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
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。
双闭环直流调速系统
双闭环直流调速系统一、双闭环直流调速系统的介绍双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。
我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。
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。
但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。
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dcrI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流的动态波形。
带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图1-（a）所示。
当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。
二、双闭环直流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，二者之间实行串级连接，即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晶闸管整流器的触发装置。
从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环。
这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
该双闭环调速系统的两个调节器ASR和ACR一般都采用PI调节器。
因为PI调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。
一般的调速系统要求以稳和准为主，采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。
三丶一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能。
动态跟随性能：双闭环调速系统在起动和升速过程中，能够在电流受电机过载能力约束的条件下，表现出很快的动态跟随性能。
双闭环直流调速系统
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
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项目二 双闭环直流调速系统的静特性
• ２. 双 闭 环 调 速 系 统 的 静 特 性 • 起 动 时 ， 突 加 给 定 信 号 Ｕ *ｍ ，由 于 机 械 惯 性 ， 转 速 不
模块二 双闭环直流调速系统
• 项目一 双闭环直流调速系统的组成 • 项目二 双闭环直流调速系统的静特
性 • 项目三 双闭环直流调速系统的动态
特性
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项目一 双闭环直流调速系统的 组成
• 任务一 双闭环直流调速系统的原理
• 采 用 ＰＩ 调 节 器 组 成 的 单 闭 环 转 速 负 反 馈 调 速 系 统 能 够 实 现 系 统 的 稳 定 运 行 和 无 静 差 调速 ， 但 不 能 限 制 起 动 电 流。当系统在阶跃信号给定作用下起动时，由于机械 惯 性 的 作 用 ， 转速 不 能 立 即 建 立 起 来 ， 会 造 成 起 动 电 流 过 大 ； 并 且 某 些 生 产 机 械 经 常 处 于 正 ／ 反 转 运 行 的 调速 阶段，要尽可能缩短起动、制动过程的时间以提高生 产 效 率 。 为 达 到 这 一 目 的 ， 工 程 上 常采 用 双 闭 环 控 制 。
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项目一 双闭环直流调速系统的 组成
• 以 电 流 调 节 器 ＡＣＲ 为 核 心 的 电 流 环 自 动 调 节 过 程 如 下 。 • 电 流 环 电 流 调 节 器 ＡＣＲ 和 电 流 负 反 馈 环 节 组 成 闭 合 回
路 ， 通 过 电 流 负 反 馈 的 作 用 去 稳定 电 流 。 由 于 ＡＣＲ 为 ＰＩ 调 节 器 ， 稳 态 时 ， 输 入 偏 差 电 压 ΔＵ ｉ ＝ Ｕ *ｉ＋ Ｕ ｉ ＝ － Ｕ *ｉ＋ βＩ ｄ ＝０， 即β ＝ Ｕ *ｉ／ Ｉ ｄ （ 其 中 β 为 电流反馈系数）。
双闭环直流调速系统工作原理
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。
双闭环直流电动机调速系统
04
系统软件设计
控制算法设计
算法选择
算法实现
根据系统需求，选择合适的控制算法， 如PID控制、模糊控制等。
将控制算法用编程语言实现，并集成 到系统中。
算法参数整定
根据系统性能指标，对控制算法的参 数进行整定，以实现最优控制效果。
调节器设计
调节器类型选择
根据系统需求，选择合适 的调节器类型，如PI调节 器、PID调节器等。
在不同负载和干扰条件下测试系统的性能， 验证系统的鲁棒性。
06
结论与展望
工作总结
针对系统中的关键问题，如电流和速度的动态 调节、超调抑制等，进行了深入研究和改进。
针对实际应用中可能出现的各种干扰和不确定性因素 ，进行了充分的考虑和实验验证，提高了系统的鲁棒
性和适应性。
实现了双闭环直流电动机调速系统的优化设计 ，提高了系统的稳定性和动态响应性能。
通过对实验数据的分析和比较，验证了所设计的 双闭环直流电动机调速系统的可行性和优越性。
研究展望
进一步研究双闭环直流电动机 调速系统的控制策略，提高系
统的动态性能和稳定性。
针对实际应用中的复杂环境和 工况，开展更为广泛和深入的 实验研究，验证系统的可靠性
和实用性。
探索双闭环直流电动机调速系 统在智能制造、机器人等领域 的应用前景，为相关领域的发 展提供技术支持和解决方案。
功率驱动模块
总结词
控制直流电动机的启动、停止和方向。
详细描述
功率驱动模块是双闭环直流电动机调速系统的核心部分，负责控制直流电动机的启动、停止和方向。它通常 由电力电子器件（如晶体管、可控硅等）组成，通过控制电动机的输入电压或电流来实现对电动机的速度和 方向的控制。功率驱动模块还需要具备过流保护、过压保护和欠压保护等功能，以确保电动机和整个系统的
双闭环直流调速系统
Ui(-)
负反馈极性要求 Ufi(+)
ASR反号要求
负反馈极性要求 Un(+)
Ufn(-)
其极性标在双闭环系统电路原理图 所示的系统中。
.
若系统为双环以上的多环调速系统， 则完全可以按同样的方法直接推出各个 调节器的输入输出信号的极性。但实际 分析系统时，必须注意调节器的具体线 路及其输入端的具体接法，以免搞错反 馈极性使系统无法正常工作。
负反馈； 稳态时，只有转速负反馈，没有电流负
反馈。 怎样才能做到这种既存在转速和电流两 种负反馈，又使它们只能分别在不同的阶 段里起作用呢？
.
2.1 双闭环调速系统的构成
转速、电流双闭环调速系统的组成 调节器输出限幅值的整定 调节器锁零 系统中调节器输入、输出电压极性
的确定
.
2.1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成
+
RP1 Un R0
-
R0
Ufn
-
Rn Cn
U+fi
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-
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-
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+
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M
+
+
-
n
+
RP2 TTGG -
双闭环直流调速系统电路原理图
.
2.1.2 调节器输出限幅值的整定
图中表出，两个调节器的输出都是带限幅 作用的。
转速调节器ASR的输出限幅电压Uim决定了电流 给定电压的最大值, 完全取决于电动机所允许 的过载能力和系统对最大加速度的需要。
双闭环直流调速系统
第一章 调速系统的方案选择直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在宽范I 韦I 内平滑调速，在许女调速和快速」E 反向的电力 拖动领域中得到了广泛的的应用。
近年来，虽然高性能的交流调速技术发展很快，交流调速系统已逐步取 代直流调速系统。
然而直流拖动控制系统不仅在理论匕和实找上都比较成熟，目前还在应用；而R 从控制 规律的角度來看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础。
II 流电动机的稳态转速可以表示为U-IR n _ K e 0式中：n ------ 转速（r/min ）；U ——电枢电乐（V ）： I ——电枢电流（A ）； R —电枢回路总电阴（Q ）： 0 ----- 励磁磁通（Wb ）；K e ——由电机结构决定的电动势常数。
由上式可以看出，有三种调速电动机的方法：1. 调节电枢供电电压U ：2. 减弱励磁磁通0:3.改变电枢回路电阻R 。
对于要求在一定范圉内无级平滑调速系统來说， 级调速；减弱磁通虽然能够调速，但调速范闱不大， 弱磁升速。
因此，采用变压调速来控制直流电动机。
1.1直流电动机的选择直流电动机的额定参数为：额定功率P N = 67KW ,额定电压U N =230V,额定电流I N =291A,额定转速^=1450^^, 电动机的过载系数2 = 2,电枢电阻R. = 0.2Q(1-1)以调节电枢供电电压的方式为谥好。
改变电阻只能仃 往往只是配合调压方案，在额定转速以卜.作小范I 韦I 的1.2电动机供电方案的选择电动机采用三相桥式全控整流电路供电，三相桥式全控幣流电路输出的电压脉动较小，带负载容最较人，其原理图如图1所示。
三相桥式全控整流电路的特点：-•般变压器一次侧接成三角形，二次侧接成星型，晶闸管分为共阴极和共阳极。
1）有两个晶闸管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组齐有一个晶闸管，且不能为同一相的晶闸管。
2）对触发脉冲的要求:按VT1—VT2—VT3—VT4—VT5-VT6的顺序，相位依次差60・；共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120 ,共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120* :同相的上下两个桥臂，即VT1与VT4, VT3 与VT6, VT5 与VT2，脉冲相差180。
双闭环直流调速系统
双闭环直流调速系统姓名：学号：专业：电气工程及其自动化日期：2015年12月23日摘要直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。
该系统起动时，转速外环饱和不起作用，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。
关键词：双闭环，转速调节器，电流调节器双闭环直流调速系统的设计双闭环直流调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流, 即分别引入转速负反馈和电流负反馈。
两者之间实行嵌套连接，且都带有输出限幅电路。
转速调节器ASR 的输出限幅电压*im U 决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR 的输出限幅电压cm U 限制了电力电子变换器的最大输出电压dm U 。
由于调速系统的主要被控量是转速, 故把转速负反馈组成的环作为外环, 以保证电动机的转速准确跟随给定电压, 把由电流负反馈组成的环作为内环, 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UPE ，这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
双闭环直流调速系统框图双闭环直流调速系统电路原理图一．本设计预设的参数直流电动机：220V，136A, 1500r/min, Ce=0.136Vmin/r晶闸管装置放大系数：K s=40电枢回路总电阻：R=0.5欧时间常数：T l=0.015s, T m=0.2s, 转速滤波环节时间常数T on取0.01s 电压调节和电流调节器的给定电压为8V系统稳态无静差，电流超调量σi≤5%; 空载启动到额定转速时的转速超调量σn≤10%。
双闭环直流调速系统
前言：众所周知在保证系统稳定的前提下为了实现转速无静差，可以采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统。
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，为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统里设置两个调节器，组成串级控制。
双闭环直流调速系统是由单闭环自动调速系统发展而来的，它是通过转速和电流两个调节器分别引入转速负反馈和电流负反馈构成了双闭环系统，从而有效的改变了电机的性能，使电机的特性曲线变硬，满足了复杂环境下对电机性能的要求。
所以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。
目前，转速﹑电流双闭环控制直流调速系统是性能很好,静、动态性能优良,应用最广泛的直流调速系统。
它对于需要快速正、转运行的调速系统，缩短起动、制动过程的时间成为提高生产效率的关键。
在现代化的工业生产中，高性能速度控制的电力拖动场合，双闭环直流调速系统发挥着不可替代的作用。
70年代以来，我国在冶金、机械、制造、印染等行业领域广泛应用。
例如轧钢机、电铲、提升机、运输机等各类生产机械都要采用双闭环直流电动机来传动。
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。
所以转速、电流双闭环直流调速系统在工业生产中的地位越来越不可替代，因此我们对双闭环直流调速系统的学习是很必要的。
第1章双闭环直流调速系统的工作原理1.1双闭环直流调速系统的介绍（图1.1.1）59,3.11.2双闭环直流调速系统的组成1.2.1双闭环直流调速系统的构成（图1.2.1）60,3.2写出图中各部分的含义。
双闭环直流调速系统
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
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。
第二章转速、电流双闭环直流调速系统
如采用自适应控制、鲁棒控制等策略，提 高系统对负载扰动的抵抗能力。
加入滤波器
优化系统结构
在系统中加入适当的滤波器，以滤除高频 噪声和干扰信号，提高系统稳定性。
通过改进系统结构或采用先进的控制算法 ，提高系统的稳定性和动态性能。
05
双闭环直流调速系统动态性能分 析
动态性能指标评价
跟随性
系统输出跟随输入指令变化的快速性和准确性，通常由上升时间、 超调量和调节时间等指标来评价。
工程整定法
基于经验公式或实验数据，通过 试凑法调整参数，使系统满足性 能指标要求。
解析法
02
03
仿真法
通过建立系统数学模型，利用控 制理论求解满足性能指标的参数 值。
利用计算机仿真技术，模拟系统 实际运行情况，通过调整参数优 化系统性能。
性能指标评价
稳态误差
反映系统稳态精度，要求稳态误差小 于允许值。
为企业带来了显著的经济效益和 市场竞争力提升。
THANKS
感谢观看
解析法
02
通过建立系统数学模型，利用优化算法求解最优参数。
智能优化算法
03
如遗传算法、粒子群算法等，可自动寻优得到最佳参数组合。
性能指标评价
稳态误差
反映系统稳态精度，越小越好。
调节时间
反映系统从扰动发生到重新达到稳态所需的 时间，应尽可能短。
超调量
反映系统动态过程中的最大偏离量，应尽可 能小。
鲁棒性
传统调速系统存在的问题
传统单闭环调速系统存在调速精度低、动态响应慢等问题， 无法满足现代工业生产的需要。
系统设计方案及实施过程
设计方案：采用转速 、电流双闭环控制策 略，其中转速环为外 环，电流环为内环， 通过PI调节器实现对 电机转速和电流的高 精度控制。
双闭环直流调速系统介绍
09
显示与操作界面： 用于显示系统状 态和进行参数设
置
10
通信接口：用于 与其他设备进行 通信和信息交换
双闭环调速系统的工作原理
双闭环调速系 统由两个闭环 组成：速度闭 环和电流闭环
速度闭环控制 电机的转速， 使其达到设定 值
电流闭环控制 电机的电流， 使其保持在安 全范围内
两个闭环相互 协调，共同实 现对电机的精 确控制和保护
速
2
交流电机调速：通过双闭环调 速系统实现交流电机的精确调
速
3
4
电力电子变换器：双闭环调速 系统在电力电子变换器中的应用，
如整流器、逆变器等
电力系统稳定控制：双闭环调速 系统在电力系统稳定控制中的应 用，如电压稳定、频率稳定等
双闭环调速系统在节能环保中的应用
节能：双闭环调速系统可以精确控制电机的转 制。
双闭环调速系统的参数整定：根据系统特性和实际需求，对 速度环和电流环的参数进行整定，以实现最佳的调速性能。
3
双闭环直流调速 系统的应用
双闭环调速系统在工业控制中的应用
01 电机控制：用于控制电 机的转速、 位 置 和 扭 矩 等 参数， 实 现 精 确 控 制
双闭环直流调速系统介 绍
演讲人
目录
01. 2. 3.
双闭环直流调速系统的基本 概念 双闭环直流调速系统的设计 双闭环直流调速系统的应用
04. 双闭环直流调速系统的发展 趋势
1
双闭环直流调速 系统的基本概念
双闭环调速系统的组成
01
速度环：用于控 制电机转速，实
现速度调节
02
电流环：用于控 制电机电流，实
04
节能环保：采 用节能技术和 环保材料，降 低系统的能耗 和污染排放
双闭环直流调速系统(精)
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。
双闭环直流调速系统
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。
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本文实现了转速电流双闭环直流调速系统的设计，实验结果可以准确直观的观察转速-电流双闭环调速系统的启动过程，可方便的设计各种不同的调节器参数及控制策略并分析其多系统性能的影响，取得了很好的效果。
但怎样处理好转速控制和电流控制之间的关系呢？经过反复研究和实践，终于发现，如果在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，两者之间实行串联连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器的输出作为晶闸管触发装置的控制电压，那么这两种调节作用就能互相配合，相辅相成了。
本文利用MATLAB软件中的simulink组件对直流双闭环调速系统进行仿真，结果表明，应用MATLAB进行系统仿真具有方便，高效及可靠性高等优点。
关键词：双闭环直流调速系统；晶闸管；直流电动机；MATLAB；仿真This paper presents the speed-current double closed-loop DC speed control system design, experimental results can be accurate visual observation of speed - current double closed-loop speed control system startup process can be designed to facilitate the regulation of the various parameters and control strategies and to analyze their multi-system performance and achieved good results. But how to handle the speed control and current control between the relationship? After repeated study and practice, and finally found that if in the system set up two regulators, respectively, regulate speed and current in series connection between the practice, that is, the output of speed regulator as the input current regulator ACR, and then current regulator's output as the control voltage thyristor triggering device, then the regulatory role of these two will be able to complement one another by.In this paper, MATLAB software components of the simulink pairs of closed-loop speed control system of the DC simulation results show that the application of MATLAB for system simulation is convenient, efficient and high reliability.Key words Double-Loop DC Motor Control systems, thyristor, DC motors, MATLAB, simulation目录1 直流调速系统的方案确定 (1)1.1 调速系统的方案选择 (1)1.1.1 主电路的选择 (1)1.1.2 触发电路的选择 (2)2 双闭环直流调速系统的工作原理 (3)2.1 双闭环直流调速系统的介绍 (3)2.2 双闭环直流调速系统的组成 (4)2.3 双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性 (5)2.4 双闭环直流调速系统的数学模型 (6)2.4.1 双闭环直流调速系统的动态数学模型 (6)2.4.2 起动过程分析 (7)3 调节器的工程设计 (10)3.1 调节器的设计原则 (10)3.2 Ⅰ型系统与Ⅱ型系统的性能比较 (10)3.3 电流调节器的设计 (11)3.3.1 结构框图的化简和结构的选择 (11)3.3.2 时间常数的计算 (12)3.3.3 选择电流调节器的结构 (13)3.3.4 计算电流调节器的参数 (13)3.3.5 校验近似条件 (13)3.3.6 计算调节器的电阻和电容 (14)3.4 转速调节器的设计 (14)3.4.1 转速环结构框图的化简 (14)3.4.2 确定时间常数 (15)3.4.3 选择转速调节器结构 (16)3.4.4 计算转速调节器参数 (16)3.4.5 检验近似条件 (16)3.4.6 计算调节器电阻和电容 (17)4 系统MATLAB仿真 (18)4.1 电流环的仿真设计 (18)4.2 转速环的仿真设计 (19)4.3 双闭环直流调速系统的仿真设计 (20)5 小结与体会 (21)参考文献 (22)附录一仿真模型图 (23)附录二原理总图 (24)1 直流调速系统的方案确定1.1 调速系统的方案选择1.1.1 主电路的选择因调速精度要求较高，故选用转速负反馈调速系统。
并设有电流反馈，以提高电机的动态快速性以及进行限流保护。
调速系统的结构框图如图1所示。
图1 调速系统的结构框图与电动机同轴安装一台测速发电机TG ，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压n U ，与给定电压*n U 相比较后，得到转速偏差电压n U ∆，经转速调节器放大后，作为电流调节器的给定，与电流反馈信号相减后得到电流偏差i U ∆，经电流调节器放大后，去控制触发器的导通角，从而改变输出电压，达到变压调速的目的。
一般说来，对晶闸管整流装置在整流器功率很小时（4KW 以下），用单相整流电路，功率较大时用三相整流电路。
这样可以减小负载电流的脉动。
由于所提供的电动机为10KW 。
故主电路采用三相整流电路。
在三相整流电路中，主要有三相零式整流电路、三相全控桥式整流电路和三相半控桥式整流电路。
三相零式电路突出的优点是电路简单，用的晶闸管少，触发器也少，对需要220V 电压的用电设计直接用380V 电网供电，而不需要另设整流变压器。
但缺点是要求晶闸管耐压高，整流输出电压脉动大，需要平波电抗器容量大，电源变压器二次电流中有直流分量，增加了发热和损耗。
因零线流过负载电流，在零线截面小时压降大。
而三相全控桥式整流电路，在输出电流和电压相同时，电源相电压可较三相零式整流电路小一半。
因此显著减轻了变压器和晶闸管的耐压要求。
变压器二次绕组电流中没有直流分量，种用率高。
输出整流电压脉动小，所以平波电抗器容量就可以小一些。
三相全控桥式整流电路的缺点是整流器件用得多，需要六个触发电路，需要220V电压的设备也不能用380电网直接供电，而要用整流变压器。
三相半控桥式整流电路，虽然只用三只晶闸管、三个触发电路，但整流输出电压脉动大，且不能用于需要有源逆变的场合。
综合上述三种三相整流电路，及根据系统设计要求，主电路选用三相全控桥式整流电路。
又由于电动机的额定电压为220V，为保证供电质量，应采用三相减压变压器将电源电压降低；为避免三次谐波电动势的不良影响，三次谐波电流对电源的干扰，主变压器采用D/Y联结。
1.1.2 触发电路的选择目前触发电路主要有阻容移相触发电路、单结晶体触发电路、正弦波同步触发电路、锯齿波同步触发电路，以及集成触发电路等。
对常见的几种触电发电路进行综合考虑，集成触发电路具有明显的优点，因而选用集成触发电路。
触发集成芯片采用目前比较常用的KC系列。
2 双闭环直流调速系统的工作原理2.1 双闭环直流调速系统的介绍双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。
我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。
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。
但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。
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I值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很dcr理想的控制电流的动态波形。
带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图2-（a）所示。
当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。
(a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程(b)理想快速起动过程图2 调速系统起动过程的电流和转速波形在实际工作中，我们希望在电机最大电流（转矩）受限的条件下，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，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。
这样的理想起动过程波形如图2-（b）所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。
这是在最大电流（转矩）受限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启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值dm I 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能得到近似的恒流过程。
问题是希望在启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入端，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作用，因此我们采用双闭环调速系统。
这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。
2.2 双闭环直流调速系统的组成为实现转速和电流两种负反馈分别作用，直流双闭环调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流, 即分别引入转速负反馈和电流负反馈。
两者之间实行嵌套连接，且都带有输出限幅电路。
转速调节器ASR 的输出限幅电压*im U 决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR 的输出限幅电压cm U 限制了电力电子变换器的最大输出电压dm U 。