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
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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特性与原理
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
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。
双闭环直流调速系统
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介绍
电流环的设计：采用PI控制器，实现对电机电流的精确控 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。
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
04
够抵抗各种干扰和故障，保持正常运行
双闭环调速系统的设计步骤
01
确定系统需求：分 析系统需求，确定 调速系统的性能指
标
02
设计调速系统结构： 选择合适的调速系 统结构，如双闭环
调速系统
03
设计控制器：设计 控制器参数，包括 比例、积分、微分
等参数
05
设计驱动电路：设 计驱动电路，包括 功率放大器和驱动
双闭环调速系统的特点
速度闭环控制：通过速度传
感器检测电机转速，实现速
01
度的精确控制
响应速度快：双闭环调速系
统能够快速响应负载变化， 03
提高系统的动态性能
精度高：双闭环调速系统能
够实现高精度的速度和位置 05
控制，满足各种应用需求
位置闭环控制：通过位置传
02 感器检测电机位置，实现位
置的精确控制
双闭环直流调速系统介 绍
演讲人
目录
01. 双闭环直流调速系统的基本 概念
02. 双闭环直流调速系统的设计 03. 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
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
双闭环直流调速系统
第II阶段（t1-t2）
由静止状态开始启动时，转速和电流 随时间变化的波形
• 第II阶段是恒流升速阶段，电机在 最大电流Uin*下的电流调节系统， 基本上保持电流恒定，加速度恒定， 转速呈线性增长。
• 电机的反电动势E也按线性增长， 对电流调节系统来说，E是一个线 性渐增的扰动量，为了克服它的扰 动，Udo和Uc也必须基本上按线 性增长，才能保持恒定。ACR采用 PI调节器，Id应略低于Idm。
ASR饱和(AB段)：当负载电流达到Idm时，对应于转速调节器的饱 和输出Uim*，这时，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流 无静差，得到过电流的自动保护。
比较：电流截止负反馈。
cf：带电流截至，转速负反馈无静差直流调速系统的静特性，Idcr和 IdbL均小于Idm
双环系统稳态参数计算
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控制系统的动态性能指标
跟随性能指标:上升时间、超调量、调节时 间
抗扰性能指标 通常，调速系统的动态指标以抗扰性能为主，
而随动系统的动态指标以跟随性能为主。
*抗扰性能指标
（1）动态降落△Cmax％ • 系统稳定运行时，由阶跃扰动所引起的输出量最大降落值△Cmax。 • 用输出量原稳态值C∞的百分数来表示。 • 调速系统突加额定负载扰动时的动态转速降落称为动态速降△nmax％
稳态时 ：两个调节器均不饱和（输入 偏差为零，偏差的积分使调节器
有恒定的电压输出，输出没有达到饱 和值）
ASR饱和时 : U*i = U*im，
n
U
* n
反馈系数：
第二章双闭环直流调速系统
•系统原理图
+
RP1 Un R0
-
R0
Ufn
-
Rn Cn
U+fi
R0
ASR
-
+
+
Ui
LM
R0
-
TA
Ri Ci
L
ACR
LM GT
-
+
+
Uc
V
Id
UPE +Ud
MM
+TGG -
双闭环直流调速系统电路原理图
第15页/共199页
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。
（2） 转速调节器饱和
这时，ASR输出达到限幅值Uim ，转速外环呈 开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。双 闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节 系统。稳态时
Id
Uim
Idm
式中，最大电流 Idm 是由设计者选定的，取决于 电机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速 度。
第36页/共199页
第28页/共199页
2.2 双闭环调速系统的稳态结构图及其静特 性
为了分析双闭环调速系统的静特性，必须先绘出它的稳态结构图， 如下图。它可以很方便地根据上图的原理图画出来，只要注意用带限幅的输 出特性表示PI 调节器就可以了。分析静特性的关键是掌握这样的 PI 调节器 的稳态特征。
第29页/共199页
第11页/共199页
1. 系统的组成
TA
L
内环
Un +-
Ufi
V
Ui ASR +
ACR Uc UPE
+
双闭环调速系统
双闭环系统的静特性
第十页，课件共有22页
特点:
• 1）n0-A
• ①系统处正常负载运行，ASR不饱和，起调节作用，达到转 速无静差，保证系统具有很硬的静特性;
• ②电流调节器起辅助调节作用，负载电流大小与电流给定值 成正比，两调节器输入偏差电压都为零，所以无静差
• 式中， n0---理想空载转速。
第十七页，课件共有22页
• ⑵第Ⅱ阶段：恒流升速阶段（t1~t2），即电动机保 持最大电流作等加速起动阶段 从电流升到最大值Idm开始，到转速升到给定值为 止，属于恒流升速阶段，是起动过程的主要阶段。 此时ASR一直是处于饱和状态的，转速环相当于 开环状态，系统表现为在恒值电流给定作用下的电流 调节系统，基本上保持电流Id恒定，电动机以恒定的 加速度上升，转速呈线性增长。与此同时，电动机的 反动势也按线性增长。对电流调节系统来说，这个 反电动势是一个线性渐增的扰动量，ACR起调节作 用，使Ucl和Ud0基本上按线性增长，保持Id恒定， 以克服这个扰动。
第二十一页，课件共有22页
• 三、双闭环调速系统的抗扰性能 1）抗负载的扰动 2）抗电网电压的扰动 综上所述，转速和电流两个闭环的作用以及双闭环调速
系统在起动过程的特点可归纳如下： 转速和电流两个闭环的作用：
（1）电流环的作用：在转速调节过程中，当负载变化时， 电动机电流Id跟随给定电压 变化。在起动过程中，电流环 又可限制起动电流，保证在允许最大电流下起动，实现准 时间最优控制，对于电网电压的扰动起到及时抗扰作用； 当电动机过载，甚至堵转时，限制电枢电流为Idm，并获 得理想下垂特性，从而起到快速安全保护作用。
第十三页，课件共有22页
§2-2 双闭环调速系统动态特性
双闭环直流调速系统(课程设计)
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
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原理介绍
双闭环直流调速系统原理介绍双闭环直流调速系统由两个环路组成，速度环和电流环。
速度环控制电机的速度，使其始终保持在设定值附近，而电流环控制电机的电流，保证电机的负载特性和响应速度。
速度环和电流环是相互独立的控制过程，通过串联连接实现整体调速控制。
速度环负责对电机转速进行调节，基本原理是将实际转速与设定转速进行比较，然后根据差值计算出调节量，最后通过调节电机的输入电压实现转速调节。
速度环的核心是比例-积分（PI）控制器，通过设定合适的比例系数和积分时间，可以实现对转速的精确调节。
速度环还可以加入速度前馈器，将速度设定值的变化率作为额外输入信号，进一步提高系统的响应速度和稳定性。
电流环负责对电机的电流进行调节，保证电机的负载特性和响应速度。
电流环的基本原理是将实际电流与设定电流进行比较，然后根据差值计算出调节量，最后通过调节电机的输入电压或电流实现电流调节。
电流环的核心也是比例-积分（PI）控制器，通过设定合适的比例系数和积分时间，可以实现对电流的精确调节。
电流环还可以加入电流前馈器，将电流设定值的变化率作为额外输入信号，进一步提高系统的响应速度和稳定性。
双闭环直流调速系统中，速度环和电流环之间通过串联连接的方式进行控制。
速度环输出电压指令作为电流环的输入电流设定值，电流环通过调节电机的输入电流实现电流调节。
而电流环输出电压指令作为速度环的输入电压设定值，速度环通过调节电机的输入电压实现转速调节。
通过这种双重反馈的控制方式，可以实现对电机转速和电流的精确控制。
1.精确控制：通过精确的调节速度环和电流环的参数，可以实现对电机转速和电流的精确控制，满足不同工况下的要求。
2.快速响应：双闭环结构可以利用速度环和电流环的双重反馈信息，在系统受到外部扰动时，能够快速调节输出，保持稳定的运行状态。
3.负载适应性：通过电流环的控制，可以根据电机所承受的外部负载变化，自动调整输出电压或电流，保持电机的运行稳定性和性能。
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。
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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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。