无刷直流电机转速-电流双闭环控制策略
无刷直流电机的电流闭环控制
无刷直流电机的电流闭环控制作者：赵念科来源：《数字技术与应用》2013年第03期摘要：分析了BLDCM的换相转矩脉动，指出了引起转矩脉动的主要原因是：关断相电流的下降速度大于开通相电流的上升速度，得到了减小电机低速运行时非换相电流脉动的方法，该方法的原理是令换相期间脉宽调制信号的占空比等于两倍的稳定运行时脉宽调制信号的占空比α1 （2α1=α法）。
在此基础上，提出了基于三相电流的相电流闭环控制。
指出只有三相电流控制才能有效控制相电流。
分别通过仿真验证了基于三相电流的相电流闭环控制能够有效的减小非换相电流的脉动。
关键词：BLDCM 相电流控制转矩脉动中图分类号：TM351 文献标7识码：A 文章编号：1007-9416（2013）03-0003-021 引言理想情况下，BLDCM的三相反电势是互差120°电角度的梯形波，该梯形波的平顶宽度为120°电角度，三相电流为互差120°电角度的矩形波，该矩形波的宽度也为120°电角度。
此时，BLDCM的输出转矩脉动较小。
但是，在实际情况中，反电势和相电流并非理想的梯形波和矩形波。
因此，根据转矩脉动产生的根源，可以将BLDCM的转矩脉动分为齿槽转矩脉动、斩波转矩脉动和换相转矩脉动三种[1]。
在BLDCM调速中，一般采用PWM技术[2]。
在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
该原理称为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。
即通过一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的电压波形，以改变施加在电机绕组上的相电压。
BLDCM的驱动器其实就是三相逆变器，PWM控制技术在逆变电路中的应用最广泛，对逆变器的影响也最深刻。
现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM型逆变电路[3]。
不同的PWM开关状态将导致电机相绕组上施加不同的外加电压，不同的外加电压将产生不同的电流上升或下降速度，从而引起转矩随开关状态的变化而脉动，即斩波转矩脉动[4]。
转速、电流双闭环直流控制系统介绍
转速、电流双闭环直流调速系统介绍自动化0811班肖小波08115073摘要本文对直流双闭环调速系统的设计进行了分析，对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及一些参数的选择和计算，使其满足工程设计参数指标。
从直流电动机的工作原理入手，建立双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析系统的工作原理及其静态性能。
关键词：双闭环直流调速系统1前言许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能。
而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。
双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。
直流双闭环调速系统的性能很好，具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。
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。
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2-1a所示。
BLDC无刷直流电动机闭环控制策略研究
BLDC无刷直流电动机闭环控制策略研究无刷直流电动机（BLDC）是一种采用电子换向器而不是机械刷子进行换向的电动机。
它具有高效率、高功率密度、长寿命等优点，因此在许多应用领域得到了广泛应用。
在BLDC电动机的控制中，闭环控制策略对于确保电机的稳定运行、提高系统响应速度和准确性至关重要。
本文将对BLDC无刷直流电动机的闭环控制策略进行研究，并探讨其优势和应用。
首先，我们将介绍BLDC无刷直流电动机的基本原理以及其结构。
BLDC电动机是一种同步电动机，其转子由一组永磁体构成。
与传统的直流电动机相比，BLDC电动机无需机械刷子进行换向，而是通过电子换向器控制转子的位置和电流的方向。
这种结构使得BLDC电动机具有更高的效率和寿命。
在BLDC电动机的控制中，闭环控制是一种常用的策略。
闭环控制通过测量电机的实际运行状态，例如转速、转子位置和电流，然后根据这些实际状态进行控制，实现期望的运动轨迹和性能。
闭环控制可以通过PID控制器来实现，其中P代表比例控制、I代表积分控制、D代表微分控制。
PID控制器将根据实际测量值与期望值之间的差异来调整电机的输出。
闭环控制策略在BLDC电动机控制中的优势主要体现在以下几个方面：1. 提高系统的响应速度和准确性：闭环控制可以通过及时调整电机的输出来满足期望的运动轨迹。
通过反馈控制，系统可以根据实际状态进行修正，从而提高响应速度和准确性。
2. 抵抗外界干扰：闭环控制可以通过实时测量电机的实际状态，从而抵抗外界干扰。
例如，在荷载突变或环境温度变化的情况下，闭环控制可以及时调整电机的输出，以满足系统的需求。
3. 减小稳态误差：闭环控制可以通过精确测量电机的实际状态来减小稳态误差。
稳态误差是指系统在达到期望状态时与期望状态之间的差异。
闭环控制可以通过PID控制器来调整系统的输出，以减小稳态误差并使系统更加稳定。
除了闭环控制策略，还有一些其他的控制策略可以用于BLDC电动机的控制，例如开环控制和预测控制。
直流电机的转速电流双闭环控制
直流电机的转速电流双闭环控制The final edition was revised on December 14th, 2020.直流电机的转速电流双闭环控制摘要：本设计主要采用模拟电路实现直流电机控制的整流电源，转速调PI调节器，电流PI调节器的设计。
来实现对电机转速的控制，包括快速起动、恒速运行、堵转截止三大目标。
该设计的主要电路均采用模拟电路实现，电流环的PI 调节器用于保证快速起动，即保证电机起动时以最大负载电流起动，也即实现以最大加速度实现。
而转速调节器则用于在运行时实现转速恒定，保证带负载的能力。
两个PI调节器都采用集成运放实现。
其主要优点是克服传统意义上单环控制只能满足一方面的要求的缺陷。
关键词：电流环；转速环；PI调节器The Rotate Speed and Current Double Closed LoopFeedback Control for DC MotorAbstract: The major tasks of this design is utilizing simulating circuits to produce the rectifiering power source ,current PI regulator and rotate speed PI regulator for the DC major object of this desigen is making the DC motor started rapidly,rotating making the DC motor started rapidly with the largest load is the same to starting rapidly with the largest ,The rotate speed PI regulator make the DC mortor retated stably to any the change of the load .Both of the PI regulators use the integrated amplifier operator to accomplish the priority of this design are overcoming the defect of traditional single feedback loop.Key word: current feedback loop; rotate speed feedback loop;PI regulator目录摘要…………………………………………………………………………………错误!未定义书签。
无刷直流方波电动机的双闭环控制
无刷直流方波电动机的双闭环控制永磁无刷直流电动机在机械和电力系统方面是一种很引人注目的电动机。
这种机器结构的简单和它的控制特性类似于交流电机，它在商业，军事等其他领域的应用里是非常受欢迎的选择。
在普遍的无刷直流电动机的计划里，时间和空间的分布是按照磁力线的密度来考虑的，但是驱动环节的曲线是相差120度的。
巨大而细微的转矩是度量无刷电动机效率和低速执行的重要准则，它的直接效果就是在大转矩和细微转矩之间造成一种干扰。
一种引人注目的电动机的配置被人认为是方波电动机。
方波电动机来自于它的方波控制，主要在它的方波时空的磁通干扰中产生控制指令。
因此方波永磁电动机有很让人羡慕的前景，特别在机器人和商业服务中得到广泛重视。
这都是在方波永磁电动机产生的时候所不曾想过的。
2. 方波永磁电动机驱动系统方波永磁电动机驱动系统由三个部分组成：转换器，逻辑控制环节（包括速度调节器，时间调节器，和能量逻辑转换控制单元），详述如下下面是硬件执行器和操作的细节2.1 方波永磁电动机带有双结构方波永磁电动机是由六个小结构组成的。
电机额定电流和机械数据是：200v额定电压，18A的额定电流，3.0k的额定功率，1500转每秒的额定转速，0.0388千克没平方厘米。
2.2 IGBT 变换器一个变换器对频率/电压的三个阶段的组成适应IGBT 变换器的选择是非常重要的，其结果是他们中和了各种高介的性能。
变换器被六个IGBT支配着，没个包括60A的IGBT和一个反馈信号。
2.3 能量转换控制逻辑位置反馈信号被用于同时发生的相位变化的检测。
为了这样做，三个位置反馈信号，来源于PT，他们是在PSP环节被加工的，他们也受六个控制逻辑信号的控制来开/关IGBT、在IGBT变换器里。
在BLDCM的控制分布里有两个IGBT 工作在PWM的模式里，并且两个IGBT应该依靠于这样的逻辑控制信号。
虽然直流能量的频率被变换器的供给，依据这样的关系为IGBT提供信号的PWM信号是来源于三角波和触发控制信号Ui越大，U也就越大，所以BLDCM的速度也就越大。
无刷直流电动机双闭环调速系统
这样就简化成了Ｉ型系统，所以对阶跃输入为无
静差。根据“电子最佳调节原理”中的“二阶最佳系
统”原理。取Ｋｒ＝０．５，这时超调量盯，＝４．３％＜５％。
２丢丢。Ｆ鬲蒜２ １
能满足要求。所以取Ｋ
１
１３ｌ·６，
则甜ｄ＝Ｋ＝１３１．６，Ｋ＝１２６Ｋｉ，所以Ｋ＝１．０４４。 ３转速调节器参数的选择
在转速调节器设计时，可把已经设计好的 Nhomakorabea流环为了使电流环稳态上做到无静差以获得理想的堵 转特性，动态上保证系统的跟随性。把电流环校正成 典型Ｉ型系统，由图４可知，电流环的控制对象是２个 惯性环节，为了把电流环校正成典型Ｉ型系统，显然应 该采用ＰＩ调节¨Ｊ。
由于反馈滤波时间常数％（２ ｍｓ）及整流器失控
时间的滞后时间瓦（１．８ ｍｓ）满足下面的近似处理
社，１９９５· ［５】 李兵．基于ＭＣ３３０５芯片的电动车无刷直流电机闭环控制器的设
计［Ｊ］．轻工机械．２００７。２５（５）：５８－６０． ［６］ 李燕妮，朱善安，叶旭东．基于网络的直流电动机调速系统［ｊ］．机
某电动机的技术参数如下：
额定电压ＵＮ＝２２０ Ｖ，额定电流“＝１４０ Ａ，额定 转速ｎⅣ＝１ ４００ ｒ／ｍｉｎ，电枢回路总电阻Ｒ。＝０．４ Ｑ，主 回路电感Ｌ＝０．０２ Ｈ，电动机轴上拖动系统飞轮惯量
所以电动机的电磁时间常数￡。：告：０百．０２ 为２２ Ｎ·ｍ２，整流装置放大倍数Ｋ＝４０，给定电压Ｍ。
ｕ一（ｓ）一０．００１ ８ｓ２＋ｓ＋１３１．６一
ｌ
１
０．０００ ０１３ｓ２＋０．００７ ６ｓ＋ｌ ０．００７ ６ｓ＋１
按近似处理条件，１寺厂√—矿—高ｒ而一２９６，它将会大于∞。
＝３４．５（见后面的计算），因此上式处理是可行的。则
转速电流双闭环直流调速系统设计
转速电流双闭环直流调速系统设计一、引言直流调速系统是控制直流电机转速的一种常用方法。
在实际应用中，为了提高系统性能，通常采用双闭环控制结构，即转速环和电流环。
转速环用于控制电机转速，电流环用于控制电机电流。
本文将对转速、电流双闭环直流调速系统进行详细设计。
二、转速环设计转速环的主要功能是通过控制电机的转矩来实现对转速的精确控制。
转速环设计步骤如下：1.系统建模：根据电机的特性曲线和转矩方程，建立电机数学模型。
通常采用转速-电压模型，即Tm=Kt*Ua-Kv*w。
2.设计转速环控制器：选择适当的控制器类型和参数，比如PID控制器。
根据电机数学模型，可以使用根轨迹法、频域法等进行控制器参数设计。
确定控制器增益Kp、Ki和Kd。
3.闭环仿真：使用仿真软件，进行闭环仿真，验证控制器的性能。
4.实际系统调试：将设计好的转速环控制器实施到实际系统中，进行调试和优化。
根据实际情况对控制器参数进行微调。
三、电流环设计电流环的主要功能是控制电机的电流，以确保电机输出的转矩能够满足转速环的要求。
电流环设计步骤如下：1.系统建模：根据电机的特性曲线和电流方程，建立电机数学模型。
通常采用电流-电压模型，即Ia=(Ua-R*Ia-Ke*w)/L。
2.设计电流环控制器：选择适当的控制器类型和参数，比如PID控制器。
根据电机数学模型，可以使用根轨迹法、频域法等进行控制器参数设计。
确定控制器增益Kp、Ki和Kd。
3.闭环仿真：使用仿真软件，进行闭环仿真，验证控制器的性能。
4.实际系统调试：将设计好的电流环控制器实施到实际系统中，进行调试和优化。
根据实际情况对控制器参数进行微调。
四、双闭环控制系统设计在转速环和电流环都设计好的基础上，将两个闭环控制器连接起来，形成双闭环控制系统。
具体步骤如下：1.控制系统结构设计：将电流环置于转速环的前端，形成串级控制结构。
2.系统建模：将转速环和电流环的数学模型进行串联，建立双闭环控制系统的数学模型。
转速、电流双闭环直流调
• 系系统统组组成成与与静静特特性性 一一、、问题的提出 电流截止转速单环系统的缺陷： ➢ 动态性能差： 共用1个调节器，起动时， 控制器力图使指令和转速、 电流反馈共同形成的偏差 等于0，随转速的不断上 升，电流必不断相应减小， 使起动时不能保持电流恒 为最大允许值，起动时间长。
33
讨论
➢阻尼较小时, 超调量显著增大, 稳定裕量减小； 阻尼比过大, 系统响应过于缓慢, 对一般的控制 系统, 常将阻尼比选择在0.5到0.707之间。这时 系统超调不大, 响应也较快。
➢ 工程设计推荐选择阻尼比＝0.707即K=1/2T作为 典I系统最佳设计参数。适用于要求响应较快, 不 允许超调过大的系统。推荐参数仅仅是作为 系统 期望特性的初选设计参数, 在系统整定调试时 应 根据系统运行情况按照表所列的变化趋势对参数 作灵活调整, 以使系统取得实际最佳的动静态性能
31
典型Ⅰ型系统动态跟随性能指标3
• 峰值时间 • 相角稳定裕量 • 截止频率 • 闭环谐振峰值
32
典Ⅰ系统动态跟随性能指标4
• 工程设计时, 可根据指标要求通过查表进行参数初选, 不必通过公式作精确计算 , 调试时再整定修正。
KT 0.25 0.31 0.39 0.5 0.69 1.0
x 1.0 0.9 0.8 0.707 0.6 0.5
5
各变量的稳态工作点和稳态参数 计算
• 双环调速系统在稳态工作时, 两调节器均不饱和
6
Ⅱ.系统模型与动态性能
• 动态结构图
7
起动过程
分析
• 闭环调速系统的期望起动过程系统对
阶跃的响应应尽可能地
• 稳: 稳定性好、 准: 稳态误差小、
直流电动机转速电流双闭环控制系统的设计精选(38页)
Harbin Institute of Technology
f直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
—x系统建模
L1电动机的数学槟型 1.2晶闸管整流装置的数学模型 L3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计 2.1双
闭环控制的目的 2-2关于积分调节器的饱和非线性问题 2-3 ASR与ACK的工程设计方法
L2晶闸锌笹流装哲.的数学模型
1.3双闭坏调速系统的数学模型
二、 电流环与转速环调节器设计
2.1双闭环控制的的
2,2关于积分调节器的_ 械性问题
23 ASR±JACR的工程设计方法
三、 仿真实验
3.1起动特性
,
V 四、结论
/
流电动机转速/电流双闭环拧制系统设计
系统建模与仿真
在图4-7中给出了控制系统的PI控制规律动态过程, 从中我们可知:
三、 仿真实验
3.1起动特性
系统建模与仿真
d
Harbin Institute of Technology
1山:流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
系统建模与仿真
系统中采用三相桥式晶闸管整流装置，基本参数如下， 直流电动机：220Vr 13.6A, 1480r7min，Ce=0.l31V/ (r/min)，允许 过载倍数 a=15;晶闸管装置：Ks=76t电枢回路总电阻！ /e=6.58Qs 时初常数： 77=0.0l8s，Tm=0.25s；反馈系数：a=0.00337V/ (r/min)， /SM).4V/A:反馈滤 波时间常数：7b/=0.005s, 7b«=0(005s P
E = Cen （额定励磁F的感应电动势） （中顿动力学定伴.忽略醐擦
m t额定励磁卜的电磁转斯）
无刷直流电机(BLDC)双闭环调速解析
在无刷直流电机双闭环调速系统中，双闭环分别是指速度闭环和电流闭环。对于 PWM 的无刷直流电机控制来说，无论是转速的变化还是由于负载的弯化引起的电枢电流的变化， 可控量输出最终只有一个，那就是都必须通过改变 PWM 的占空比才能实现，因此其速度环和 电流环必然为一个串级的系统，其中将速度环做为外环，电流环做为内环。调节过程如下所 述：由给定速度减去反馈速度得到一个转速误差，此转速误差经过 PID 调节器，输出一个值 给电流环做给定电流，再由给定电流减去反馈电流得到一个电流误差，此电流误差经过 PID 调节器，输出一个值就是占空比。
在绝大部分的控制系统中，采样周期等同于控制周期，一般不做区分，即在同一个周期 内采样一次反馈值进行一次 PID 运算之后调整一次被控量。从理论上来讲采样周期和控制周 期尽量的缩短一些，这样可以及时的调整输出。实际上要看被控对象的反应速度，和滞后时 间，因为不同的被控对象千差万别。
采样周期（即反馈值多长时间进行一次采样或捕捉）： 选取采样周期时，有下面几个因素可供参考： 1、采样周期应远小于对象的扰动周期。 2、采样周期应比对象的时间常数小得多，否则所采样得到的值无法反映瞬间变化的过程值。 3、考虑执行机构的响应速度。如果采用的执行器的响应速度较慢，那么盲目的要求过短的 采样周期将失去意义。 4、对象所要求的调节品质。在计算机速度允许的情况下，采样周期短，调节品质好。 5、性能价格比。从控制性能来考虑，希望采样周期短。但计算机运算速度，以及 A/D 和 D/A 的转换速度要相应地提高，会导致计算机的费用增加。 6、计算机所承担的工作量。如果控制的回路较多，计算量又特别大，则采样要加长；反之， 可以将采样周期缩短。
在双闭环调速系统中，输入参数有三个，分别为给定速度和反馈速度以及反馈电流，其 中给定速度由用户指定，一般指定为旋转速度(RPM 转/分钟)或直线速度(m/s 米/秒)。而反 馈速度和反馈电流则需要由传感器来获取，下面来讲一下在无刷直流电机控制系统中，反馈 速度和反馈电流的获取。
(完整word版)转速、电流双闭环直流调速系统设计
在转速闭环直流调速系统中,只有电流截止负反馈环节对电枢电流加以保护，缺少对电枢电流的精确控制，也就无法充分发挥直流伺服电动机的过载能力，因而也就达不到调速系统的快速起动和制动的效果.通过在转速闭环直流调速系统的基础上增加电流闭环，即按照快速起动和制动的要求，实现对电枢电流的精确控制,实质上是在起动或制动过程的主要阶段，实现一种以电动机最大电磁力矩输出能力进行启动或制动的过程。
一、设计要求设一个转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H桥PWM方式驱动，已知电动机参数为：二、电流环、转速环设计仿真过程双闭环直流调速系统的设计及其他多环控制系统的设计原则一样:先设计内环（即电流环），在将内环看成外环的一个环节，进而设计外环（即转速环）。
1. 稳态参数计算电流反馈系数：*im 10= 1.25/24nom U V A I βλ==⨯转速反馈系数:*nm 10=0.02min/500nom U V r I αλ==2. 电流环设计1) 确定时间常数s 110.110T ms f kHz ===由电流滤波时间常数0.0002oi T s =，按电流环小时间常数环节的近似处理方法,取i 0.00010.00020.0003s oi T T T s =+=+=∑2) 选择电流调节器结构电流环可按典型Ⅰ型系统进行设计。
电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为1(s)i ACR ii s G K sττ+= 3) 选择调节器参数超前时间常数: i 0.008l T s τ== 由于i 5%σ≤，故l 0.5i K T =∑故1l 0.50.51666.66670.0003i K s T -==≈∑电流调节器比例系数为：i 0.00881666.717.781.25 4.8i lS R K K K τβ⨯==⨯≈⨯ 4) 检验近似条件电流环的截止频率：11666.6667ci l w K s -==i.近似条件一:113333.3333330.0001ci s w T =≈>⨯（满足近似条件) ii.近似条件二：3ci w =（满足近似条件） iii.近似条件三：13ci =（满足近似条件）3. 转速环设计1) 确定时间常数电流环等效时间常数：20.0006i T s =∑小时间常数近似处理：0.00060.0010.0016on i T T s +=+=∑2) 选择转速调节器结构由于转速稳态无静差要求，转速调节器中必须包含积分环节，又根据动态要求,应按典型Ⅱ型系统校正转速环，因此转速调节器应选择PI 调节器，其传递函数为：1()n ASR nn s G s K sττ+= 3) 选择调节器参数按跟随型和抗扰性能均比较好的原则，取h=5，则转速调节器的超前时间常数为：50.00160.008n nhTs τ==⨯=∑转速环开环增益:22222151468752250.0016N n h K s h T -++==≈⨯⨯∑于是,转速调节器比例系数为：(1)6 1.250.040.558.592250.0280.0016e m n n h C T K h RT βα+⨯⨯⨯==≈⨯⨯⨯⨯∑4) 校验近似条件转速环开环截止频率：11468750.008375Ncn N n K K s ωτω-===⨯≈i. 近似条件一：15cn iT ω>∑11666.67550.0003cn i T ω=≈>⨯∑（满足近似条件） ii. 近似条件二：1132cn oni T T ω>∑1111430.333230.00060.001cn on i T T ω==>⨯∑(满足近似条件）三、 MATLAB 仿真1. 电流环仿真 1) 频域分析在matlab/simulink 中建立电流环动态结构图及校正成典型Ⅰ型系统的电流环开环动态结构图（如图1—1、1-2、所示），建模结果如下：2) 图1-1 经过小参数环节合并近似后的电流开环动态结构图3)图1-2 未经过小参数环节合并近似处理的电流开环动态结构图命令窗口分别输入以下命令分别得到Bode图%MATLAB PRGRAM L584。
无刷直流电机的电流闭环控制
无刷直流电机的电流闭环控制无刷直流电机是较为常见的一种电机，可以应用于许多领域，例如机器人、无人机、车辆、电器等。
无刷直流电机被广泛应用的原因之一是其控制方式相比于传统的直流电机，更为灵活、有效率更高，以及其具有较高的功率密度，因此在有限的空间内可以输出更大的功率。
本文旨在阐述无刷直流电机的电流闭环控制，介绍该控制方式的工作原理和优点以及实现过程。
一、无刷直流电机的电流控制无刷直流电机的控制方式主要分为速度控制和电流控制。
对于大多数应用而言，电流控制是其最基本的控制方式。
因为在实际使用中，无刷直流电机的载荷通常是不稳定的，如果采用速度控制来控制负载，则电机的性能稳定性会受到一定的限制。
因此，采用电流控制是保证无刷直流电机性能及安全的重要手段。
简单来说，电流控制就是通过控制电机的输入电压和电机内部的控制器电路，使其输出恰当大小的电流数值，来控制电机的动力系统。
通过实时测量电机的电流，利用反馈回路来调节输入电压大小，从而实现稳定的输出电流，并控制电机的转速和输出功率。
这样，无刷直流电机就可以在负载发生变化时，通过电流控制来稳定输出并避免发生过载。
二、电流闭环控制的原理和优点作为一种常见的电流控制方式，电流闭环控制主要通过测量电机实时的电流值来实现控制。
具体而言，电流闭环控制分为两类，即速度电流闭环控制和电流电流闭环控制。
其中速度电流闭环控制主要的目的是控制电机的转速，根据测量的电机转速并反馈到程序中，调节电机的输入电压。
而电流电流闭环控制的主要目的则是控制电机的输出电流。
相比于其他的无刷直流电机控制方式，采用电流闭环控制具有多个优点：1. 较高的控制精度通过实时测量电机电流值，可以更为准确地调节电机的输入电压，在电机运行过程中及时修正电机的误差，从而实现更为准确的电机控制。
2. 节能在实际使用中，许多应用中的电机并不是一直处于工作状态，而是在间歇性的负载中运行。
此时，采用电流闭环控制能够更快速地适应负载变化，从而更有效地节省能源消耗。
直流电机的转速电流双闭环控制
直流电机的转速电流双闭环控制摘要：本设计主要采用模拟电路实现直流电机控制的整流电源，转速调PI调节器，电流PI调节器的设计。
来实现对电机转速的控制，包括快速起动、恒速运行、堵转截止三大目标。
该设计的主要电路均采用模拟电路实现，电流环的PI 调节器用于保证快速起动，即保证电机起动时以最大负载电流起动，也即实现以最大加速度实现。
而转速调节器则用于在运行时实现转速恒定，保证带负载的能力。
两个PI调节器都采用集成运放实现。
其主要优点是克服传统意义上单环控制只能满足一方面的要求的缺陷。
关键词：电流环；转速环；PI调节器The Rotate Speed and Current Double Closed LoopFeedback Control for DC MotorAbstract: The major tasks of this design is utilizing simulating circuits to produce the rectifiering power source ,current PI regulator and rotate speed PI regulator for the DC motor.The major object of this desigen is making the DC motor started rapidly,rotating stably.yields making the DC motor started rapidly with the largest load current.It is the same to starting rapidly with the largest accerelation.Simultaneous,The rotate speed PI regulator make the DC mortor retated stably to any the change of the load .Both of the PI regulators use the integrated amplifier operator to accomplish the task.The priority of this design are overcoming the defect of traditional single feedback loop.Key word: current feedback loop; rotate speed feedback loop;PI regulator目录摘要 (1)1 引言 (3)2电机的供电电源 (5)2.1三相桥式整流电源 (5)3转速、电流双闭环系统的静态结构 (9)3.1转速、电流双闭环直流调速系统的构成 (9)3.1.1 双闭环系统的结构框图 (9)3.1.2 稳态结构框图和静态特性 (10)4双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析 (12)4.1 双闭环直流调速系统的数学模型 (12)4.1.1 直流电机的动态数学模型 (12)4.1.2 双闭环直流调速系统的完整的动态结构框图 (14)4.2 动态性能的时域分析 (14)4.2.1 起动过程分析 (15)4.2.2动态抗扰性能分析 (16)4.3 调节器的工程设计方法 (16)4.3.1工程设计方法的基本思路 (17)4.3.2 典型系统 (17)4.4控制系统的动态性能指标 (20)4.4.1 跟随性能指标 (20)4.4.2 抗扰性能指标 (21)4.4.3典型Ⅰ型系统性能指标和参数的关系 (22)4.4.4典型Ⅱ型系统性能指标和参数的关系 (27)5.按工程设计方法设计双闭环系统的调节器 (32)5.1 电流调节器的设计 (33)5.1.1电流环结构图的化简 (33)5.1.2电流调节器结构的选择 (34)5.1.4电流调节器的实现 (36)5.2 转速调节器的设计 (36)5.2.1 电流环的等效闭环传递函数 (36)5.2.2转速调节器结构的选择 (37)5.2.3转速调节器的参数计算 (39)5.2.4 转速调节器的实现 (36)6系统仿真 (38)6.1 系统动态结构的MATLAB仿真 (38)6.2 系统的整体结构的仿真 (40)7总结 (44)参考文献 (44)1 引言直流电机由于其调速的控制方法简易而获得了广泛的应用，其控制规律容易理解，并且便于通过线性控制系统的分析方法去解决工程设计的实际问题。
电流转速双闭环的逻辑无环流直流调速系统设计
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。
无刷直流电机转速-电流双闭环控制系统
江苏科技大学本科毕业设计（论文）学院电气与信息工程学院专业电气工程及其自动化学生姓名赵琛班级学号*********7指导教师魏海峰二零一四年六月江苏科技大学本科毕业论文无刷直流电机转速-电流闭环控制策略Brushless DC Motor speed-current Loop Control Strategy江苏科技大学毕业设计（论文）任务书学院名称：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：赵琛学号：1045533237指导教师：魏海峰职称：副教授2014年3月1日摘要在一个世纪以来，电动机的发展已经得到了许多的变革，种类也呈现多样性，但现在最常见也是最主要的是同步电动机、异步电动机和直流电动机这三类。
电动机的作用也就是充当转换装置，来进行机电能量的转换。
在三种电动机之中，大家都深知直流电动机具有运行效率高以及调速性能好等很多优点，但任何事物都要一分为二来看待，直流电动机还存在一些不足之处。
传统直流电机以机械形式进行换向，存在火花、无线电干预、噪声和寿命短等严重弊端，还有一些缺陷是这些传统直流电机的结构制造、材料选取使得其进行产品生产的成本很高和维护修理也较为麻烦，不管是工业还是民用方面都有很大的限制。
在这种情况下，使得目前许多的工工业、农业、制造业等一些生产活动中使用少有直流电动机的身影，取而代之的是三相异步电动机。
无刷直流电机是是永磁电机的一种，如果换个角度看，它将是一个非线性、多变量的集成系统,与微电子元器件、电力电子元器件有着精密联系，无刷直流电机正是伴随前两者出现的。
无刷直流电动机优点很多，跟交流电动机一样，基本结构简单、工作运行可靠、维护修理方便等一系列优点都具备，而又与交流电动机的许多特性相似，如其工作运行效率高、没有励磁损耗以及调节速度的性能好等，故广泛应用于当今国民经济的各个领域，中小功率的调速系统正逐步被无刷直流电机调速系统所取代。
无刷直流电机的关键技术之一是控制策略。
NOT1-转速电流双闭环控制方案
NOT1 转速电流双闭环控制方案1、众多资料显示SRD调速电机采用转速、电流双闭环控制方案。
两环采用内外环方案而非并联方案。
曾尝试过两环并联，转速环在低速小电流时起作用，电流环在过电流时其作用，估计会有效果，但仅调节了转速环，未接着调试电流环。
2、关于转速为外环，电流为内环的解释说明资料一：双闭环调速系统设计速度电流双闭环控制的调速系统是最典型的调速系统，其原理结构图如图3.3所示。
电动机的速度和电流分别由两个独立的调节器分别控制，速度调节器的输出就是电流调节器的给定，因此电流环能够随转速的偏差调节电动机电枢的电流。
起动时，让转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节启动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到图：3.2 双闭环调速模型给定值；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。
当转速低于给定转速时，速度调节器的积分作用使输出增加，即电流给定上升，并通过电流环调节使电动机电流增加，从而使电动机获得加速转矩，电动机转速上升。
当实际转速高于给定转速对，转速调节器的输出减小即电流给定减小，并通过电流环调节使电动机电流下降，电动机将因为电磁转矩减小而减速。
当转速调节器饱和输出达到限幅值时，电流环即以最大电流实现电动机的加速，使电动机的起动时间最短，在可逆调速系统中实现电动机的快速制动。
转速调节器的作用：①使转速n跟随给定电压变化，稳态无静差；②对负载变化起抗扰作用；③其输出限幅值决定允许的最大电流。
电流调节器的作用：①电动机起动时，保证获得最大电流，起动时间短，使系统具有较好的动态特性：②在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压U变化；③当电动机过载时，限制电枢电流的最大值，起到安全保护作用，故障消失后，系统能够自动恢复正常。
3.4.1 电流环的设计如图3.3所示，电流环由电流调节器(ACR)，PWM同步控制器和直流母线电流检测组成，采用典型I型系统来校正。
闭环-转速电流双闭环直流调速系统
§2.2 转速、电流双闭环直流调速系统
一、双闭环调速系统的控制规律
转速单闭环系统被调节的是n，检测的误差是n， 要消除的也是扰动对n的影响。故不能控制电流（转 矩）的动态过程。
电流截止负反馈环节只能限制电流的冲击，不 能控制电流保持为某一所需值。
经常正、反转运行的调速系统，希望尽量缩短 启动、制动和反转过渡过程的时间，即要求系统动 态性能好，单闭环就不能满足要求了。
整个系统的本质由外环速度调节器来决定。即： 当ASR不饱和时，电流负反馈使静特性可能产生的 速降完全被ASR的积分作用所抵消了；一旦ASR饱 和，当负载电流过大，系统实现保护作用使n下降 过大时，转速环即失去作用，只剩下电流环起作用， 这时系统表现为恒流调节系统，静特性便会呈现出 很陡的下垂特性。
各变量的稳态工作点和稳态参数计算:
C
IdN
Idm
Id
BC段：描述ASR饱和后（ACR不饱和）的电流单闭环
系统的静特性，转速外环呈开环状态，表现为电流
无静差。
Id
U
* im
Idm
(n < n0 )
ASR的限幅值Uim由设计者选定——限定了最大电 流值Idm。
2、稳态参数：
转速调节器输出：
U
* i
Ui
Id
I dL
电流调节器输出：Uc
加快动态过程。 （4）电机过载/堵转时，限制Idlmax，起快速自动保护作用。
调节器的输出限幅作用
转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定
电流给定电压的最大值Idm；
电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制 了电力电子变换器的最大输出电压Udm。
当ASR饱和时，相当于电流单闭环系统,实现 “只有电流负反馈，没有转速负反馈”
电流_转速双闭环的逻辑无环流直流调速系统设计
双闭环直流电机调速系统设计摘 要转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。
根据晶闸管的特性，通过调节控制角α大小来调节电压。
基于设计题目，直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路。
在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。
本文首先确定整个设计的方案和框图。
然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计，同时对其参数的计算，包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。
接着驱动电路的设计包括触发电路和脉冲变压器的设计。
最后，即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路，本文采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。
为了实现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，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称做外环。
这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
先确定其结构形式和设计各元部件，并对其参数的计算，包括给定电压、转速调节器、电流调节器、检测电路、触发电路和稳压电路的参数计算,最后画出了调速控制电路电气原理图。
关键词： 双闭环； 转速调节器；电流调节器第一章 绪论第一节 设计题目及技术指标 1.1 设计题目为某生产机械设计一个调速范围宽、起制动性能好的直流调速系统，且拟定该系统为晶闸管-电动机系统。
已知系统中直流电动机主要数据如下： 额定功率kW P N 60=；额定电压VU N 220=；额定电流AI N 305=；额定转速min/1000r n N = ；电枢电阻Ω=05.0a R ；转动惯量 2280m N GD ∙=电枢回路总电阻Ω=5.0R电网供电电压为三相380V ；电网电压波动为+5% -- -10%；速度检测采用测速电机；控制系统电源电压为V 15± 1.2 技术指标（1） 要求连续调速，可逆运行，回馈制动，过载倍数5.1=λ （2） 要求调速比15≥D ,电流脉动%10≤i S ，静差率%1≤S（3）要求以转速、电流双闭环形式作为系统控制方案（4）要求系统为逻辑无环流可逆调速系统（5）主回路采用电枢可逆，磁场单独供电第二节系统总方案设计2.1 逻辑无环流工作原理逻辑无环流可逆直流调速系统原理框图如图1所示。
无刷电机转速-电流双闭环控制策略
无刷电机转速-电流双闭环控制策略下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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1.1 研究背景 .................................................................................................................... 1 1.2 研究现状及分析 ........................................................................................................ 2 1.3 研究目的及意义 ........................................................................................................ 3 1.4 本文的主要内容 ........................................................................................................ 4
系(教研室)主任： 学院主管领导：
（签章） （签章）
年 月 日 年 月 日
江苏科技大学本科毕业设计（论文）
摘
要
在一个世纪以来，电动机的发展已经得到了许多的变革，种类也呈现多样性，但 现在最常见也是最主要的是同步电动机、异步电动机和直流电动机这三类。电动机的 作用也就是充当转换装置，来进行机电能量的转换。在三种电动机之中，大家都深知 直流电动机具有运行效率高以及调速性能好等很多优点， 但任何事物都要一分为二来 看待，直流电动机还存在一些不足之处。传统直流电机以机械形式进行换向，存在火 花、无线电干预、噪声和寿命短等严重弊端，还有一些缺陷是这些传统直流电机的结 构制造、材料选取使得其进行产品生产的成本很高和维护修理也较为麻烦，不管是工 业还是民用方面都有很大的限制。在这种情况下，使得目前许多的工工业、农业、制 造业等一些生产活动中使用少有直流电动机的身影，取而代之的是三相异步电动机。 无刷直流电机是是永磁电机的一种，如果换个角度看，它将是一个非线性、多变 量的集成系统,与微电子元器件、电力电子元器件有着精密联系，无刷直流电机正是 伴随前两者出现的。无刷直流电动机优点很多，跟交流电动机一样，基本结构简单、 工作运行可靠、维护修理方便等一系列优点都具备，而又与交流电动机的许多特性相 似，如其工作运行效率高、没有励磁损耗以及调节速度的性能好等，故广泛应用于当 今国民经济的各个领域，中小功率的调速系统正逐步被无刷直流电机调速系统所取 代。无刷直流电机的关键技术之一是控制策略。本文采用双闭环 PI 调速控制系统， 实现转速的抗干扰调节，使得无刷直流电机在稳态时无静差。文章详细介绍了无刷直 流电机的基本结构、运行工作原理、研究目的和应用状况，建立简单的无刷直流电机 数学模型， 并利用 MATLAB/SIMULINK 强大的仿真平台， 建立控制系统的仿真模型， 对无刷直流电动机速度闭环控制系统进行仿真。通过对模型仿真，结果清楚的显示： 该控制模型工作运行可靠、平稳，没有什么波动，具有良好的静、动态特性。
江 苏 科 技 大 学
毕业设计（论文）任务书
学院名称：电气与信息工程学院 专 学生姓名： 指导教师： 赵 琛 学 职
业：电气工程及其自动化 号： 称： 1045533237 副教授
魏海峰
2014 年 3 月电机转速-电流闭环控制策略
一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达 到的指标和应做的实验等） 1 提供条件：
technologies about the brushless DC motor is control strategies. In this paper, single-loop PI speed control system, adjust the speed of interference, making the brushless DC motor static error in the steady state. This paper introduces the basic structure of a brushless DC motor, run the working principle, purpose and application status, create a simple mathematical model of a brushless DC motor, and using MATLAB / SIMULINK powerful
无刷直流电机的相关资料，MATLAB 仿真软件
2 设计内容与要求:
(1) 掌握无刷直流电机的原理、结构和模型； (2) 掌握仿真软件 MATLAB/Simulink 的使用； (3) 在 MATLAB/Simulink 中构建无刷直流电机转速-电流闭环控制系统； (4) 撰写论文，通过答辩。
二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）
II
江苏科技大学本科毕业设计（论文）
simulation platform, a simulation model of the control system, for brushless DC motor speed loop control system simulation. Through the model simulation, the results clearly show that: the control model work is reliable, stable, no volatility, has good static and dynamic characteristics.
(1) 毕业设计论文：一份（不少于 1.5 万字） ； (2) 外文译文：一篇（不少于 5000 英文单词） ； (3) 无刷直流电机转速-电流闭环控制系统仿真模型：一套；
三、完成日期及进度
2014 年 3 月 17 日至 2014 年 6 月 13 日，共 13 周。
进度安排：
3.17－4.7：熟悉任务要求，查阅资料，翻译外文资料； 4.8－5.5：学习、掌握无刷直流电机的原理、结构和模型，完成开题报告 及外文资料翻译； 5.5－5.19：学习、掌握 MATLAB/Simulink 的使用； 5.20－6.1：在 MATLAB/Simulink 中构建无刷直流电机的转速-电流闭环控 制系统仿真模型，并调试； 6.1－6.13：撰写毕业论文、答辩。
四、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等） ：
(1) 汤蕴璆, 罗应立, 梁艳萍. 电机学（第三版）. 机械工业出版社, 2008. (2) 张琛. 直流无刷电动机原理及应用 （第二版） . 机械工业出版社, 2004. (3) 王兆安, 黄俊. 电力电子技术（第四版）. 机械工业出版社, 2005. (4) 陈伯时. 电力拖动自动控制系统——运动控制系统（第三版）. 机械 工业出版社, 2004. (5) 张志涌. 精通 MATLAB 6.5 版教程. 北京航天航空大学出版社, 2005. (6) 潘晓晟. MATLAB 电机仿真精华 50 例. 电子工业出版社, 2007.
Keywords:
Brushless DC Motor; double-loop control system; MATLAB/Simulink;
modeling and simulation
III
江苏科技大学本科毕业设计（论文）
目
第一章
录
绪论 .......................................................................................... 1
江 苏 科 技 大 学
本 科 毕 业 设 计（论文）
学 专
院 业
电气与信息工程学院 电气工程及其自动化 赵琛 1045533237 魏海峰
学生姓名 班级学号 指导教师
二零一四年六月
江苏科技大学本科毕业论文
无刷直流电机转速-电流闭环控制策略
Brushless DC Motor speed-current Loop Control Strategy
关键词：无刷直流电机；双闭环控制系统；
MATLAB/Simulink；建模仿真
I
江苏科技大学本科毕业设计（论文）
Abstract
In the past century, the development of the motor has been a lot of change, species diversity is also presented, but now the most common and most important categories is the three of following: synchronous motors, asynchronous motors and DC motors. The effect of the motor is converted to act as means for electromechanical energy conversion. Among the three motors, we are well aware of the DC motor with high efficiency and speed performance, and many other advantages, but everything should be viewed distinction, DC motors are still some inadequacies. The high cost and maintenance of traditional DC motor commutation mechanical form, there are sparks serious drawbacks radio interference, noise and short life, there are some defects in the structure of these traditional DC motor manufacturing, material selection makes its product production repair is also more trouble, whether industrial or civilian aspects greatly restricted. In this case, making some of the many currently work in industry, agriculture, manufacturing and other production activities, using a rare figure of a DC motor, replaced by a three-phase asynchronous motors. Brushless DC motor is a permanent magnet motor, if another point of view, it is a nonlinear, multivariable integrated systems, and microelectronics components, power electronics components with precision contact, brushless DC motors are is accompanied by the appearance of the two. Many advantages of brushless DC motors, AC motors with the same simple basic structure, reliable operation, easy maintenance and repair all have a series of advantages, But with many features similar to AC motors, high operating efficiency as they work, no good excitation loss and performance tuning speed, etc., it is widely used in today's national economy, small and medium-power speed control system is gradually being brushless DC motor speed control system is replaced. One of the key