直流伺服电机调速系统(三闭环)要点

合集下载

直流伺服电机的速度和位置控制原理

运动伺服一般都是三环控制系统，从内到外依次是电流环速度环位置环。

1、首先电流环：电流环的输入是速度环PID调节后的那个输出，我们称为“电流环给定”吧，然后呢就是电流环的这个给定和“电流环的反馈”值进行比较后的差值在电流环内做PID调节输出给电机，“电流环的输出”就是电机的每相的相电流，“电流环的反馈”不是编码器的反馈而是在驱动器内部安装在每相的霍尔元件（磁场感应变为电流电压信号）反馈给电流环的。

2、速度环：速度环的输入就是位置环PID调节后的输出以及位置设定的前馈值，我们称为“速度设定”，这个“速度设定”和“速度环反馈”值进行比较后的差值在速度环做PID调节（主要是比例增益和积分处理）后输出就是上面讲到的“电流环的给定”。

速度环的反馈来自于编码器的反馈后的值经过“速度运算器”得到的。

3、位置环：位置环的输入就是外部的脉冲（通常情况下，直接写数据到驱动器地址的伺服例外），外部的脉冲经过平滑滤波处理和电子齿轮计算后作为“位置环的设定”，设定和来自编码器反馈的脉冲信号经过偏差计数器的计算后的数值在经过位置环的PID调节（比例增益调节，无积分微分环节）后输出和位置给定的前馈信号的合值就构成了上面讲的速度环的给定。

位置环的反馈也来自于编码器。

编码器安装于伺服电机尾部，它和电流环没有任何联系，他采样来自于电机的转动而不是电机电流，和电流环的输入、输出、反馈没有任何联系。

而电流环是在驱动器内部形成的，即使没有电机，只要在每相上安装模拟负载（例如电灯泡）电流环就能形成反馈工作。

谈谈PID各自对差值调节对系统的影响：1、单独的P（比例）就是将差值进行成比例的运算，它的显著特点就是有差调节，有差的意义就是调节过程结束后，被调量不可能与设定值准确相等，它们之间一定有残差，残差具体值您可以通过比例关系计算出。

增加比例将会有效减小残差并增加系统响应，但容易导致系统激烈震荡甚至不稳定。

伺服运动控制的“位置环+电流闭环+速度环”控制模式

伺服运动控制的“位置环+电流闭环+速度环”控制模式如果速度环外面还有位置闭环，位置环可以根据位置偏差计算需要的速度值，把速度指令发送给速度环。

速度环不需要知道当前位置偏差的大小，速度指令的大小由位置闭环决定，速度环只要按照速度指令执行速度控制就行了，这就是伺服驱动器中的三闭环控制。

1、位置环，是给定指令脉冲与编码器检测的实际脉冲数比较，偏差是海量脉冲数，根据用户速度运行规划，产生启动、加速、匀速、减速、停车指令；2、加减速时间、运行速度，是用户规划的，速度的上限，是电子齿轮比确定的；3、位置环，没有调解器，位置环是编码器检测反应脉冲的一个计数器，只输出海量脉冲数，与电机以及工件位置相关；4、位置环只在启动与停车有确切位置时，才有用；5、如果不用编码器检测反应脉冲检测位置，直接用位置检测信号产生启动、加速、匀速、减速、停车指令也可以完成伺服位置控制；6、也可以用光学尺，直接检测准确地位置信号，产生启动、加速、匀速、减速、停车指令；7、所以位置环压根就不是“征”说得“位置环可以根据位置偏差计算需要的速度值，把速度指令发送给速度环。

”！8、在“征”看来，伺服运动过程只能是“速度闭环”控制一种模式；9、实际，伺服运动过程也可以是用户决定的“电流闭环”控制模式；10、那么伺服控制的运动过程，就是一个电流曲线梯形图，而不是一个速度曲线梯形图；11、说到这里，有很多人已经听不懂了！12、所谓伺服运行过程电流曲线梯形图，举例说，可以应用于收、放卷电机伺服控制中！13、当伺服运动，以“电流闭环”控制模式运行时，机械特性为软特性，可以应用于收放卷之类的运动控制中；14、当伺服运动，以“电流闭环”控制模式运行时，由“速度闭环”做内环控制，实现“飞车”超速运行保护！15、当伺服运动，以“电流闭环”控制模式运行时，构造与“速度闭环”控制运行模式，构造组成对称：1）位置环+速度闭环+电流环2）位置环+电流闭环+速度环。

基于DSP技术的三闭环直流调速系统设计

PE电力电子基于D SP技术的三闭环直流调速系统设计冯艳娜高满茹(北京联合大学师范学院，北京100011)摘要介绍了一种采用16位高精度D SP芯片T M S320L F2407A作为主控器件，由四只功率M O SFET构成桥式PW M变换器并与电机转速、电流和电压检测处理环节组成的模数混合型电机三闭环直流调速系统。

系统中内环与外环的控制器均采用D SP芯片软件生成，按照PI控制算法完成数字调节控制，并在此基础上进一步改进实现了抗积分饱和PI控制算法。

此系统结构新颖，是一个不同于常规调速系统的新型数模混合式直流调速系统。

关键词：D SP；PW M；三闭环控制The D e s i gn f or a T hr ee C l os ed-l oop Spee d C ont r ol Sys t em B as ed on D S PF e ng Y annaG ao M anr u(Teacher s’C ol l ege of Bei j i ng U ni on U ni vers i t y，Bei j i ng100011)A bs t r act I n t r od uci n g a t hr e e cl os ed—l oop s peed cont rol s ys t em used i n t he m i x ed D&AD C m ot or,w hi ch consi st s of m ai n cont r ol l er(a16bit hi gh—pr e ci s i on D SP chi p)，PW M conver ter(f our pow er M O SFE T com ponent s)and s pee d，curr ent and vol t a ge t e st i ng and process i ng uni t．T he i nt er n al l oo p and t he ext erna l l oo p ar e all cont rol l e d by D SP chi p，w hi ch can be pr ogr am m e d accor di ng t o PI c ont r ol al g or i t hm t o com pl et e di gi t al adj us t i ng cont r01．I n add i t i on，m aki ng t he furt he r i m pr ov em en t and has r e al i ze d t he pr event i ng i n t egr a l sa t ur at i on P I a l gori t hm．Thi s s ys t em is a new st y l e m i x ed D&Acont rol s ys t em t ha t is di f f e r ent f r om t he nor m al s peed c ont r ol s ys t em becaus e of i ts new c onst r uc t i on and hi ghl yi n t egr a l dens it y．K ey w or ds：D SP：P W M：t hr ee cl os ed—l oop c ont r ol1引言长期以来，直流调速系统以其优异的性能在工业生产过程控制【{】得到了广泛的应用。

运动控制课程设计三闭环控制系统详解

《控制系统设计》课程设计报告书题目：带电流变化率内环的三环直流调速系统设计与实践学院：信息工程学院专业：自动化学生姓名：陈臻誉学生学号： 2012550413组员姓名：张凯林完成时间： 2015年7月指导教师：李辉成绩评定：目录一、选题背景 (3)二、题目要求 (3)2.1设计目的 (4)2.2 设计内容 (4)2.3设计要求 (5)2.4电机拖动控制系统设计与仿真 (5)三、方案论证 (5)四、过程论述 (6)4.1电流调节器设计 (6)4.1.1确定时间常数 (6)4.1.2选择电流调节器结构 (7)4.1.3计算调节器电阻和电容 (8)4.2速度调节器设计 (8)4.2.1计算转速调节器参数 (8)4.2.2计算调节器电阻和电容 (9)4.2.3校核转速超调量 (9)五、结果分析 (10)5.1利用MATLAB 仿真软件系统建模及仿真实验及实验结果 (10)双闭环仿真实验 (10)5.1.2双闭环调速系统调节参数 (11)5.1.3双闭环系统仿真模型 (13)5.1.4仿真波形分析 (14)5.2三闭环仿真实验 (16)波形结果 (18)六、课程设计总结 (19)七、参考文献 (20)带电流变化率内环的三环直流调速系统设计与实践一、选题背景本课题为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在V-M调速系统中设计两个调节器，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。

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。

从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环，形成转速、电流双闭环调速系统。

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。

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dm以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。

伺服系统中的伺服电机调速技巧和方法

伺服系统中的伺服电机调速技巧和方法伺服系统中的伺服电机是自动化设备中的重要组成部分，控制伺服电机的转速和位置是自动化过程中的基本需求之一。

虽然现代伺服电机已经具有多种高级特性，开发者们依然需要了解伺服电机调速的基本技巧和方法。

下面我们将介绍一些关于伺服电机调速的技术要点和注意事项。

1. 伺服系统中的PID 算法伺服系统中的PID算法是指通过分析当前误差、速度和加速度等参数来自动调整电机转速。

PID算法是实现伺服电机控制的基本方式，因此理解PID算法原理对伺服电机调速技巧的熟练应用非常重要。

尽管这些算法看起来有些复杂，但对于熟悉控制系统的工程师而言，设置PID参数确实可以在很大程度上实现伺服电机控制。

2. 伺服电机的机械参数在伺服系统中，精确的伺服电机行为由许多因素决定。

其中包括许多机械参数，比如惯性力、摩擦力、热响应、负载惯量和操作速度等等。

尤其是对于需要快速反应的应用领域而言，了解伺服电机的机械参数需要有足够的重视。

了解并正确处理这些机械参数有助于提高伺服电机的响应速度和精度，从而实现比较理想的调速效果。

3. 合理的控制器设置控制器设置是实现伺服电机调速的关键，尤其是对于数字电机来说。

虽然数字电机通常是从控制器或电源中获得控制信号，但是数字电机的控制信号还是需要通过控制器来处理，这不仅需要控制周期合理，还需要调整疊加控制器参数。

通过合理地设置控制器，可以减少电机控制过程中的速度误差、抖动和不稳定现象。

4. 伺服电机的反馈系统伺服电机反馈系统可以帮助控制器确定当前位置、速度和时间，从而帮助控制器计算出所需的控制信号，实现对伺服电机的精确控制。

在伺服电机控制中，反馈系统通常采用编码器、脉冲信号、霍尔传感器等传感器，从伺服电机中获得准确的反馈位置信息。

正确设置反馈系统可以实现更为精确的位置控制和快速响应。

小结：在伺服系统中，伺服电机控制是实现系统高效自动化的一项重要工作。

采取正确的调速技巧和方法，改进PID算法、了解机械参数、合理设置控制器、优化伺服电机反馈系统等等，都有助于提升伺服电机控制效率。

直流伺服电机的调速原理与方法

直流伺服电机的调速原理与方法摘要: 组成：由磁极（定子）、电枢（转子）、电刷与换向片三部分组成。

结构上做的细长一些，主要是为了减小转动惯量，从而满足伺服电机快速响应的要求。

工作原理：直流电源接在两电刷间，电流通入电枢线圈，切割磁力线，...组成：由磁极（定子）、电枢（转子）、电刷与换向片三部分组成。

结构上做的细长一些，主要是为了减小转动惯量，从而满足伺服电机快速响应的要求。

工作原理：直流电源接在两电刷间，电流通入电枢线圈，切割磁力线，产生电磁转矩。

电流方向为：N 极下的有效边中的电流总是一个方向，而S 极上的有效边中的电流总是另一个方向。

这样使两个边上受到的电磁力的方向一致，电枢因而转动。

因此，当线圈的有效边从N 极下转到S 极下时，其中电流的方向必须同时改变，以使电磁力的方向不变。

这必须通过换向器得以实现。

电磁转矩感应电势与转速关系电枢回路电压平衡方程式他励式直流伺服电机的转速公式直流电机转速与转矩的关系n=f(T)称机械特性(静态特性)。

电机转速与理想转速的差Δn，反映了电机机械特性硬度，Δn越小(转矩对转速变化的影响程度越小)，机械特性越硬。

直流电机的基本调速方式有三种：调节电阻Ra、调节电枢电压Ua 和调节磁通Φ的值。

电枢电阻调速很少采用，其缺点：不经济，要得到低速，R 很大，则消耗大量电能；低速，特性很软，运转稳定性很差；调节平滑性差，操作费力。

调节电枢电压（调压调速）时，直流电机机械特性为一组平行线，只改变电机的理想转速n0，保持了原有较硬的机械特性，所以调压调速主要用于伺服进给驱动系统电机的调速。

如果Δn值较大，不可能实现宽范围的调速。

永磁式直流伺服电机的Δn值较小，因此，进给系统常采用永磁式直流电机。

调节磁通（调磁调速）不但改变了电机的理想转速，而且使直流电机机械特性变软，所以调磁调速主要用于机床主轴电机调速。

三闭环

Double Loop DC Speed Control System Description According to dynamic and static performance indicators of the speed system, this paper uses engineering design to set parameters of controllers based on principle of three close loop speed system. The approach using electrical principle and toolbox of simulink and power system in the Matlab completes the model and simulation of system. The model of current rate loop and mutual inductance in DC motors are introduced emphatically. Simulation result obtained is close to actual situation which shows the correction of the model Three closed loop DC main circuit is composed of double closed loop DC speed control system improvement. When the double closed loop DC speed control system, in the current rising phase, the current rises sharply, the rate of change is very big, will have serious consequences in the DC motor, such as generating additional electromotive force and mechanical transmission mechanism of high produced strong impact. In order to solve this problem, a current changes in the current ring rate ring, three-ring system composed of speed, current, the current rate of change. Speed regulator ASR to set the output limiting, to limit the maximum starting current. According to the needs of system, when the given voltage, ASR output saturation, the motor to the maximum allowed current starting, at the same time as the rate of change of current ADR ring role, so that the current rising slope has certain limit, when overshoot reaches a given speed speed, ASR desaturation, motor armature current decreases slowly. In this way, the three regulator role, enables the system to quickly achieve stability.With the current rate of change in the three-loop control system, the given signal output of ASR is ACR, and its limit to limit the maximum current; the output of the ACR is not directly control trigger circuit, but as the rate of change of current given input regulator of ADR, ADR negative feedback signal obtained from the current detection by differential link LD, ACR output limit limit current the biggest change rate. Finally, by the third output regulator of ADR limit determines the minimum control pulse trigger angleⅠ.system analysis and synthesis1.1．Analysis1.1.1 In the speed and current dual closed-loop speed control system, in order to change the motor speed, what parameters should be regulating? Change speed regulator Kn magnification work? Power electronic converter to change the magnification factor Ks work? Change the speed of the feedback coefficient of work? To change the motor's stall current system should adjust the parameters of what?A: To change the motor speed, change speed regulator Kn magnification and power electronic converters will not work magnification factor Ks, stable when n = Un = Un *, so the only change in the value of a given coefficient of Un * and feedback before. To change the motor's stall current, only need to change the same value given Uim * and feedback coefficient, because the stability, Uim * = Idm, can be drawn from the type1.1.2 Speed, the current double closed-loop speed control system when the steady-state operation, the two regulator input voltage and output voltage deviation is the number?A: The speed and current dual closed-loop speed control system when the steady-state operation, the two regulators are the input bias voltage is zero, by the formula n = Un = Un *, n = n; Uim * = Idm, Idm = Idl.1.1.3 In the speed and current dual closed-loop speed control system, the two regulators are PI regulator. When the system is running with rated load, the speed feedback line suddenly disconnected, the system re-enter the steady-state, the current regulator is the input bias voltage to zero? Why?A: When the system is running with rated load, the speed feedback line suddenly disconnected, then Un = 0, = Un *- Un = Un *, so that Ui to reach Uim, 0, rate of increase in n, when the system after re-entering the steady-state , that is, Id = Idl, then, = Uim *- Idl 0, are no longer changes, changes in rotational speed n is no longer, but at this time than the rotational speed n at the time of the feedback line speed to break big.1.1.4 Why is the speed with integral control system is not static poor? A: Speed regulator integral system, to achieve non-static error is due to the characteristics of integral control regulator, that is, the accumulation of points and the role of memory.1.1.5 Double-loop speed control system (PI), load changes, Idl> Idm, asked bicyclol speed control system ASR and ACR how-conditioning, the result?A: When the load changes, Idl> Idm, speed decreased rapidly, the current Id soon to Idm, and of limited amplitude, rapid rate of ASR saturation, ACR has been limiting conditions, to form a blocking phenomenon, long-running will damage the system.1.2. SystemSpeed regulator and current regulator in the Double Loop DC Motor Control System can be summarized as follows:1.2.1. The role of speed regulatorSpeed regulator is a speed control system of the dominant regulator, which allows speed n will soon change with a given voltage Un * changes in steady-state speed error can be reduced, if the PI regulator can achieve the non-static error.1) The effect of load changes in the role of anti-disturbance.2) The output amplitude of the decision limit the maximum allowable motor current.1.2.2 The role of current regulator1) As a regulator of the inner ring, outer ring at the speed of the adjustment process, it makes the current closely followed the given voltage Ui * (that is, the outer ring modulator output) changes.2) Fluctuations in voltage from the role of disturbance rejection in time.3) The speed of the dynamic process of ensuring that the maximum allowable motor current, thereby speeding up the dynamic process.4) When the motor overload or stall when the armature current limit of the maximum, automatic protection from the role of acceleration. Once the fault disappears, the system automatically return to normal. Yesterday, the role of the reliable operation is very important.2.Ⅱdouble-loop speed control system common faults analysis 2.1.Introduction of a system2.1.1. Double-loop speed control system components in Figure 1.1 Current loop: from the current regulator LT, trigger CF (input transformation for the CSR), silicon-controlled rectifier bridge, motor armature and current loop transform LB component. the speed of outer ring: the speed regulator from ST, current loop, such as link inertia, motor and load momentof inertia and the speed of transformation components SB. in the double-loop speed control system, the speed of the decision loop of the running characteristics of the whole system and stability, and play a leading role, and to change the current ring plays the role of the internal structure of the system is dependent, but since it is as a whole to participate in the closed-loop speed to the speed of a direct impact on the work of the closed-loop, it must first good debugging current loop, and then testing the speed of outer ring, so that the whole system has good dynamic performance.2.1.2. Double-loop speed control system of the typical working condition1) Start (or the speed):ST in the start-up process has been saturated, so that the speed of this loop in the equivalent open-loop state. System only in the constant current loop under the regulation to ensure the motor at a constant current of the maximum allowable under the start-up.Figure 1 double-loop speed control system structure2) slow down (or stop):ST at this time to reach the output amplitude of the reverse limit. Main circuit current by the bridge is reduced to zero after the inverter. LT and CSR output will soon reach the maximum reverse. CF pulse output to reach βmin, current loop for open-loop. motor torque under deceleration until the motor speed close to the given new value, current loop and speed loop one after another into the closed-loop work, motor in the new value of a given run .3) Grid voltage fluctuation: This motor because of the larger moment of inertia, which caused the first change in armature current, ST output also did not change the effect of current loop, LT rapidly changing the output so that angle α be adjusted quickly, so the impact on the speed .4）Small changes in load: in the operation, load changes, will cause the motor speeddeviation from the given value. speed up the recovery process and the aforementioned speed (or deceleration) is similar to the process.2. 2 Common Fault Analysis and Processing2.2.1 The normal supply voltage, thyristor rectifier output waveform arrhythmia caused by this phenomenon is due to trigger sawtooth slope caused inconsistency. Sawtooth slope adjust potentiometer, the output waveform uniformity could be achieved. in the adjustment process to strike a balance between Qi, this point should be paid attention to the actual debugging.2.2.2 DC Motor Analysis of mechanical properties of soft thyristor DC motor system, when the current intermittent mechanical properties when the first no-load speed is characterized by high ideals, and the second is characterized by mechanical properties of soft . The so-called mechanical features soft, that is, small changes in load will cause great changes in speed. oscilloscope to observe when using the bridge rectifier output waveform, one may find that missing relative. at this time need to check whether the trigger has pulse output, fast whether the fuse melting, whether the breakdown or thyristor circuit, synchronous transformer is damaged, whether the lack of power. to identify the problems, can be resolved.2.2.3The speed of the speed of instability caused by many factors of instability:1) Electric guns are not firmly fixed or with the host of different axis .2) The parameters of the speed regulator inappropriate. Respond to the dynamic parameters to adjust (change the ratio of integral parameters ) .3) Of a speed control system there are(or bad)4) May be caused as a result of interference. should be found to interfere with the reasons for taking anti-jamming measures.2.2.4 A little to the set rated motor speed is higher than that should first check whether it is normal for the external control system, such as outside the normal control system, it may be given points, speed regulator, current regulator, such as caused by link failure. Should be cut off the main circuit power supply, only the control system to the electricity, not a given in the case, testing each of the key points (such as the current regulator, voltage regulator, etc. of thepotential. and then given together with the former to one by one after each of the key points to check the potential changes, you can find out the fault lies.2.2.5 Bridge rectifier output voltage is not high stressed1) the speed regulator and current regulator limiter too small, should be liberalizedin accordance with appropriate amplitude threshold .2) than the speed feedback signal, in that they can reduce the rate of appropriate feedback signals.2.2.6 To the timing system still in the absence of low-speed operation (that is, the phenomenon of emergence of reptiles) This is because the system of "zero drift" caused by. When the input signal is zero, the output voltage by the input amplification stage of the offset potentiometer decisions can be offset by adjusting the potential allows α = 90 °, at this time to zero output voltage rectification system, the electrical will not crawl.2.2.7 With a given system can not runShould first check whether it is normal for the external control system, such as outside the normal control system, it may be given points, speed regulator, currentregulator, such as caused by link failure. Shall be cut off main circuit power supply, only the control system to the electricity, not Add the given circumstances, the key points of each test (such as the current regulator, voltage regulator, etc.) of the potential. and then combined with a given, after the previous one by one to each of the key points to check the potential changes, that is, where to find fault.2.2.8 Lack of control accuracy in the distributor for a given run-time external control often requires precision sufficient parking in order to work properly. If poor precision parking, you can adjust the speed of the appropriate regulator of the PI link, generally by reducing the the ratio of the integral part of efforts to get satisfactory results.2.2.9 Reversible system oscillation1) open-loop system in the state (the main circuit disconnect) the oscillation can be changed at this time given the previous inspection to the key points of the potential changes. If a given unchanged, but the potential is still a point of change, here is the crux of .2) system in the state when the closed-loop oscillation, in which case in order to ensure the safety of the electrical load should be replaced by the general resistance of the load, if there is no suitable resistance box which can be used in place of the two electric sub-series. inspection methods and similar open-loop, focusing on the link to check is: given points, level detection, operation control, such as the speed regulator. oscillations are often caused as a result of operational amplifiers, such as damage to electronic components , system parameters caused by improper, according to the specific circumstances, properly addressed.This paper mainly introduces the structure，working principle and controller tuning method of boiler cascade three—parameter control system．And the characteristic of this control system iS simulated．Simulation results show that the control system can eliminate the interference caused by load(steam volume)changes and water flow，be able to guarantee safe and stable operation of generating units．It can be seen from the simulation results in figure, in the motor start-up phase, the current regulation motor armature current under the action of close to the maximum, the motor starts to rise time optimal criterion. It can be seen from the figure, in the current rising and falling stage, transition time of three closed-loop system than the transition time of double closed loop length, this is because when the current rate of change is too large, because the current regulator ADR, current rise and fall speed slow. In addition to the current rise and decline stage, the rate of change of current loop play a role, others in the same starting process and double closed loop. It not only keeps the advantages of double closed loop, but also overcomes the double closed loop current during start-up rate too much.闭环直流调速系统的说明1 背景在分析三闭环直流调速系统原理基础上，根据系统的动、静态性能指标采用工程设计方法设计调节器参数，并运用Matlab 的Simulink 和Power System 工具箱、面向系统电气原理结构图的仿真方法，实现了转速电流三闭环直流调速系统的建模与仿真；重点介绍了电流变化率环建模、直流电机模块互感等参数的设置，给出了直流可逆调速系统的仿真模型和结果，仿真结果验证了仿真模型及参数设置的正确性。

伺服控制器的速度闭环控制策略深度剖析

伺服控制器的速度闭环控制策略深度剖析伺服控制器是一种用于精确控制运动装置的电子设备，其核心功能是保持被控对象的速度在预定范围内，并能够对外部干扰作出快速而准确的响应。

速度闭环控制策略是伺服控制器中的一种常见控制策略，本文将对其进行深度剖析。

速度闭环控制是指将反馈的速度信号与设定的目标速度进行比较，并根据差异来调节输出信号，从而使实际速度逐渐趋近目标速度的控制策略。

它的基本原理是通过不断地修正控制信号，使实际速度与目标速度保持一定的误差范围内，以达到准确控制运动装置的目的。

速度闭环控制策略通常包括以下几个关键要素：速度反馈装置、误差计算器、控制信号调整器以及执行器。

首先，速度反馈装置是速度闭环控制中至关重要的组成部分。

它可以通过不同的方式来获取实际速度的反馈信息，如编码器、霍尔传感器等。

这些装置通常将实际速度转化为电信号，通过反馈给控制器进行处理。

其次，误差计算器是速度闭环控制中的核心组件。

它通过比较实际速度和目标速度之间的差异，计算出误差信号。

误差信号的大小和方向反映了实际速度相对于目标速度的偏差程度，是控制器根据这一信号来进行输出调整的基础。

控制信号调整器是速度闭环控制中的另一个关键组件。

它根据误差信号的大小和方向调整控制信号，以实现对实际速度的调节。

调整器通常采用比例-积分-微分（PID）控制算法，其中比例项负责减小误差、积分项用于消除稳态误差、微分项用于改善系统的动态响应。

最后，执行器将调整后的控制信号转化为相应的动作，对运动装置进行控制。

常见的执行器包括驱动器、电机等。

驱动器通过将控制信号转化为适当的电流或电压来驱动电机，从而调节运动装置的速度。

速度闭环控制策略有许多优点。

首先，它对外部干扰响应迅速，能够根据实际速度与目标速度之间的差异及时做出调整，使运动装置能够快速稳定地达到预定速度。

其次，它允许动态调整目标速度，以适应不同的工况要求。

此外，速度闭环控制策略还可以提供对实际运动装置的速度精准监测，为后续的运动控制提供准确的反馈信息。

直流伺服电机的调速原理

直流伺服电机的调速原理直流伺服电机具有良好的启动、制动和调速特性，可很方便的在宽范围内实现平滑无极调速，故多采用在对伺服电机的调速性能要求较高的生产设备中。

直流伺服电机的结构主要包括三大部分：（1）定子：定子磁极磁场由定子的磁极产生。

根据产生磁场的方式，直流伺服电机可分为永磁式和他激式。

永磁式磁极由永磁材料制成，他激式磁极由冲压硅钢片叠压而成，外绕线圈通以直流电流便产生恒定磁场。

（2）转子：又称为电枢，由硅钢片叠压而成，表面嵌有线圈，通以直流电时，在定子磁场作用下产生带动负载旋转的电磁转矩。

（3）电刷和换向片：为使所产生的电磁转矩保持恒定方向，转子能沿固定方向均匀的连续旋转，电刷与外加直流电源相接，换向片与电枢导体相接。

直流伺服电机的工作原理与一般直流电动机的工作原理市完全相同。

他激直流电机转子上的载流导体（即电枢绕组）在定子磁场中受到电磁转矩的作用，使电机转子旋转。

由直流电机的基本原理分析得到：n=(u-IaRa)/Ke式中：n——电枢的转速，r/minu——电枢电压Ia——电机电枢电流Ra——电枢电阻Ke——电势系数（Ke=Ce＆）由上式可知，调节电机的转速有三种方法：（1）改变电枢电压u。

调速范围较大，直流伺服电机常用此方法调速。

（2）变磁通量＆（即改变Ke的值）。

改变激磁回路的电阻Rf以改变激磁电流If。

可以打到改变磁通量的目的；调磁调速因其调速范围较小常常作为调速的辅助方法，而主要的调速方法是调压调速。

若采用调压与调磁两种方法互相配合，可以获得很宽的调速范围，又可充分利用电机的容量。

（3）在电枢回路中串联调节电阻Rt，此时有n=［u-Ia(Ra+Rt)］/Ke由上式可知，在电枢回路中串联电阻的办法，转速只能调低，而且电阻上的铜耗较大，这种办法并不经济。

伺服电机三环控制系统调节方法

伺服电机三环控制系统调节方法随着工业自动化程度的不断提高，伺服控制技术、电力电子技术和微电子技术的快速发展，伺服运动与控制技术也在不断走向成熟，电机运动控制平台作为一种高性能的测试方式已经被广泛应用，人们对伺服性能的要求也在不断提高。

一、三环控制原理1、首先是电流环，此环完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流，负反馈给电流的设定进行PID调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流，电流环就是控制电机转矩的，所以在转矩模式下驱动器的运算最小，动态响应最快。

2、第二环是速度环，通过检测的伺服电机编码器的信号来进行负反馈 PID 调节，它的环内 PID 输出直接就是电流环的设定，所以速度环控制时就包合了速皮环和电流环，换句话说任何棋式都必须使用电流环，电流环是控制的跟本，在速度和位置控制的同时系统实际也在进行电流（转矩）的控制以达到对速度和位置的相应控制。

3、第三环是位置环，它是最外环，可认在驱动器和伺服电机编码器间构建也可以在外部控制器和电机编码器或最终负载间构建，要根据实际情况来定。

由于位置控制环内部输出就是速度环的设定，位置控制模式下系统进行了所有 3 个环的运算，此时的系统运算量最大，动态响应速度也最慢。

图 1.1二、影响控制的因素1、速度环主要进行PI（比例和积分），比例就是增益，所以我们要对速度增益和速度积分时间常数进行合适的调节才能达到理想效果。

2、位置环主要进行P（比例）调节。

对此我们只要设定位置环的比例增益就好了。

当进行位置模式需要调节位置环时，最好先调节速度环，位置环、速度环的参数调节没有什么固定的数值，要根据外部负载的机械传动连接方式、负载的运动方式、负载惯量、对速度、加速度要求以及电机本身的转子惯量和输出惯量等等很多条件来决定，调节的简单方法是在根据外部负载的情况进行大体经验的范围内将增益参数从小往大调，积分时间常数从大往小调，以不出现震动超调的稳态值为最佳值进行设定。

三闭环

三闭环直流调速统的建模与仿真三闭环直流调速系统的设计一、三闭环直流调速系统总体设计方案三闭环直流调速主电路由双闭环直流调速系统改进而得。

当采用双闭环直流调速系统时，在电流上升阶段，电流急剧上升，变化率很大，会在直流电动机中产生严重后果，如产生很高的附加电动势及机械传动机构产生强烈的冲击。

为解决这一矛盾，在电流环内设置一个电流变化率环，构成转速、电流、电流变化率的三环系统。

转速调节器ASR设置输出限幅，以限制最大启动电流。

根据系统运行的需要，当给定电压*U后，ASR输出饱和，电机以最大的允许电流起动，n同时由于电流变化率ADR环的作用，使电流上升斜率有一定限制，当达到给定的速度后转速超调，ASR退饱和，电机电枢电流缓慢下降。

这样，经三个调节器的调节作用，使系统很快达到稳定。

在带电流变化率内环的三环调速系统中，ASR的输出仍是ACR的给定信号，并用其限幅值限制最大电流；ACR的输出不是直接控制触发电路，而是作为电流变化率调节器ADR的给定输入，ADR的负反馈信号由电流检测通过微分环节LD得到，ACR的输出限幅值则限制最大的电流变化率。

最后，由第三个调节器ADR的输出限幅值决定触发脉冲的最小控制角。

带电流变化率内环的三环调速系统原理图二、电流变化率环的设计电流调节器使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）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。

电流变化率环的闭环传递函数为)111(12d di +++++=S K S K S K K W dis l di s l i didicld τβ式中，di K =RK d didi s ρττβ ；d τ为ADR 的积分时间常数；ρ为ADR 时间常数调整器的分压比；di τ电流微分时间常数；odi T 电流微分滤波时间常数。

在该设计中电流变化率调节器ADR 选用PI 调节器,取电流微分滤波时间常数odi T 为0.002 S;电路中PI 调节器的电阻R 0取为1K,调节器的电容d C 取为47uF, ADR时间常数调整器的分压比ρ取0.5，得到积分调节器为S10；仿真后发现效果不好，就添加了比例调节器，放大系数取1，得到ADR 的PI 调节器的传递函数为SS 10+;一般取电流微分时间常数di τ为0.01，电流检测反馈di β为0.05，所以1002.00005.01+=+S Ss T sT odi di di β；*二、电流调节器的设计1.确定时间常数（1）滞后时间常数s T =0.0017s （2） r V n I R U C NNa N e min/.132.0=-=（3） m e m C C RGD T 3752==0.18s（4）电流环小时间常数i T ∑。

三闭环电机控制系统设计

摘要本文以详细阐述了MCS-803伪控制芯片，所构成的三闭环直流调速系统，三闭环即转速环，电流环，位置环。

包括8031 单片机控制电路、复位电路、振荡电路、速度给定电路、光电码盘测速测位置电路、PWM波驱动H桥电路等；在软件的实现上采用PID控制算法模拟ASR,ACF环的作用，并给出程序流程图和具体程序设计。

关键字：单片机直流调速PID 算法总结. 参考文献 .第一章系统结构 . 第二章硬件设计 .第一节第二节第三节第四节第五节第六节第七节第八节 8031的介绍和ROM T 展 ....... 驱动电路 ...................给定输入电路 ............. 增量式光电脉冲编码器测速位置霍尔传感器测电流 ........... 转速显示电路 ............... 时钟振荡器和复位电路 ....... 电源电路 .................. 4 5 6 6 8 8 9 10 第三章系统软件设计 . 12 第一节第二节第三节第四节第五节第六节第七节 PWM 波产生......给定速度程序设计转速测定 ....... 位置测量 ....... 电流测量程序 ... 速度显示程序 ... PID 控制算12 14 16 17 18 18 19 25 26第一章系统结构电子技术的高速发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术进入一个新的阶段。

采用单片机控制的调速系统，其控制方案是依靠软件实现的，控制器由可编程功能模块组成，配置和参数调整简单方便，工作稳定。

本系统设计为三闭环调速，即包括电流环，转速环，位置环。

测速及位置用固定在主轴上的光电码盘产生脉冲信号，脉冲信号送入8254计数芯片计数，再传输到单片机计算，M/T法可计算出即时速度。

这个速度与设定的速度进行比较，得出差值。

MCS803对这个差值进行PID运算，得出控制增量，即用单片机，PID算法实现模拟电路ACR,AS的功能。

伺服控制的闭环与开环控制的特点

伺服控制的闭环与开环控制的特点控制系统是现代工业的核心工具之一，其性能的优劣直接影响到生产效率和产品质量。

伺服控制是一种基于反馈的控制方式，采用闭环反馈信号进行控制，能够提高系统的稳定性和精度。

相比之下，开环控制则只考虑输入和输出之间的关系，无法消除外部干扰和系统的非线性影响，速度和精度都有所限制。

本文将分析伺服控制的闭环和开环控制的特点，以期更好地理解它们的应用和优缺点。

一、闭环控制1.原理闭环控制，是通过对处理器输入与输出的比较来控制系统，它采用反馈方式获取处理器输出量并与所需量比较，由控制器对输入进行修正，以达到所需值.在伺服系统中，主要通过传感器对系统状态进行监测和控制器进行调节，使输出值与所需要的参考量相等，达到控制对目标的精确性能。

2.特点闭环控制系统通过负反馈，使得系统的输出与期望值精确匹配，在系统具有非线性、时变和不确定性时，有较好的适应性和鲁棒性，可以更精确地控制目标系统，大大提高了系统的可靠性和精度。

另外，闭环控制还可以通过使用误差修正的技术来进行实时控制，及时补偿干扰，提高系统的动态响应和抗扰性能。

3.应用闭环控制应用广泛，例如在数控机床、机器人、航空航天和工业过程控制等重要领域中，闭环控制是实现自动化和智能化的基础。

二、开环控制1.原理开环控制是指在没有任何反馈控制的情况下，根据既定的输入值和系统模型计算输出值，以控制系统。

在伺服系统中，开环控制的方式就是直接将期望值输入系统，经过简单处理得到输出值并输出，不对系统响应做实时修正。

2.特点与闭环控制相比，开环控制没有反馈环节，不能快速补偿外部干扰和系统时变的影响，容易出现系统偏差，需要进行手动或者其他的方式进行补偿调节，系统精度和性能有限。

3.应用典型的开环系统包括电视、冰箱、洗衣机等。

这些系统并不需要高速度或精确控制，但应考虑到它们的成本和可靠性，因为它们不需要闭环控制来达到预期的性能指标。

三、闭环与开环控制的比较1.精准度闭环控制比开环控制更精准和稳定，可以通过反馈修正错误，使系统输出更准确。

直流电动机三闭环调速系统的动态特性研究

(4) 通过对不同负载及不同干扰下的三闭环调速系统的动态特性进行研究，证明了带电流变化率环的三闭环直流调速系统针对电网电压干扰和负载扰动具有良好的动态性能。
关键词：三闭环调速系统；工程设计方法；MATLAB/Simulink；动态性能
Abstract
The DC motor is a power equipment converts direct current electrical energy into mechanical energy. Because of its good performance in speed governing, DC motors are widely used in electric traction, and DC motors are still applied to numerous industrial production occasion. So the DC speed control system will exist with the AC speed control system for a long time. DC speed control system will get a deeper development and play an important role in the future. The content of this article is as following:
(4) A research was made about the Three closed-loop speed control system in different loads and different inference conditions, verifies this system with good dynamic performance in rejection of grid voltage disturbance and load disturbance.

三闭环调速系统

，又克服了双闭环在启动过程中电流变化率过大的缺点。
单闭环直流调速系统matlab仿真
双闭环直流调速系统matlab仿真
三闭环直流调速系统matlab仿真
三闭环与双闭环直流调速系统抗干扰性能的对比
双闭环
三闭环
三闭环与双闭环直流调速系统仿真结果对比分析
当给定信号为10 V时，在电机起动过程中，电流调节器作用下的电机电枢电流接近最大值，使得电机最优时间准则开始上升,在电流上升阶段，双闭环过渡时间为0 ~ 0.02 s，在电流下降阶段，双闭环过渡时间为0.25 ~ 0.32 s；而三闭环相对应时间分别为0 ~0.04 s、0.26 ~ 0.33 s。这是因为当电流变化率过大时，在电流变化率的调节器ADR 上输入了Ud i，从而使ADR 输出Uc t 减小，电流上升和下降速度变缓。当扰动发生时，三闭环直流调速系统抗扰动时间为0.3 s，而双闭环直流调速系统抗扰动时间接近 0.5s，这表明由于增加了电流变化率环，使得控制对象由二阶惯性环节变成近似一个积分环节，改造了控制对象，提高了电流控制的快速性。
结论
在电机的启动阶段，电流调节器作用下的电机电枢电流接近最大值，使得电机以最优时间准则开始上升。由仿真可
知，在电流的上升和下降阶段，三闭环系统的过渡时间要
比双闭环的过渡时间长，这是因为当电流变化率过大时，由于电流调节器ADR的作用，电流上升和下降速度变缓的原
因。
除了在电流的上升和下降阶段，电流变化率环起作用外，其它的启动过程和双闭环相同。这既保持了双闭环的优点
闭环直流调速系统性能对比
开环：Biblioteka 静差率大，不能满足较高的调速指标要求
单闭环:
双闭环:

闭环控制的直流调速系统调节

闭环控制的直流调速系统调节直流调速系统是一种常见的工业调节系统，广泛应用于机械、钢铁、化工等领域。

例如，直流电机可以用于工厂的输送机、泵、风机、切割机等的控制设备中。

为了实现零误差的运行和更为精确的控制，直流调速系统需要采用闭环控制。

闭环控制的直流调速系统包括电机、电源、支路、控制器、测速器和反馈连接器等组成部分。

系统的基本原理是利用反馈信号来控制输出变量，从而达到目标位置和速度。

控制器将反馈信号和模拟信号比较，计算出误差，并生成控制信号，以使输出变量达到期望值。

直流调速系统的控制是一个复杂的过程，需要遵循一定的技术规范和流程。

系统的调节流程如下：1. 对系统进行初步调整。

首先，调整初始位置，使系统达到激励状态。

然后，检查电机和电源的电气参数，确认它们与控制器的要求相符。

接下来，通过调整控制器的增益值，使系统产生温和的振荡，以便于对系统的动态响应进行观察。

2. 根据系统响应进行调整。

根据系统的动态响应，逐步调整增益、积分和微分控制器的参数，使其与系统的动态特性相适应。

在调整的过程中，应注意避免过度调整参数，以免导致系统不稳定。

适当地调整参数可以使系统具有更好的抗干扰能力和更快的响应时间。

3. 进行闭环功能测试。

在确认系统的参数调整后，进行闭环功能测试，测试系统是否能够实现期望的速度和位置控制。

如果测试结果不理想，需要重新检查系统的电气参数和控制器的参数，重新调整参数并进行测试。

4. 对系统进行环节调整。

当系统的闭环功能能够满足要求后，还需要对系统的其他环节进行调整。

例如，可以调整电机的电流和电压，以提高系统的输出能力；可以调整测速仪的灵敏度和分辨率，以获得更为精确的反馈信号。

5. 对系统进行稳定性测试。

在完成所有参数调整和环节调整后，需要进行稳定性测试，以评估系统的动态性能和抗干扰能力。

测试中应进行负载和温度变化等情况下的测试，确保系统在复杂环境下的运行稳定。

总之，闭环控制的直流调速系统调节是一个复杂的工程，需要技术人员具有较高的技术能力和实践经验。

伺服系统的3个控制与3个环

伺服系统的3个控制与3个环伺服系统又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。

今天，让我们一起来详细了解伺服控制的3个控制方式和3个环控制。

1伺服系统组成（自上而下）控制器：PLC，变频器，运动控制卡等其他控制设备，也称为上位机；伺服驱动器：沟通上位机和伺服电机，作用类似于变频器作用于普通交流马达。

伺服电机：执行设备，接受来自驱动器的控制信号；机械设备：将伺服电机的圆周运动（或直线电机的直线运动）转换成所需要的运动形式；各类传感器和继电器：检测工业控制环境下的各种信号送给上位机或驱动器做为某些动作的判断标准。

2伺服控制方式三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。

速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的。

▶如果对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。

▶如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用速度或位置模式比较好。

▶如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。

▶如果本身要求不是很高，或者基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。

就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。

对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。

如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。

如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么做。

一般说驱动器控制的好坏，有个比较直观的比较方式，叫响应带宽。

当转矩控制或速度控制时，通过脉冲发生器给它一个方波信号，使电机不断的正转、反转，不断的调高频率，示波器上显示的是个扫频信号，当包络线的顶点到达最高值的70.7%时，表示已经失步，此时频率的高低，就能说明控制的好坏了，一般电流环能做到1000HZ 以上，而速度环只能做到几十赫兹。