双闭环直流调速系统
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
R0
ASR
-
+
+
Ui
LM
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-
TA
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ACR
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-
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+
Uc
V
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UPE +Ud
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(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
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
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。
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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转速、电流双闭环调速系统班级：铁道自动化091姓名：***指导老师：***完成日期：2011-10-31湖南铁道职业技术学院目录摘要 (3)一、直流调速介绍 (4)1、调速定义 (4)2、调速方法 (4)3、调速指标 (4)二、双闭环直流调速系统介绍 (5)1、转速、电流双闭环调速系统概述 (5)2、转速、电流双闭环调速系统的组成 (6)3、PI调节器的稳态特征 (7)4、起动过程分析 (8)5、动态性能 (11)6、两个调节器的作用 (11)三、总结 (12)摘要随着近代电力电子技术和计算机的发展以及现代控制理论的应用，自动化电力拖动正向着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进，以达到高速、优质、高效率地生产。
在大多数综合自动化系统中，自动化的电力拖动系统仍然是不可缺少的组成部分。
本文讲述的是转速、电流双闭环直流调速系统，通过学习使我对转速、电流双闭环直流调速系统的组成、调速器的稳态特性和作用以及系统的动态特性有了一定的了解。
该系统是在单闭环系统的基础上加以改进后完成的，通过对电力拖动自动控制系统的学习，我们里了解到转速、电流双闭环直流调速系统相对于单闭环调速系统的一些优势，它是通过转速反馈和电流反馈两个环节分别起作用的。
通过这次的学习，我懂得了很多，具有了通过运用理论上所掌握的知识来独立发现问题、思考问题、解决问题的能力，在这次的论文中，我有一次重新学习了转速、电流双闭环直流调速系统，使我这一系统有了更进一步的了解。
转速、电流双闭环调速系统一、直流调速介绍1、调速定义调速是指在某一具体负载情况下，通过改变电动据或电源参数的方法，使机械特性曲线得以改变，从而使电动机转速发生变化或保持不变。
2、调速方法1.调节电枢供电电压U。
改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。
变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。
2.改变电动机主磁通。
改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。
变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。
3.改变电枢回路电阻<。
在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。
但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。
3、调速指标1．调速范围（包括：恒转矩调速范围/恒功率调速范围），A、恒转矩调速范围是指调速系统在额定负载下，可长期稳定运行的最低速度和最高速度之比，一般这个最高速度就是额定速度，比如：1：1000，假定该调速系统的最大（额定速度）为2000rpm，则其最小运行速度为2rpm。
指标越宽，调速范围越大，系统性能越好B、恒功率调速范围是指调速系统在额定功率下，可长期稳定运行的最低速度和最高速度之比，一般这个最低速度就是额定速度，比如：1：2，假定该调速系统的额定速度为1000rpm，则其最高运行速度为2000rpm。
2．动态速降它是指电机由空载突加额定负载时最大的速度跌落（下降），这个值越小，表明系统响应快，系统特性硬3．恢复时间当电机突加额定负载后可以恢复到原先速度所需的时间，时间越短，响应越好，反之表明系统响应慢。
二、双闭环直流调速系统介绍1、转速、电流双闭环调速系统概述采用转速负反馈和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。
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起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，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应该能得到近似的恒流过程。
问题是希望在起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人端，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要的作用。
怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈作用，又使它们只能分别在不同的阶段起作用呢?双闭环调速系统正是用来解决这个问题的。
2、转速、电流双闭环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，二者之间实行串级联接，如图一所示。
图一这就是说，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；转速调节环在外边，叫做外环。
这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
为了获得良好的静、动态性能，双闭环调速系统的两个调节器一般都采用PI 调节器，其原理图示于图二。
图二在图上标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照触发装置GT 的控制电压Ur,为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。
图中还表示出，两个调节器的输出都是带限幅的，转速调节器ASR的输出限幅(饱和)电压是U*im，它决定了电流调节器给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压是Uctm，它限制了晶闸管整流器输出电压的最大值。
3、PI调节器的稳态特征一般存在两种状况：饱和——输出达到限幅值；不饱和——输出未达到限幅值。
当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向信号使调节器退出饱和；换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的联系，相当于使该调节环开环。
当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压在稳态时总是零。
实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。
只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。
1．转速调节器不饱和。
这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。
因此U*n=Un=αn U*i=Ui=βId。
ASR不饱和，U*i < U*im，2．转速调节器饱和。
这时，ASR输出达到限幅值，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闭环系统。
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。
因为如果，n≥no，则Un≥U*n，ASR将退出饱和状态。
双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。
当负载电流达到Idm后，转速调节器饱和，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。
这就是采用了两个PI调节器分别形成内、外两个闭环的效果。
这样的静特性显然比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。
然而实际上运算放大器的开环放大系数并不是无穷大、特别是为了避免零点飘移而采用“准PI调节器”。
在稳态工作点上，转速n是由给定电压U*n决定的，ASR的输出量U*i是由负决定的，而控制电压Uct的大小则同时取决于n和Id，或者说，同时载电流ldL取决于U*n和l。
这些关系反映了PI调节器不同于P调节器的特点。
比例环节dL的输出量总是正于其输入量，而PI调节器则不然，其输出量的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。
后面需要PI调节器提供多么大的输出值，它就能提供多少，直到饱和为止。
无静差系统的稳态计算相似，即根据各调节器的给定亨反馈值计算有关的反馈系数：转速反馈系数α= U*nm/nmax电流反馈系数β= U*im/Idm4、起动过程分析1．过程分析。
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。
因此有必要探讨它的起动过程。
双闭环调速系统突加给定电压；由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程示于图三。
图三由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分成三段，在图中分别标以I、和III。
第1阶段0一t1是电流上升的阶段。
突加给定电压后，通过两个调节器的控制作用，电动机开始转动。
由于机电惯性的作用，转速的增长不会很快，因而转速调节器ASR的输人偏差电压数值较大，其输出很快达到限幅值，强迫电流Id迅速上升。
当Id≈Idm时，Ui≈Uim，电流调节器的作用使Id不再迅猛增长，标志着这一阶段的结束。
在这一阶段中，ASR由不饱和很快达到饱和，而ACR一般应该不饱和，以保证电流环的调节作用。
第Ⅱ阶段t1～t2是恒流升速阶段。
从电流升到最大值Imd开始，到转速升到给定值为止，属于恒流升速阶段，是起动过程中的主要阶段。
在这个阶段中，ASR一直是饱和的，转速环相当于开环状态，系统表现为在恒值电流给定U*im 作用下的电流调节系统，基本上保持电流Id恒定(电流可能超调，也可能不超调，取决于电流调节器的结构和参数)，因而拖动系统的加速度恒定，转速呈线性增长。
与此同时，电动机的反电动势正也按线性增长。
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，为了克服这个扰动，Ud0和Ud也必须基本上按线性增长，才能保持Id恒定。
由于电流调节器ACR是PI调节器，要使它的输出量按线性增长，其输入偏差电压必须维持一定的恒值，也就是说，Id应略低于Idm。
此外还应指出，为了保证电流环的这种调节作用，在起动过程中电流调节器是不能饱和的，同时整流装置的最大电压Ud0m也须留有余地，即晶闸管装置也不应饱和，这些都是在设计中必须注意的。
第III阶段t2以后是转速调节阶段。
在这阶段开始时，转速已经达到给定值，转速调节器的给定与反馈电压相平衡，输入偏差为零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值，所以电动机仍在最大电流下加速，必然使转速超调。
转速超调以后，ASR输入端出现负的偏差电压，使它退出饱和状态，其输出电压即ACR 的给定电压立即从限幅值降下来，主电流Id也因而下降。
但是，由于Id仍大于负载电流IdL，在一段时间内，转速仍继续上升。
到Id=IdL时，转速n达到峰值。
此后，电动机才开始在负载的阻力下减速，与此相应，电流Id也出现一段小于IdL的过程，直到稳定(设调节器参数已调整好)。
在这最后的转速调节阶段内，ASR与ACR都不饱和，同时起调节作用。
由于转速调节在外环，ASR处于主导地位，而ACR的作用则是力图使Id尽快地跟随ASR的输出量，或者说，电流内环是一个电流随动子系统。
2．双闭环调速系统的起动过程三个特点：（1）饱和非线性控制。
随着ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态。
当ASR饱和时，转速环开环，系统表现为恒值电流调节的单闭环系统；当ASR不饱和时，转速环闭环，整个系统是一个无静差调速系统，而电流内环则表现为电流随动系统。
在不同情况下表现为不同结构的线性系统，这就是饱和非线性控制的特征。
决不能简单地应用线性控制理论来分析和设计这样的系统，可以采用分段线性化的方法来处理。
分析过渡过程时，还必须注意初始状态，前一阶段的终了状态就是后一阶段的初始状态。