双闭环控制系统(行业二类)
典型Ⅱ型系统ppt课件
II.恒流升速阶段 III.转速调节阶段
I dL O t1
t2 t3 t4
t
典型Ⅱ型系统
双闭环直流调速系统起动过程的特点 （1）饱和非线性控制 （2）转速超调 （3）准时间最优控制(有限制条件的 最短时间控制)
典型Ⅱ型系统
动态抗扰性能分析
调速系统的动态抗扰性能， 主要是抗负载扰动和抗电网 电压扰动的性能
稳定，同时满足所需的稳态精度。 2.再选择调节器的参数，以满足动态性能指标的要
求。
典型Ⅱ型系统
调节器结构的选择
选择调节器，将控制对象校正成为典型系统。
输入
调节器
控制对象
输出
系统校正
输入
典型系统
输出
典型Ⅱ型系统
典型I型系统
R(s)
K
C(s)
s(Ts 1)
T — 系统的惯性时间常数； K — 系统的开环增益。
选择参数，保证 稳定。
c
1 T
或
cT 1，使系统足够
典型Ⅱ型系统
典型Ⅱ型系统
R(s)
K (s 1) C (s)
s 2 (Ts 1)
1
c
1 T
或
T
保证系统足够稳定
典型Ⅱ型系统
控制系统的动态性能指标
1.跟随性能指标 2.抗扰性能指标 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 则以跟随性能为主。
n
Tms
1/Ce
典型Ⅱ型系统
转速和电流两个调节器的作用
1. 转速调节器的作用
（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，
它使转速 n 很快地跟随给定电压变化，稳态
时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则 可实现无静差。 （2）对负载变化起抗扰作用。 （3）输出限幅值决定电机允许的最大电流。
逆变器双闭环控制的限幅问题
逆变器双闭环控制的限幅问题一、概述逆变器是一种将直流电转换为交流电的电气设备，广泛应用于风电、光伏发电等领域。
在逆变器的控制过程中，双闭环控制是一种有效的控制策略，能够提高系统的稳定性和响应速度。
然而，在实际应用中，双闭环控制却面临着限幅问题，该问题不仅会影响逆变器的控制性能，还会导致系统不稳定甚至损坏设备。
解决逆变器双闭环控制的限幅问题对于提高系统的稳定性和可靠性至关重要。
二、逆变器双闭环控制原理逆变器双闭环控制是基于内外环控制的控制策略，内环控制主要是控制逆变器的输出电流或电压，外环控制则是控制输出电压或频率。
双闭环控制能够自动调节逆变器的输出电流或电压以及输出电压或频率，从而实现系统的稳定运行和优化性能。
然而，双闭环控制中存在限幅问题，即在控制过程中输出电流或电压受到一定范围的限制，超出限制范围将会出现问题。
三、逆变器双闭环控制的限幅问题分析1. 输出电流或电压限幅问题：在逆变器的双闭环控制过程中，输出电流或电压可能会受到一定范围的限制，当输出电流或电压超出限制范围时，系统容易出现过载、失稳等问题，从而影响系统的运行和性能。
2. 输出电压或频率限幅问题：双闭环控制中外环控制通常是控制输出电压或频率，当输出电压或频率超出限制范围时，系统可能会出现过压、过频等问题，进而影响逆变器和整个系统的安全运行。
四、解决逆变器双闭环控制的限幅问题的方法1. 设计合理的控制策略：针对逆变器双闭环控制中存在的限幅问题，可通过设计合理的控制策略来解决。
可以采用多级控制结构、合理的参数调节等手段，提高系统的稳定性和控制精度。
2. 优化控制算法：优化控制算法是解决逆变器双闭环控制限幅问题的重要手段，通过改进现有的控制算法或引入新的控制算法，能够更好地应对限幅问题，提高系统的控制性能。
3. 引入限幅保护机制：在逆变器的双闭环控制中引入限幅保护机制，能够及时发现并处理输出电流或电压超出限制范围的情况，有效地保护逆变器和整个系统不受损坏。
直流电动机双闭环调速系统设计
1 设计方案论证电流环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。
方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。
转速环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。
方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。
2双闭环调速控制系统电路设计及其原理综述随着现代工业的开展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得到了越来越广泛的认同与应用。
相对于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的弱点。
双闭环控制那么很好的弥补了他的这一缺陷。
双闭环控制可实现转速和电流两种负反应的分别作用，从而获得良好的静，动态性能。
其良好的动态性能主要表达在其抗负载扰动以及抗电网电压扰动之上。
正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有必要对其最优化设计进展深入的探讨和研究。
本次课程设计目的就是旨在对双闭环进展最优化的设计。
整流电路本次课程设计的整流主电路采用的是三相桥式全控整流电路，它可看成是由一组共阴接法和另一组共阳接法的三相半波可控整流电路串联而成。
共阴极组VT1、VT3和VT5在正半周导电，流经变压器的电流为正向电流；共阳极组VT2、VT4和VT6在负半周导电，流经变压器的电流为反向电流。
变压器每相绕组在正负半周都有电流流过，因此，变压器绕组中没有直流磁通势，同时也提高了变压器绕组的利用率。
三相桥式全控整流电路多用于直流电动机或要求实现有源逆变的负载。
为使负载电流连续平滑，有利于直流电动机换向及减小火花，以改善电动机的机械特性，一般要串入电感量足够大的平波电抗器，这就等同于含有反电动势的大电感负载。
三相桥式全控整流电路的工作原理是当a=0°时的工作情况。
电机控制中双闭环及PI控制的个人理解
运动控制中多闭环反馈控制及PI控制的个人理解（1）虫虫QQ214081712Email:kyo2000652@ 在运动控制系统中，为了实现对电机速度或者位置的良好控制，常常采用多重闭环的结构。
比如有刷直流电机调速系统，交流永磁同步电动机伺服系统，都采用了类似的结构，除此之外，闭环系统一般采用PI控制器或者PID控制器。
所以设计或调试类似系统就必须熟悉多闭环系统和PI控制器的作用机理。
本问着重从物理意义的角度谈一下这些内容，而不做较深层次的分析，因为是个人的见解，所以难免有错误或者不全面的地方，请大家指出，谢谢！一，基本知识：谈这个问题的时，首先要明确我们对运动控制系统的要求，其次要了解电机这个被控对象的一些特征，只有明确了这两点才能理解为什么选用多闭环的结构。
/1，对运动控制系统的要求：不同类型运动控制系统对性能的要求是不一样的，比如一些调速系统要求系统能对负载扰动有很强的抑制能力，有的伺服系统要求系统对某类信号的静态误差不能超过多少，或者能适应频繁启动制动的情况。
但是把他们综合以下，可以大致归纳为以下几点：A,静态性能指标：主要是系统的静态误差，一般要保证指令信号和实际输出之间没有误差或者误差在允许范围内，假如你输入的指令是一个阶跃信号表示为50转每分，那么电机的稳态输出就要尽量接近50转每分，当然这里说的指令信号不一定都是阶跃信号，也有可能是斜坡或者其他信号，但是一般系统多用阶跃响应作为标准。
对于负反馈闭环控制系统来说，影响静态误差的主要因素是系统开环传递函数的型别，所以开环传函中串联的积分环节越多，系统型别就越高，静态误差越小，可以参考自动控制原理中的一些内容，这里不再深究。
B,抗扰动指标：也有不少书把该指标化归到静态性能中，这里单独把这个拿出来是为了强调它的重要性。
一般我们要求，当扰动在系统内某点产生作用时，系统输出受他的影响最小，也就是输出波动的幅度最小，而且能在很快的时间内恢复到正常输出。
SPWM变频电源双闭环控制的设计和研究.wps
SPWM变频电源双闭环控制的设计和研究在目前逆变电源的控制技术中，滞环控制技术和SPWM控制技术是变频电源中比较常用的两种控制方法。
滞环控制技术开关频率不固定，滤波器较难设计，且控制复杂，难以实现；SPWM控制技术开关频率固定，滤波器设计简单，易于实现控制。
当二者采用电压电流瞬时值双闭环反馈的控制策略时，均能够输出高质量的正弦波，且系统拥有良好的动态性能。
对于SPWM变频电源，采用电压电流瞬时值双闭环反馈的控制策略，工程中参数设计往往采用试凑法，工作繁琐，误差较大。
本文详细介绍了SPWM变频电源主要的控制参数设计准则和方法，对于快捷、准确地选择合适的闭环参数，有很大的实践应用价值。
2系统简介图1 双闭环控制的SPWM变频电源系统构成简化图图1为系统构成简化图，该系统由主电路和控制电路两部分组成。
逆变电源主电路采用以IGBT为开关器件的单相逆变电路, 采用全桥电路结构，经过LC低通滤波器，滤去高频成分，在滤波电容两端获得相应频率的光滑的正弦波。
虚线框包括的是控制电路，电压电流瞬时值双闭环反馈控制是由输出滤波电感电流和输出滤波电容电压反馈构成的。
其外环为输出电压反馈，电压调节器一般采用PI形式。
电压外环对输出电压的瞬时误差给出调节信号，该信号经PI调节后作为内环给定；电感电流反馈构成内环，电流环设计为电流跟随器。
电流内环由电感电流瞬时值与电流给定比较产生误差信号，与三角形载波比较后产生SPWM信号，通过驱动电路来控制功率器件，保证输出电压的稳定，形成典型的双环控制。
在实际应用中采用电流内环之外还设置电压外环的目的除了降低输出电压的THD外，还在于对不同负载实现给定电流幅值的自动控制。
3SPWM变频电源的线性化模型由于SPWM变频电源中存在着开关器件，因此是一个非线性系统，但因为一般情况下，SPWM变频电源的开关频率远高于调制频率，故可以利用传递函数和线性化技术，建立起SPWM变频电源的线性化模型[1]，如图2所示。
直流电机双闭环调速--自动控制原理与系统
直流电机双闭环调速--⾃动控制原理与系统⼀、单闭环调速系统存在的问题①⽤⼀个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，②环内的任何扰动，只有等到转速出现偏差才能进⾏调节，因⽽转速动态降落⼤。
③电流截⽌负反馈环节限制起动电流，不能充分利⽤电动机的过载能⼒获得最快的动态响应，起动时间较长。
电流截⽌负反馈单闭环直流调速系统最佳理想起动过程最佳理想起动过程:在电机最⼤电流（转矩）受限制条件下，希望充分利⽤电机的允许过载能⼒，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许的最⼤值。
缺点：改进思路：为了获得近似理想的过渡过程，并克服⼏个信号综合在⼀个调节器输⼊端的缺点，最好的办法就是将主要的被调量转速与辅助被调量电流分来加以控制，⽤两个调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统。
⼆、转速、电流双闭环调速系统的组成双闭环调速系统其原理图双闭环直流调速系统双闭环直流调速系统静态结构图静态结构图系统特点（1）两个调节器，⼀环嵌套⼀环；速度环是外环，电流环是内环。
（2）两个PI调节器均设置有限幅；⼀旦PI调节器限幅（即饱和），其输出量为恒值，输⼊量的变化不再影响输出，除⾮有反极性的输⼊信号使调节器退出饱和；即饱和的调节器暂时隔断了输⼊和输出间的关系，相当于使该调节器处于断开。
⽽输出未达限幅时，调节器才起调节作⽤，使输⼊偏差电压在调节过程中趋于零，⽽在稳态时为零。
（3）电流检测采⽤三相交流电流互感器；（4）电流、转速均实现⽆静差。
由于转速与电流调节器采⽤PI调节器，所以系统处于稳态时，转速和电流均为⽆静差。
转速调节器ASR输⼊⽆偏差，实现转速⽆静差。
三、双闭环调速系统的静特性双闭环系统的静特性如图所⽰特点：1）n0-A 的特点①ASR不饱和。
②ACR不饱和。
或n0为理想空载转速。
此时转速n与负载电流⽆关，完全由给定电压所决定。
电流给定有如下关系??因ASR不饱和，，故。
n0A这段静特性从⼀直延伸到。
2）A—B段①ASR饱和。
双闭环直流调速系统工作原理
1对已知系统的固有特性做恰当的变换和近似处理，以简化调节器结构。
2根据具体情况选定预期特性，即典型Ⅰ系统或典型Ⅱ系统，并按照零极点相消的原则，确定串联调节器的类型。
3根据要求的性能指标，确定调节器的有关P、I、D参数。
4校正
六 发展趋势
在进入21世纪的今天，电力电子器件的基片已从硅变换为碳化硅使电力电子新元件具有耐高压、低功耗、耐高温的优点；并制造出体积小、容量大的驱动装置；永久磁铁电动机也正在开发研制之中。随着IT技术的迅速普及，以及人类思维理念的改变，变频器相关技术的发展迅速，未来主要朝以下几个方面发展
电机自动控制系统广泛应用于各行业，尤其是工业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电.直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。有效地控制电机，提高其运行性能，具有很好的现实意义。本文介绍了基于工程设计对直流调速系统的设计，根据直流调速双闭环控制系统的工作原理以及介绍变频调速技术的发展概况，变频调速技术的发展趋势
九：个人体会
通过这次实验使我详细的明白了双闭环直流调速系统的原理,也使我知道了一些它在工业中的一些应用,以前没明白的一些细节在这次设计中也得到了深刻的理解。理论和实际互相结合使得我对运动控制系统这门课有了进一步的认识。在作业之初，我不知道该如何来完成这次的的课程设计，但经过努力终于还是完成了。
《双闭环调速系统》课件
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
双闭环比值控制系统
项目五 比值控制系统
5.1 概述
工业生产过程中，经常需要两种或两种以上的物 料按一定比例混合或进行反应。一旦比例失调，就会 影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费原料，消 耗动力，造成环境污染，甚至造成生产事故。最常见 的是燃烧过程，燃料与空气要保持一定的比例关系， 才能满足生产和环保的要求；造纸过程中，浓纸浆与 水要以一定的比例混合，才能制造出合格的纸浆；许 多化学反应的多个进料要保持一定的比例。因此，凡 是用来实现两种或两种以上的物料量自动地保持一定 比例关系以达到某种控制目的的控制系统，称为比值 控制系统。
5.2.1 单闭环比值控制系统
单闭环比值控制系统是为了克服开环比值控制方案的不足， 在开环比值控制系统的基础上，增加一个从动量的闭环控制系统， 如图5.2所示。
图5.2 单闭环比值控制系统
与串级控制系统的区别？
项目五 比值控制系统
在稳定状态下，主、副流量满足工艺要求的比 值，F2/F1＝K。当主流量变化时，其主流量信号F1 经变送器送到比值计算装置（通常为乘法器或比值 器），比值计算装置则按预先设置好的比值使输出 成比例地变化，也就是成比例地改变副流量控制器 的设定值，此时副流量闭环系统为一个随动控制系 统，从而使F2跟随F1变化，使得在新的工况下，流 量比值K保持不变。当主流量没有变化而副流量由 于自身扰动发生变化时，副流量闭环系统相当于一 个定值控制系统，通过自行控制克服扰动，使工艺 要求的流量比值仍保持不变。
图5.3 丁烯洗涤塔进料与 洗涤水之比值控制
项目五 比值控制系统
单闭环比值控制系统中，虽然两物料比值一 定，但由于主动量是不受控制的，所以总物料量 （即生产负荷）是不固定的，这对于负荷变化幅度 大—物料又直接去化学反应器的场合是不适合的。 因负荷的波动有可能造成反应不完全，或反应放出 的热量不能及时被带走等，从而给反应带来一定的 影响，甚至造成事故。此外，这种方案对于严格要 求动态比值的场合也是不适应的。因为这种方案的 主动量是不定值的，当主动量出现大幅度波动时， 从动量相对于控制器的设定值会出现较大的偏差， 也就是说，在这段时间里，主、从动量的比值会较 大地偏离工艺要求的流量比，即不能保证动态比值。
pwm直流双闭环调速系统设计
PWM直流双闭环调速系统设计引言PWM（Pulse Width Modulation）直流双闭环调速系统是一种常用于电动机调速的控制系统。
在许多应用中，需要对电动机的速度进行精确控制，以满足不同的工作需求。
PWM直流双闭环调速系统通过不断调整电动机输入电压的占空比，使电动机保持稳定的转速，具有快速响应、良好的稳定性和较大的负载适应能力等优点。
本文将介绍PWM直流双闭环调速系统的设计原理、硬件电路和控制算法，并提供代码示例和性能分析。
设计原理闭环控制系统PWM直流双闭环调速系统由两个闭环控制回路组成：速度闭环和电流闭环。
速度闭环通过反馈电动机的实际转速来调整电动机输入电压，以使其达到期望转速。
电流闭环通过反馈电动机的实际电流来调整PWM信号的占空比，以使电动机输出的扭矩与负载要求相匹配。
速度闭环控制速度闭环控制由速度传感器、比例积分控制器和电动机驱动器组成。
速度传感器通常采用编码器或霍尔传感器来测量电动机转速，并将其转换为电压信号。
比例积分控制器根据速度误差和积分误差来计算控制器输出，并将其输入给电动机驱动器。
电流闭环控制电流闭环控制由电流传感器、比例积分控制器和PWM模块组成。
电流传感器用于测量电动机的电流，并将其转换为电压信号。
比例积分控制器计算电流误差和积分误差，并生成控制器输出，将其输入给PWM模块。
硬件电路设计PWM直流双闭环调速系统的硬件电路设计包括电源模块、电流传感器、速度传感器、比例积分控制器、PWM模块和电动机驱动器等。
电源模块电源模块用于提供系统所需的直流电压。
它可以采用稳压稳流电路来稳定输出电压和电流。
电流传感器电流传感器用于测量电动机的电流。
常用的电流传感器包括霍尔传感器和电阻传感器。
它将电动机的电流转换为电压信号，并输入给比例积分控制器。
速度传感器速度传感器用于测量电动机的转速。
常用的速度传感器有编码器、霍尔传感器和光电传感器等。
比例积分控制器比例积分控制器是PWM直流双闭环调速系统的核心控制模块。
转速﹑电流双闭环直流调速系统
—转速反馈系数;—电流反馈系数
实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，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
由第一个关系式可得
(2-1)
从而得到图2-5所示静特性的CA段。与此同时，由于ASR不饱和， ，从上述第二个关系式可知 。这就是说，CA段特性从理想空载状态的 一直延续到 ，而 一般都是大于额定电流 的。这就是静特性的运行段，它是一条水平的特性。
由图2—1可见，对一个调速系统来说，如果能满足最低转速运行的静差率s，那么，其它转速的静差率也必然都能满足。
图2—1
事实上，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所提静差率要求的转速可调范围。脱离了对静差率的要求。任何调速系统都可以得到极高的调速范围；反过来，脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了。
1）上升时间
在典型的阶跃响应跟随过程中，输出量从零起第一次上升到稳态值 所经过的时间称为上升时间，它表示动态响应的快速性，见图2—2。
图2—2
2）超调量
在典型的阶跃响应跟随系统中，输出量超出稳态值的最大偏离量与稳态值之比，用百分数表示，叫做超调量：
（2—4）
超调量反映系统的相对稳定性。超调量越小，则相对稳定性越好，即动态响应比较平稳。
对于不同的负载电阻L R，测速发电机输出特性的斜率也不同，它将随负载电阻的增大而增大，如图3-4中实线所示。
双闭环调速系统的静特性在负载电流小于 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 时，对应于转速调节器的饱和输出 ，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。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。静特性的两段实际上都略有很小的静差，见图2-5中的虚线。总之，双闭环系统在突加给定信号的过渡过程中表现为恒值电流调节系统，在稳定和接近稳定运行中表现为无静差调速系统，发挥了转速和电流两个调节器的作用，获得了良好的静、动态品质。
课程设计 双闭环流量比值控制系统
一．设计任务分析1.1设计任务的描述在了解、熟悉和掌握双闭环流量比值控制系统的工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础之上，根据生产过程对控制系统所提出的安全性、经济性和稳定性要求，应用控制理论对控制系统进行分析和综合，最后采用计算机控制技术予以实现。
1.2设计的目的通过对一个完整的生产过程控制系统的课程设计，使我们进一步加深对《过程控制系统》课程中所学内容的理解和掌握，提高我们将《过程检测与控制仪表》、《自动控制原理》、《微机控制技术》和《过程工程基础》等课程中所学到知识综合应用的能力。
锻炼学生的综合知识应用能力，让学生了解一般工程系统的设计方法、步骤，系统的集成和投运。
从而培养学生分析问题和解决问题的能力。
1.3设计的要求1.从组成、工作原理上对工业型流量传感器、执行机构有一深刻的了解和认识。
2.分析控制系统各个环节的动态特性，从实验中获得各环节的特性曲线，建立被控对象的数学模型。
3.根据其数学模型，选择被控规律和整定调节器参数。
4.在Matlab上进行仿真，调节控制器参数，获得最佳控制效果。
5.了解和掌握自动控制系统设计与实现方法，并在THJ-2型高级过程控制系统平台上完成本控制系统线路连接和参数调试，得到最佳控制效果。
6.分析仿真结果与实际系统调试结果的差异，巩固所学的知识。
1.4本次设计的具体要求1.控制电磁阀的开度实现流量的单闭环的PI调节。
2.通过变频器控制电磁阀运行实现流量的单闭环的PI调节3.用比例控制系统使副回路的流量跟踪主回路的流量，满足一定的工艺生产要求二．总体设计方案2.1方案论证根据实际生产情况，比值控制系统可以选择不同的控制方案，比值控制系统的控制方案主要有开环比值控制系统，单闭环比值控制系统，双闭环比值控制系统几种。
方案一：单闭环控制系统原理设计的系统框图如图2.1所示。
图2.1 单闭环流量比值控制系统原理图单闭环流量比值控制系统与串级控制系统相似，但功能不同。
可见，系统中没有主对象和主调节器，这是单闭环比值控制系统在结构上与串级控制不同的地方，串级控制中的副变量是调节变量到被控变量之间总对象的一个中间变量，而在比值控制中，副流量不会影响主流量，这是两者本质上的区别。
双闭环控制系统
课程设计报告课程课程设计课题双闭环控制系统设计班级姓名学号目录第1章双闭环系统分析 (1)1.1系统介绍 (1)1.2系统原理 (1)1.3双闭环的优点 (1)第2章系统参数设计 (2)2.1电流调节器的设计 (2)2.1.1时间参数选择 (2)2.1.2计算电流调节参数 (2)2.1.3校验近似条件 (3)2.2转速调节器的设计 (3)2.2.1电流环等效时间常数： (3)2.2.2转速环截止频率为 (5)2.2.3计算控制器的电阻电容值 (5)第3章仿真模块 (6)3.1电流环模块 (6)3.2转速环模块 (6)第4章仿真结果 (7)4.1电流环仿真结果 (7)4.2转速环仿真结果 (7)4.4稳定性指标的分析 (8)4.4.1电流环的稳定性 (8)4.4.2转速环的稳定性 (8)结论 (9)参考文献 (10)第1章双闭环系统分析1.1系统介绍整流电路可从很多角度进行分类，主要分类方法是：按组成的器件可分为不可控,半控和全控三种；按电路结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分可分为单相、双相、三相和多相电路；按控制方法又可分为相控整流和斩波控制整流电路。
本系统采用的是三相全控桥式晶闸管相控整流电路。
这是因为电机容量相对较大，并且要求直流脉动小、容易滤波。
其交流侧由三相电网直接供电，直流侧输出脉动很小的直流电。
在分析时把直流电机当成阻感性加反电势负载。
因为电机电流连续所以分析方法与阻感性负载相同，各参量计算公式亦相同。
1.2系统原理ASR（速度调节器）根据速度指令Un*和速度反馈Un的偏差进行调节，其输出是电流指令的给定信号Ui*（对于直流电动机来说，控制电枢电流就是控制电磁转矩，相应的可以调速）。
ACR(电流调节器)根据Ui*和电流反馈Ui的偏差进行调节，其输出是UPE（功率变换器件的）的控制信号Uc。
进而调节UPE的输出，即电机的电枢电压，由于转速不能突变，电枢电压改变后，电枢电流跟着发生变化，相应的电磁转矩也跟着变化，由Te-TL=Jdn/dt，只要Te与TL不相等转速会相应的变化。
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课程设计报告
课程课程设计
课题双闭环控制系统设计
班级
姓名
学号
目录
第1章双闭环系统分析 (1)
1.1系统介绍 (1)
1.2系统原理 (1)
1.3双闭环的优点 (1)
第2章系统参数设计 (2)
2.1电流调节器的设计 (2)
2.1.1时间参数选择 (2)
2.1.2计算电流调节参数 (2)
2.1.3校验近似条件 (3)
2.2转速调节器的设计 (4)
2.2.1电流环等效时间常数： (4)
2.2.2转速环截止频率为 (5)
2.2.3计算控制器的电阻电容值 (5)
第3章仿真模块 (6)
3.1电流环模块 (6)
3.2转速环模块 (6)
第4章仿真结果 (7)
4.1电流环仿真结果 (7)
4.2转速环仿真结果 (7)
4.4稳定性指标的分析 (8)
4.4.1电流环的稳定性 (8)
4.4.2转速环的稳定性 (8)
结论 (9)
参考文献 (10)
第1章双闭环系统分析
1.1系统介绍
整流电路可从很多角度进行分类，主要分类方法是：按组成的器件可分为不可控,半控和全控三种；按电路结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分可分为单相、双相、三相和多相电路；按控制方法又可分为相控整流和斩波控制整流电路。
本系统采用的是三相全控桥式晶闸管相控整流电路。
这是因为电机容量相对较大，并且要求直流脉动小、容易滤波。
其交流侧由三相电网直接供电，直流侧输出脉动很小的直流电。
在分析时把直流电机当成阻感性加反电势负载。
因为电机电流连续所以分析方法与阻感性负载相同，各参量计算公式亦相同。
1.2系统原理
ASR（速度调节器）根据速度指令Un*和速度反馈Un的偏差进行调节，其输出是电流指令的给定信号Ui*（对于直流电动机来说，控制电枢电流就是控制电磁转矩，相应的可以调速）。
ACR(电流调节器)根据Ui*和电流反馈Ui的偏差进行调节，其输出是UPE（功率变换器件的）的控制信号Uc。
进而调节UPE的输出，即电机的电枢电压，由于转速不能突变，电枢电压改变后，电枢电流跟着发生变化，相应的电磁转矩也跟着变化，由Te-TL=Jdn/dt，只要Te与TL不相等转速会相应的变化。
整个过程到电枢电流产生的转矩与负载转矩达到平衡，转速不变后，达到稳定。
1.3双闭环的优点
双闭环调速系统属于多环控制系统，每一环都有调节器，构成一个完整的闭环系统。
工程设计方法遵循先内环后外环的原则。
步骤为：先设计电流环（内环），对其进行必要的变换和近似处理，然后依照电流环的控制要求确定把它校正成哪一种典型系统，再根据控制对象确定其调节器的类型，最后根据动态性能指标的要求来确定其调节器的有关参数。
电流环设计完成以后，把电流环看成转速环（外环）中的一个环节，再用同样的方法设计转速环。
在电流检测信号中常有交流分量，为了不让它影响调节器的输入，加入了低通滤波器，然而滤波环节可以使反馈信号延迟，为了消除此延迟在给定位置加一个相同时间常数的惯性环节。
同理，由测速发电机得到的转速反馈电压常含有换向纹波，因此也在给定和反馈环节加入滤波环节。
第2章 系统参数设计
2.1电流调节器的设计
额定电流
(2-1)
额定电阻
(2-2)
设置晶闸管放大系数
2.1.1时间参数选择
整流装置滞后时间常数，利用三相桥式电路的平均控制时间
(2-3)
电流滤波时间常数
(2-4)
电流环小时间常数和
(2-5)
2.1.2计算电流调节参数
表2-1 典型I 型系统动态抗扰性能指标与参数关系
221//T T T T m ==
5/1 10/1 20/1 30/1 %100*/max b C C
%8.27 %6.16 %3.9 %5.6 T t m /
8.2
4.3
8.3
0.4
T t v / 7.14 7.21 7.28 4.30
电流调节器超前时间常数
(2-6)
电流开环增益：
(2-7)
(2-8)
(2-9)
机电时间常数
==2s （2-10）
电流调节器超前时间常数
(2-11)
电流调节器比例参数
(2-12)
2.1.3校验近似条件
电流环截止频率
(2-13)
①电力电子变换器纯滞后的近似处理
(2-14)
②不考虑反电动势的变化对电流环的动态影响
·(2-15)
③电流环小惯性群的近似处理
(2-16) 电流调节器的参数计算得，电流调节器的参数为Ki和，而已经选定，需要求的只Ki，
可依照所要求的动态性能指标来选取。
一般情况下，希望电流超调量为σ%5
2.2转速调节器的设计
2.2.1电流环等效时间常数：
放大倍数:
(2-17)
(2-18)
表2-2 典型II型系统阶跃输入跟随性能指标
h 3 4 5 6 7 8 9 10
52.6% 43.6% 37.6% 33.2% 29.8% 27.2% 25.0% 23.3% t r/ 2.40 2.65 2.85 3.0 3.1 3.2 3.3 3.35 T
t S/12.15 11.65 9.55 10.45 11.30 12.25 13.25 14.20 T
K 3 2 2 1 1 1 1 1
转速滤波时间常数和转速环小时间常数
查表2-2得h=5
惯性环节时间常数
(2-19)
(2-20)
转速开环增益
(2-21)
ASR比例系数
(2-22)
例（2-22）按上述参数设计超调量满足设计要求
2.2.2转速环截止频率为
（2-23）电流环传递函数简化条件
（2-24）转速环小时间常数近似处理
（2-25）2.2.3计算控制器的电阻电容值
取R0=4kΩ
（2-26）
（2-27）
（2-28）
当h=5的时候有%=37.5，不能满足设计要求，采用退饱和超调
设理想空载起动时Z=0，允许过载倍数为1.5，则
能满足设计要求
第3章仿真模块3.1电流环模块
图3-1
3.2转速环模块
第4章仿真结果4.1电流环仿真结果
4.2转速环仿真结果图4-1
图4-2
4.4稳定性指标的分析
4.4.1电流环的稳定性
由附图4.1中仿真图可以看到，当其幅频特性曲线过0时，既其转折点所对应相频率特性曲线的点在-180之上，并且仍有一定余量，充分说明该环节稳定。
4.4.2转速环的稳定性
由附图4.2中仿真图可以看到，当其幅频特性曲线过0时，既其转折点所对应相频率特性曲线的点在-180之上，并且仍有一定余量，充分说明该环节稳定。