12 2.5 双闭环调速系统的设计_图文.ppt
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双闭环直流调速系统ppt课件
被控对象的时间常数较小。
△U因Uout的迅速增长而急剧下降，Ucp衰减很快。Uci仍使Uc增长，但△U衰减 过快， △U下降至零时Uc未达限幅值精U选cpmpt。此时调节器不饱和，Uc=Uci<Ucm1。7
结论
• PI调节器一旦饱和，只有当△U 极性变反，才有可能使 调节器退出饱和而进人线性工作状态。因此，只要调节 器饱和，系统的输出Uout就必然超调。
• 此后，电动机开始在负载的阻力下减 速，Id<IdL，直到稳定。
• ASR、ACR都不饱和，同时起调节作
用。ASR处于主导地位，它使转速迅
速趋于给定值，并使系统稳定；ACR
的作用是使Id尽快地跟随ASR的输出
由静止状态开始启动时，转速和电流
Ui变化，是一个电流随动子系统。
随时间变化的波形
精选ppt
• 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，转速环相当于开环。
• ACR不能饱和，保证电流环的恒
由静止状态开始启动时，转速和电流
• 若被控对象W(s)中含有积分环节，则不论调节器是否饱 和，系统输出Uout也一定会超调。由于W(s)中含有积分 环节，若Uc不等于零，则Uout将一直积累下去，只有当 Uc=0时，Uout才可能达稳态值。△U改变极性，才能把调 节器输出Uc拉回到零，因此，即使调节器不饱和，系统 输出Uout也会超调。
– 在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压 变化。
– 对电网电压的波动起及时抗扰的作用。
– 在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态 过程。
△U因Uout的迅速增长而急剧下降，Ucp衰减很快。Uci仍使Uc增长，但△U衰减 过快， △U下降至零时Uc未达限幅值精U选cpmpt。此时调节器不饱和，Uc=Uci<Ucm1。7
结论
• PI调节器一旦饱和，只有当△U 极性变反，才有可能使 调节器退出饱和而进人线性工作状态。因此，只要调节 器饱和，系统的输出Uout就必然超调。
• 此后，电动机开始在负载的阻力下减 速，Id<IdL，直到稳定。
• ASR、ACR都不饱和，同时起调节作
用。ASR处于主导地位，它使转速迅
速趋于给定值，并使系统稳定；ACR
的作用是使Id尽快地跟随ASR的输出
由静止状态开始启动时，转速和电流
Ui变化，是一个电流随动子系统。
随时间变化的波形
精选ppt
• 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，转速环相当于开环。
• ACR不能饱和，保证电流环的恒
由静止状态开始启动时，转速和电流
• 若被控对象W(s)中含有积分环节，则不论调节器是否饱 和，系统输出Uout也一定会超调。由于W(s)中含有积分 环节，若Uc不等于零，则Uout将一直积累下去，只有当 Uc=0时，Uout才可能达稳态值。△U改变极性，才能把调 节器输出Uc拉回到零，因此，即使调节器不饱和，系统 输出Uout也会超调。
– 在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压 变化。
– 对电网电压的波动起及时抗扰的作用。
– 在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态 过程。
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
双闭环控制的直流调速系统PPT课件
。
0 Id Idm
t
IdL 0 t1 t2 t3 t4 t
第Ⅱ阶段:恒流升速阶段（t1~t2）
n n
*
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Id基本保持在Idm,电动机加速
到了给定值n*。
ASR调节器始终保持在饱和状
0 Id Idm
t
态，转速环仍相当于开环工作。 系统表现为使用PI调节器的电 流闭环控制
电流调节器的给定值就是ASR
2.2 转速、电流双闭环直流调速系统
双闭环问题的引入 双闭环调速系统的稳态结构与稳态
参数计算 双闭环直流调速系统的动态数学模 型与动态性能分析
* 知 识 回 顾 *
n
堵转电 流过大
* K p Ks (U n U com )
Ce (1 K )
( R K p Ks Rs ) I d Ce (1 K )
1、 原理图
I 内环 Un* Un n 外环 n
TG
~
TA
ASR
Ui*
Ui ACR Uc UPE Ud
Id
M
ASR-转速调节器
ACR-电流调节器
TA-电流互感器
转速、电流双闭环的优势： 将电流、转速调节器分开，分别用两个调节器； 转速环为外环，转速环的输出作为电流环的给定。
2、 稳态结构
转速无静差 系统（PI）
开 环
特性 太软
转速闭环 （ P）
加电流截 至负反馈
系统有 静差
考虑转速单闭环调速系统的局限性：
仅考虑了静态性能，没考虑启、制动过程（动态性能） 未考虑对负载扰动的电流控制问题
启、制动波形
•理想的启、制动波形
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。
《双闭环调速系统》课件
在电动汽车控制系统中，双闭环调速系统主要用于控制电机的转速和车辆的行驶速度，确 保车辆的稳定性和安全性。
实际应用效果
在电动汽车控制系统中应用双闭环调速系统，可以提高车辆的能源利用效率，延长续航里 程，同时提高车辆的操控性能和行驶安全性。
06 双闭环调速系统的未来发 展与展望
技术发展趋势
数字化
随着数字化技术的不断发展，双闭环调速系统将更加依赖于数字信号处理，实现更快速 、更精确的控制。
电流环的控制方式
通常采用比例控制器（P）或比例积分控制器（PI），根据电流偏 差进行调节。
PI调节器
PI调节器的定义
PI调节器是一种线性调节器，由比例（P）和积分（I）两部分组 成。
PI调节器的作用
根据输入的偏差信号，输出相应的控制信号，以减小偏差。
PI调节器的参数调整
需要根据实际情况调整比例和积分系数，以获得最佳的控制效果。
各种设备的速度进行精确控制，确保生产流程的稳定性和高效性。
03
实际应用效果
在工业自动化生产线上应用双闭环调速系统，可以提高生产效率，降低
人工干预，减少生产成本。
案例三：电动汽车控制系统中的应用
电动汽车控制系统概述
电动汽车控制系统是指通过电子控制技术实现对电动汽车的能源管理和行驶控制。
双闭环调速系统的应用方式
触发电路
触发电路的定义
01
触发电路是用于控制电机换相的电路。
触发电路的工作原理
02
根据电流环的输出和实际电流的偏差，调整触发脉冲的相位，
以控制电机的换相时刻。
触发电路的控制方式
03
通常采用锯齿波或正弦波控制方式，根据需要选择合适的控制
方式。
保护电路
实际应用效果
在电动汽车控制系统中应用双闭环调速系统，可以提高车辆的能源利用效率，延长续航里 程，同时提高车辆的操控性能和行驶安全性。
06 双闭环调速系统的未来发 展与展望
技术发展趋势
数字化
随着数字化技术的不断发展，双闭环调速系统将更加依赖于数字信号处理，实现更快速 、更精确的控制。
电流环的控制方式
通常采用比例控制器（P）或比例积分控制器（PI），根据电流偏 差进行调节。
PI调节器
PI调节器的定义
PI调节器是一种线性调节器，由比例（P）和积分（I）两部分组 成。
PI调节器的作用
根据输入的偏差信号，输出相应的控制信号，以减小偏差。
PI调节器的参数调整
需要根据实际情况调整比例和积分系数，以获得最佳的控制效果。
各种设备的速度进行精确控制，确保生产流程的稳定性和高效性。
03
实际应用效果
在工业自动化生产线上应用双闭环调速系统，可以提高生产效率，降低
人工干预，减少生产成本。
案例三：电动汽车控制系统中的应用
电动汽车控制系统概述
电动汽车控制系统是指通过电子控制技术实现对电动汽车的能源管理和行驶控制。
双闭环调速系统的应用方式
触发电路
触发电路的定义
01
触发电路是用于控制电机换相的电路。
触发电路的工作原理
02
根据电流环的输出和实际电流的偏差，调整触发脉冲的相位，
以控制电机的换相时刻。
触发电路的控制方式
03
通常采用锯齿波或正弦波控制方式，根据需要选择合适的控制
方式。
保护电路
双闭环直流电动机调速系统PPT课件
转速、电流双闭环调速系统的组成
第1页/共62页
转速、电流双闭环调速系统的工作原理
• 电流调节环 • 速度调节环 • 双闭环系统起动过程分析 • 双闭环调速系统的动态抗扰动性能 • 双闭环调速系统中两个调节器的作用
第2页/共62页
五 单闭环调速系统的限流保护—电流截止负反馈
• 问题的提出 ➢ 起动的冲击电流——直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施， 会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利，对过载能力低的 电力电子器件来说，更是不能允许的。
都要求把固定的直流电源电压变换为不同的电压等级，例如地铁列车、无 轨电车或由蓄电池供电的机动车辆等，它们都有调速的要求，因此，要把 固定电压的直流电源变换为直流电动机电枢用的可变电压的直流电源。 • 由脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）变换器向直流电动机供电 的系统称为脉冲宽度调制调速控制系统，简称PWM调速系统。 • 图4-34是脉宽调制型调速控制系统原理图及输出电压波形。
n E Ce
即可得到额定励磁下他励直流电动机动态结构图
IL(s)
Ud0(s) -
1 R
Id(s) -
TLs 1
R E(s) 1
TM s
Ce
n(s)
第25页/共62页
干扰量
的综I合L 点前移，化简得
IL(s)
R(TLs 1)
Ud0(s) -
1
n(s)
Ce Tms(TLs 1) 1
第26页/共62页
2、触发器和晶闸管整流装置数学模型及动态结构图 晶闸管触发导通后，在尚未关断之前，改变控制电压Uct的值，但整流电压 的瞬时波形和 角并不能立即跟随Uct的变化，通常把这个滞后时间称作整流装置的 失 控 时 间 ， 用 Ts 来 表 示 。
第1页/共62页
转速、电流双闭环调速系统的工作原理
• 电流调节环 • 速度调节环 • 双闭环系统起动过程分析 • 双闭环调速系统的动态抗扰动性能 • 双闭环调速系统中两个调节器的作用
第2页/共62页
五 单闭环调速系统的限流保护—电流截止负反馈
• 问题的提出 ➢ 起动的冲击电流——直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施， 会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利，对过载能力低的 电力电子器件来说，更是不能允许的。
都要求把固定的直流电源电压变换为不同的电压等级，例如地铁列车、无 轨电车或由蓄电池供电的机动车辆等，它们都有调速的要求，因此，要把 固定电压的直流电源变换为直流电动机电枢用的可变电压的直流电源。 • 由脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）变换器向直流电动机供电 的系统称为脉冲宽度调制调速控制系统，简称PWM调速系统。 • 图4-34是脉宽调制型调速控制系统原理图及输出电压波形。
n E Ce
即可得到额定励磁下他励直流电动机动态结构图
IL(s)
Ud0(s) -
1 R
Id(s) -
TLs 1
R E(s) 1
TM s
Ce
n(s)
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干扰量
的综I合L 点前移，化简得
IL(s)
R(TLs 1)
Ud0(s) -
1
n(s)
Ce Tms(TLs 1) 1
第26页/共62页
2、触发器和晶闸管整流装置数学模型及动态结构图 晶闸管触发导通后，在尚未关断之前，改变控制电压Uct的值，但整流电压 的瞬时波形和 角并不能立即跟随Uct的变化，通常把这个滞后时间称作整流装置的 失 控 时 间 ， 用 Ts 来 表 示 。
双闭环直流调速系统PPT课件
ASR分别处于什么状态？ 2．电流、转速波形图形象地反映了双闭环调速系统的启
动过程，试默画之。 3．双闭环调速系统的启动过程有什么特点？
28
§3.4 双闭环调速系统的动态性能
一、动态跟随性能
1.转速动态跟随性能
加速过程能表现出很好的动态跟随性能 ；减速过程动态跟随性能较差。 加速过程同起动过程相似，可在最大允许值电流情况下加速，加速转矩 较大 ；减速时由于电流不可逆，无法实现制动，只能靠负载阻转力矩作 的作用减速。
双闭环系统原理图
转速调节器
电流调节器
电流互感器
测速发电机
阶段I---电流上升阶段分析
突加转速给定时，转速为零，转速反馈也为零，ASR的输 出偏差较大，ASR的输出迅速达到限幅值，电流环在最大 给定值控制下，电机电流迅速增大到最大允许值Idm，当 Id>Idl时，电机转速开始上升。
23
阶段II---恒流升速阶段分析
调试，会测试双闭环调速系统的静特性。
§3.1 双闭环直流调速系统的构成
一、问题的提出----双闭环调速系统产生的背景 开环调速系统结构简单，最容易实现；但它没有抗干扰能力，
负载电流变化或电网电压波动时，电机转速都会发生变化， 因此，仅适用干扰小、对调速性能要求不高的场合。
转速负反馈单闭环调速系统是对开环调速系统的改进，对作 用于闭环内前向通道上的干扰均有调节作用，转速更稳定， 调速性能更好，若采用PI调节器可以实现无静差调速。但由 于系统对电枢电流没有调节作用，还存在局限性：
n
U
* n
反馈系数一定的情况下，转速由转速给定唯一决定。
(2) U i 0
Ui* Ui Id
ASR的输出取决于负载(电流)的大小。
动过程，试默画之。 3．双闭环调速系统的启动过程有什么特点？
28
§3.4 双闭环调速系统的动态性能
一、动态跟随性能
1.转速动态跟随性能
加速过程能表现出很好的动态跟随性能 ；减速过程动态跟随性能较差。 加速过程同起动过程相似，可在最大允许值电流情况下加速，加速转矩 较大 ；减速时由于电流不可逆，无法实现制动，只能靠负载阻转力矩作 的作用减速。
双闭环系统原理图
转速调节器
电流调节器
电流互感器
测速发电机
阶段I---电流上升阶段分析
突加转速给定时，转速为零，转速反馈也为零，ASR的输 出偏差较大，ASR的输出迅速达到限幅值，电流环在最大 给定值控制下，电机电流迅速增大到最大允许值Idm，当 Id>Idl时，电机转速开始上升。
23
阶段II---恒流升速阶段分析
调试，会测试双闭环调速系统的静特性。
§3.1 双闭环直流调速系统的构成
一、问题的提出----双闭环调速系统产生的背景 开环调速系统结构简单，最容易实现；但它没有抗干扰能力，
负载电流变化或电网电压波动时，电机转速都会发生变化， 因此，仅适用干扰小、对调速性能要求不高的场合。
转速负反馈单闭环调速系统是对开环调速系统的改进，对作 用于闭环内前向通道上的干扰均有调节作用，转速更稳定， 调速性能更好，若采用PI调节器可以实现无静差调速。但由 于系统对电枢电流没有调节作用，还存在局限性：
n
U
* n
反馈系数一定的情况下，转速由转速给定唯一决定。
(2) U i 0
Ui* Ui Id
ASR的输出取决于负载(电流)的大小。
2.5 双闭环调速系统的设计.ppt
忽略反电动势的动态影响(需校验)； 等效成单位负反馈系统；
小惯性环节近似处理（需校验）； 电力电子单元近似（需校验）
1、电流环结构图的化简 a)忽略反电 动势的影响
b)等效成单 位负反馈
c)小惯性环 节近似处理
返回SP2
2、电流调节器结构的选择
电流环以跟随性能为主，应选用典I系统，采用PI型的调节器，传
（1）ASR退饱和后系统的结构框图
图a
分析线性系统跟随性能时，初始条件为：n(0)=0，Id(0)=0； 讨论退饱和超调时，初始条件是：n(0)=n*，Id(0)=Idm。
（2）计算退饱和超调量的捷径 ASR选用PI调节器时，图a绘成图b。
图b
•
稳态转速n*以上的超调部分，即实际转速与给定
转速的差值。坐标原点从o移到o’，动态结构框图
(cn
1 3
KI ) Ti
1
I d (s) Wcli (s)
U
* i
(
s
)
1 s 1
KI
电流环的改造效果：
原来是双惯性 环节的电流环 控制对象
等效成只有较小时间 常数的一阶惯性环节
1
I d (s) Wcli (s)
U
* i
(
s)
1 s 1
KI
•
电流的闭环控制改造了控制对象，加快了电流的跟随作
用，这是局部闭环（内环）控制的一个重要功能。
2、转速调节器结构的选择
(首先要进行 转速环的动态结构框图简化 ) a）用等效环节代替电流环
b) 等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理
c) ASR调节器选择ห้องสมุดไป่ตู้应采用PI调节器)
WASR (s)
双闭环直流调速系统设计资料共99页
END
双闭环直流调速系统设计资料
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 —。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃