高系统的效率。

4.2控制参数的调整根据实际情况，通过实验和仿真分析，合理调整控制器的参数，以提高系统的控制精度和响应速度。

4.3抗干扰能力的提高引入滤波器和去耦电路，减小电源和负载带来的干扰，提高系统的抗干扰能力。

5.结论电流转速双闭环的逻辑无环流直流调速系统设计是一种高级别的直流调速系统，通过同时对电流和转速进行反馈控制，可以实现对电机输出电流和转速的精确控制。

转速电流双闭环直流调速系统直流调速系统是一种基于电动机转速等控制参数，控制电动机输出转矩和速度，从而实现对生产现场机械化设备的控制，保护和自动化控制的一种电气控制系统。

该系统的作用不仅在于简化操作流程，提高生产效率和产品质量，还能保护成本昂贵的机械设备，提高生产安全性和稳定性。

本文将对传统的直流调速系统进行改进，引入转速电流双闭环控制算法，以提高系统稳定性和性能精度。

一、直流调速系统的基本原理直流调速系统核心是由一组功率电子器件和控制回路组成的控制电路，它通过调节直流电动机电磁场中的旋转子、定子电磁能量转换比例，实现对电机转速和扭矩的调速和控制。

传统直流调速系统由电源、整流器、PWM变换器、逆变器和电机组成。

其中，电源常用交流电源，整流器将其转换为直流电源供给PWM变换器，PWM变换器通过调节开关时间，改变直流电压的大小和方向，输出可控的交流电源。

逆变器将输出的交流电源进一步变换转化为所需的方向、大小和频率的电源供给电机，并通过反馈调速回路实现对电机转速和扭矩的精确控制。

虽然传统直流调速系统具有结构简单、故障率低、性能稳定等优点，但同时也存在缺点，如控制精度低、抗干扰能力差、控制性能难以满足高精度或高动态性能的要求等问题。

因此，我们需要将目光放在对直流调速系统的提升上，寻找解决控制精度低和抗干扰能力差的解决方案。

转速电流双闭环控制系统是在传统直流调速系统的基础上，增加了电流控制环节，并通过转速电流双闭合控制算法，实现对控制性能的提升，具体包括两个闭合回路：（1）速度控制回路：电动机的转速是该传动系统动作的基础，对于常见的机械传动来说，转速的稳定性直接影响机械精度和运动平顺度。

如图1所示，速度控制回路根据电机的实际转速和给定的转速进行比较，求出误差值，然后进行电路调节，调整终端直流电压的大小和方向，从而控制电动机的输出扭矩和速度。

（2）电流控制回路：通过实现比例积分补偿算法，控制实际输出电流与设定电流的误差，从而实现电机负载扭矩的控制。