双闭环控制系统设计
双闭环直流调速系统设计及仿真
双闭环直流调速系统设计及仿真一转速、电流双闭环控制系统一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态[1]。
这种理想的起动过程如图1所示。
nnt图1 转速调节系统理想起动过程为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。
根据反馈控制规律，要控制某个量，就要引入这个量的负反馈。
因此很自然地想到要采用电流负反馈控制过程。
这里实际提到了两个控制阶段。
起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。
如何才能做到使电流、转速两种负反馈在不同的控制阶段发挥作用呢？答案是采用转速、电流双闭环控制系统。
如图2所示。
图2 双闭环直流调速控制系统原理图参考双闭环的结构图和一些电力电子的知识，采用机理分析法可以得到双闭环系统的动态结构图。
如图3所示。
图3 双闭环直流调速系统动态结构图在转速环、电流环的反馈通道和输入端增加了转速滤波、电流滤波和给定滤波环节。
因为电流检测信号中常含有交流成分，须加低通滤波，其滤波时间常数按需要而定。
滤波环节可以抑制检测信号中的交流分量，但同时也个反馈检测信号带来延迟。
所以在给定信号通道中加入一个给定滤波环节，使给定信号与反馈信号同步，并可使设计简化。
由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，其时间常数用表示[2]。
二双闭环控制系统起动过程分析前面已经指出，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，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要先探讨它的起动过程。
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如图4所示。
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为三个阶段，在图中表以Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。
逆变器电压电流双闭环控制系统设计
第35卷第3期2019年3月电力科学与工程Electric Power Science and EngineeringVol.35,No.3Mar.,2019收稿日期:2018-11-29基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(SS2012AA052601)作者简介:余裕璞(1994 ),男,硕士研究生,主要研究方向为分布式电源与微网技术;顾煜炯(1968 ),男,教授,博士生导师,主要研究方向为设备故障诊断㊁可再生能源发电技术;和学豪(1994 ),男,博士研究生,主要研究方向为风力发电控制技术㊂通信作者:余裕璞doi:10.3969/j.ISSN.1672-0792.2019.03.001逆变器电压电流双闭环控制系统设计余裕璞,顾煜炯,和学豪(华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206)摘㊀要:逆变器在可再生能源发电中作为连接能量输入与输出负载的装置,发挥着重要作用,采用合适的控制系统可以得到满足后端电能质量需求的电能㊂针对电压单环控制调整滞后的缺点,补充中间电流反馈环节以提高控制系统的工作频率㊂比较了电感电流内环与电容电流内环反馈系统的区别,选取负载抗扰动性能更强的电容电流反馈系统,该控制方案对一般及整流性负载的干扰同时具有较强的平抑能力㊂针对输出电压及电感电流在数学模型上的交叉耦合作用,通过耦合信号前馈削弱其对控制系统的影响㊂提出一种基于 模最佳 的整定方法,对调节器的参数进行设计,最终利用仿真验证了所提设计方案的有效性㊂关键词:逆变器;双闭环控制;前馈解耦;模最佳中图分类号:TM712㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1672-0792(2019)03-0001-07Design of voltage and current double closed-loopcontrol system for inverterYU Yupu,GU Yujiong,HE Xuehao(School of Energy and Mechanical Engineering,North China Electric Power University,102206,China)Abstract :The inverter is able to output the power which can meet the load requirements with appropriate control systems,and plays an important role in renewable energy generation systems as a device connecting renewable energy generation and load.In consideration of the regulation lag of single voltage loop,an inner current loop was added to improve the working frequency of the control system.The difference between the inductor current feedback and the capacitor current feedback wascompared.The capacitor current feedback control system which suppressed the disturbance of general and rectifier loads more strongly was adopted.Regarding of the cross coupling of the output voltage and inductor current on the mathematical model,the coupling signal feedforwards were introduced to weaken their influence on control system.A design method was proposed to set the parameters of the control system based on theory of optimal module.Finally,an emulation model was developed and simulation results verified the effectiveness of the proposed method.Key words :inverter;double closed-loop control;feedforward decoupling;optimal module㊀㊀电力科学与工程㊀2019年0㊀引言㊀㊀可再生能源在能源安全㊁能源总量㊁能源可靠性㊁环境无污染等方面均优于传统化石能源[1~3]㊂微电网技术是利用可再生能源的主要方式之一[4~6], 就地采集㊁就地使用 减少了中间环节的损耗,提高能量利用率㊂逆变器是微电网中用于电能转换的主要装置[7],保证微网运行可靠性㊂逆变器的控制方案不局限于一种[8,9],主要根据其运行目标确定㊂在离网运行方式下其运行目标是维持母线电压和频率的恒定,保证负荷的电能质量需求,并网模式下运行一般要求输出给定的有功和无功[10]㊂逆变器控制早期采用输出电压瞬时值反馈的单环控制,可以在一定程度上抑制负载的扰动,调节输出电压的波形,但是负载发生较大变化时输出电压畸变严重,其动态响应慢导致电压畸变调整时间长,不利于负载的正常工作㊂文献[11,12]指出单电压环控制在开关频率较低㊁滤波电容较小的情况下系统动态性能与双环控制差别不大,同时单电压环控制具有更强的负载扰动抑制能力,但开关频率太低可能使输出电压的低次谐波含量升高㊂提高逆变器的响应速度,可以采用基于工业串级控制思想的双环控制系统[13,14],即在目标电压环的内部,增加变化较快的电流量作为反馈变量以提高控制系统的工作频率㊂目前应用较为广泛的电流控制方法主要是模型预测控制[15,16],滞环控制[17]及正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)控制[18]㊂模型预测控制效果取决于被控对象数学模型的精确程度,而电路参数随工作状态㊁线路老化等有所变化,因此其鲁棒性较差[19]㊂滞环控制响应速度快,稳定性高,但是其开关频率不固定,谐波频谱变化范围宽,不利于输出滤波器设计[20]㊂相对而言,SPWM控制可以兼顾扰动下的鲁棒性及动态响应特性,同时具有控制系统简单的优点㊂本文详细地阐述了逆变器电压电流双闭环控制系统的设计流程㊂采用SPWM方法对内环电流进行控制,从逆变器输出阻抗角度比较了不同反馈变量的优劣,然后针对同步坐标系下电压外环电容电流内环的d㊁q轴分量耦合特性设计了解耦方案,基于 模最佳 的方法设计了电压电流调节器,最后利用PSCAD/EMTDC仿真检验了所提设计方案的有效性㊂1㊀三相逆变器数学模型㊀㊀三相全桥逆变器电路结构,如图1所示㊂直流侧一般接有平滑可再生能源出力波动的储能系统,可连同电容一起看成稳定电压源㊂直流侧电压通过电容滤波后,由全控电力电子器件转换为三相交流电,经LC滤波器滤波后供负载使用㊂逆变器采用正弦脉宽调制策略㊂考虑三相平衡情况,滤波器参数相同,电容值为C,电感值为L㊂图1㊀三相全桥逆变器拓扑结构根据每相的电压平衡有:U i k-U o k=Ld i L kd t(1)式中:U i k(k=a,b,c)表示逆变器相电压,U o k(k= a,b,c)表示电容两端电压,也为负载相电压, i L k(k=a,b,c)表示滤波电感电流㊂电容电流可用负载电压表示如下:i C k=Cd U o kd t(2)式中:i C k(k=a,b,c)表示滤波电容电流㊂静止坐标系下的电压电流均为正弦交变量,为方便控制系统设计,可通过abc-dq坐标变换将静止坐标系下的交变量转换成旋转坐标系下的恒定量㊂dq坐标系的选择与数学模型有关,这里选择旋转电压相量初始时刻和d轴重合,并且d轴领先q轴90ʎ㊂根据(1)式:U i d-U o d=Ld i L dd t+ωLi L q(3)U i q-U o q=Ld i L qd t-ωLi L d(4)㊀㊀根据(2)式:2㊀第3期㊀余裕璞,等:逆变器电压电流双闭环控制系统设计㊀C d U o d d t+ωCU o q =i C d (5)Cd U o q d t -ωCU o d =i C q(6)㊀㊀因此dq 坐标系下逆变器数学模型可用图2表示如下,其中虚线表示d ㊁q 轴分量之间的交叉耦合作用㊂图2㊀旋转坐标系下逆变器数学模型2㊀内环电流控制分析㊀㊀电压外环控制系统的工作频率低,响应速度慢,若以变化较快的电流为反馈变量可有效加快控制系统的动态响应㊂内环电流反馈量可选择电感电流[21,22]或者电容电流[23,24]㊂其控制结构分别如图3㊁图4所示㊂图3㊀电感电流内环反馈控制结构图4㊀电容电流内环反馈控制结构电压外环输出量作为内环控制量的给定值,误差经过电流调节器处理后与载波交截,所得SPWM 控制信号控制开关管的通断㊂采用电感电流反馈时,由于电感电流就是通过开关管的电流,对其限幅就可以达到开关管的限流保护作用㊂同时电感电流包含了流过负载的电流,控制了电感电流同时,也限制了负载电流的变化,负载扰动较大时,控制系统限制负载电流的变化,导致波形的畸变,这种畸变在带整流类负载时尤为严重㊂为了削弱负载电流变化对控制效果的影响,可以在控制系统中加入负载电流前馈[25],若前馈环节的反馈系数为1,则相当于电容电流反馈控制㊂文献[26]从控制结构上对两种控制方式进行了比较,但未能对问题的本质进行分析㊂对比以上结构可以看出,两种控制系统的差别主要在于电流内环是否包含负载电流的扰动,而这主要影响输出电压的抗负载扰动性能,因此从平抑负载电流扰动上可比较二者的控制效果㊂逆变器的输出阻抗可以衡量其外特性的刚度,反映负载电流变化对其两端电压的影响,输出阻抗越小,表明负载变化对输出负载电压的影响越小,系统抗扰动性能越强㊂定义逆变器的输出阻抗为负载电压与负载电流之比㊂显然,不同频率的电流对应逆变器的不同阻抗㊂根据图3㊁图4的内环电流控制图可以得到以i o 为输入,U o 为输出的传递函数,即输出阻抗,将电流调节器简化为比值K 进行分析㊂内环反馈变量为电感电流时输出阻抗为:U o (s )i o (s )=-Ls +K LCs 2+KCs +1(7)㊀㊀内环反馈变量为电容电流时输出阻抗为:U o (s )i o (s )=-LsLCs 2+KCs +1(8)㊀㊀相同参数下绘制式(7)㊁式(8)幅频曲线,如图5所示㊂从图中可以看出,两种控制系统在高频段性能相同,但以电容电流为内环反馈变量的输出阻抗幅频特性曲线在低频段具有更低的值,逆变器输出电压对负载变化较不敏感,因此中间反馈变量采用电容电流的控制系统对负载的扰动具有更强的抑制能力㊂从控制结构上看,电容电流内环包含了负载扰动,而内环的工作频率高于电压环,可在其影响到输出电压之前抑制较大部分扰动,电流环 粗调 后再由电压环 细调 ,加速动态响应的同时保证输出交流电的电能质量㊂3㊀双闭环控制系统设计㊀㊀电压外环的主要目标是控制输出电压的稳定,属于定值控制系统,使电压维持在一定范围3㊀㊀电力科学与工程㊀2019年图5㊀输出阻抗幅频特性曲线内,电压调节器应采用无误差的PI调节器;而电流内环的主要作用是加速控制系统的响应,属于随动控制系统,对电流量没有控制精度的要求,因此电流调节器采用P调节器㊂图2中虚线代表了d㊁q轴分量相互的耦合关系,d㊁q分量的耦合不利于控制系统的设计,为了让d轴给定量控制d轴分量,q轴给定量控制q轴分量,通过耦合信号前馈弱化来自数学模型中分量之间的耦合关系,以d轴为例,控制系统结构如图6所示㊂图6㊀前馈解耦控制系统原旋转坐标系下d㊁q分量耦合的数学模型经过解耦转变为两相互不干扰的数学模型,两相的控制系统结构相似,可任取一相完成控制系统设计㊂以d轴为例,解耦之后的系统控制结构如图7所示㊂图7㊀解耦之后d轴分量控制系统双环控制系统参数整定采用先局部后整体的方式,先整定内环参数,然后做全局校正,设计过程中须做适当简化:由于输出电压U o d是电容电流积分的结果,响应较慢,对于电容电流内环来讲,输出电压是一个变化缓慢的扰动,而且电流内环的工作频率高,电流值更新快,电压外环工作频率低,电压值更新慢,在进行内环控制系统设计时可暂时忽略输出电压的扰动对电容电流内环控制的影响;另一方面,SPWM环节存在一定的惯性,可将其简化为一阶惯性环节,从而得到简化之后的内环电流的控制系统结构如图8所示㊂图8㊀电容电流内环控制结构其开环传递函数为:G io(s)=PK PWMsL(T PWM s+1)(9)式中:P为比例控制系数㊂这是一个典型I型系统,随动性好,具有较强跟踪给定值的能力㊂可按最佳二阶系统进行参数参数,其最佳条件为阻尼比ξ=1/2,由此可得:P=L2K PWM T PWM(10)㊀㊀对电压外环来讲,内环电流的工作频率较高,一般认为,电流闭环频率特性的截止频率ωbi与电压外环闭环频率特性的截止频率ωbu满足ωbiȡ3ωbu时,即可认为在内环电流的动态过程远远快于外环电压的动态过程,因此电流内环可看成一个简单随动系统,将其简化为一阶惯性环节㊂电流内环的闭环传递函数为:G i(s)=1LT PWMPK PWM s2+LPK PWM s+1(11)㊀㊀简化后为:Gᶄi(s)=1TC s+1(12)式中:T C=L/PK PWM㊂内环简化后的电压控制结构如图9所示:图9㊀电压外环控制结构电压控制系统的开环传递函数为:G uo(s)=K P T I s+1T I Cs2(T C s+1)(13)式中:K P为PI调节器比例控制系数;T I表示PI调节器积分时间常数㊂这是一个典型II型系统,具有较强的抗扰动性能,调节器参数设计考虑 模4㊀第3期㊀余裕璞,等:逆变器电压电流双闭环控制系统设计㊀最佳 条件:闭环传递函数的模为1,即稳态误差为0;相位滞后为0,即动态响应速度无穷大㊂由于三阶系统不可能没有惯性,其相位必定有所滞后;另一方面,电压环的控制目标主要是维持输出电压的稳定,要求具有较强的抗扰动性能,所以这里只考虑系统稳态误差的要求㊂该系统的闭环传递函数为:G u(s)=K P T I s+1T I T C Cs3+T I Cs2+K P T I s+1(14)㊀㊀其幅频特性A(ω)如下:A(ω)=(K P T Iω)2+1(T I T C C)2ω6+(T I2C2-2K P T I2T C C)ω4+(K2P T I2-2T I C)ω2+1令A(ω)=1,显然T I=0时成立,但PI控制器中的K P㊁T I均不为0㊂但也为上式的求解提供了方向,当T I趋于0时,可将幅值条件简化如下:分子部分(K P T Iω)2+1ң1,则分母也为1,分母为ω多项式,忽略高阶项,由各项系数为0得:T I2C2-2K P T I2T C C=0,K2P T I2-2T I C=0{(15)㊀㊀因此可得外环电压PI调节器的参数如下:K P=C2TCT I=2C K2P4㊀算例分析㊀㊀在PSCAD/EMTDC中搭建逆变器模型,并针对表1中的逆变器参数进行电压外环电容电流内环的控制系统设计,计算可得电流内环比例控制P=18,电压外环比例系数K P=0.04,积分时间常数T I=0.01,低频段(K P T Iω)2≪1满足要求㊂ωbi =3.85ˑ104rad/s,ωbu=8.49ˑ103rad/s满足ωbi ȡ3ωbu的要求㊂表1 逆变器额定参数项目数值额定输出电压220V 额定输出频率50Hz 输出滤波电容8μF 输出滤波电感 3.6mHPWM开关频率20kHz㊀㊀逆变器初始负载为22A,0.5s之前为启动的暂态过程㊂1s时负载增加22A,1.5s时负载降为初始值,2s时接入2.5kW的整流负载,整个过程a相负载电流及电压变化曲线分别如图9㊁10所示㊂从图中可以看出系统的稳定性高,负载突然投切时控制系统动态响应快,且超调量很小,仅图10㊀负载电流幅值变化曲线图11㊀负载电压变化曲线有6%㊂带一般负载时,输出负载电压稳定,电路暂态很短,负载电流的大幅扰动对输出电压的波形基本没有影响;突增非线性负载时,输出电压有一定的超调量,但超调量仅仅持续了0.8ms,然后恢复正常,逆变器具有较硬外特性,内环控制系统采用电容电流反馈对由负载扰动而引起电压波动的抑制能力较强㊂图12㊀升负载时电流变化暂态过程如图12~图14所示为负载变化时逆变器输出电流的暂态过程,调节时间很短,在1ms内基本5㊀㊀电力科学与工程㊀2019年图13㊀降负载时电流暂态过程图14㊀带非线性负载时电流暂态过程结束暂态暂态过程㊂带一般性负载时,暂态过程变化平缓,波形平滑,没有高频振荡分量,控制效果好;稳态时的负载电流经傅立叶分析得出其电流谐波总含量THD=0.7%(Total HarmonicDistortion,THD)㊂带整流性负载时,负载电流THD=2.3%,均满足电流谐波总量小于5%的要求,控制系统提升了逆变器承担非线性负载的能力㊂5㊀结论㊀㊀本文比较了双闭环控制中内环不同反馈变量的控制系统,其中采用电容电流反馈控制系统的逆变器在低频段的输出阻抗较小,输出电压外特性刚度强,对负载变动引起的干扰抑制能力更强㊂在内环电容电流反馈的基础上,针对同步旋转坐标系下d㊁q轴分量交叉耦合的问题设计了电压电流双闭环前馈解耦控制系统,然后提出了一种基于 模最佳 的设计方法对控制系统的参数进行整定㊂最后针对特定的逆变器参数设计了控制系统并进行了仿真分析,内环电流反馈加快了逆变器的动态调节速度,对线性和非线性负载的扰动同时具有较强的抑制能力,验证了所提设计方法的有效性㊂需要指出的是,本文所提设计方法具有一定的局限性,必须满足外环工作频率远低于内环的要求,设计完成之后需要检验其完整性㊂由于电容电流并非全部流过电力电子器件的电流,无法通过对其限流来保证设备安全运行,下一步研究应集中于电压外环电容电流内环的设备保护方向㊂参考文献:[1]ZHAO XU,LUO DONGKUN.Driving force of risingrenewable energy in China:environment,regulationand employment[J].Renewable&Sustainable EnergyReviews,2017(68):48-56.[2]WANG BING,WANG QIAN,WEI YIMING,et al.Role of renewable energy in China s energy securityand climate change mitigation:an index decompositionanalysis[J].Renewable and Sustainable EnergyReviews,2018(90):187-194.[3]JIA XIAOPING,LI ZHIWEI,WANG FANG,et al.Multi-dimensional pinch analysis for sustainable powergeneration sector planning in China[J].Journal ofCleaner Production,2016(112):2756-2771.[4]WANG CHENGSHAN,YANG XIANSHEN,WUZHEN,et al.A highly integrated and reconfigurablemicrogrid tested with hybrid distributed energy sources[J].IEEE Transactions on Smart Grid,2016,7(1):451-459.[5]MARIAM L,BASU M,CONLON M F.Microgrid:architecture,policy and future trends[J].Renewable&Sustainable Energy Reviews,2016(64):477-489[6]PARHIZI S,LOTFI H,KHODAEI A,et al.State ofthe art in research on microgrids:a review[J].IEEEAccess,2015,3:890-925.[7]PLANAS E,ANDREU J,GI,RATE J I,et al.AC andDC technology in microgrids:a review[J].Renewable&Sustainable Energy Reviews,2015(43):726-749.[8]曾正,李辉,冉立.交流微电网逆变器控制策略述评[J].电力系统自动化,2016,40(9):142-151.[9]BOUZID A M,GUERRERO J M,CHERITI A,et al.A survey on control of electric power distributedgeneration systems for microgrid applications[J].Renewable&Sustainable Energy Reviews,2015,44(C):751-766.[10]王成山,李琰,彭克.分布式电源并网逆变器典型控制方法综述[J].电力系统及其自动化学报,2012,24(2):12-20.[11]黄伟煌,付勋波,林资旭,等.LC滤波电压源型逆变器闭环控制策略综合对比与设计[J].电力系统6㊀第3期㊀余裕璞,等:逆变器电压电流双闭环控制系统设计㊀自动化,2013,37(19):110-115. [12]黄伟煌,胡书举,林资旭,等.一种采用相位超前校正技术的电压源逆变器单环控制策略[J].中国电机工程学报,2013,33(30):18-25. [13]边立秀.热工控制系统[M].北京:中国电力出版社,2002.[14]林巍,王亚刚.串级控制系统闭环辨识及PID参数整定[J].控制工程,2018,25(1):11-18. [15]王庚,杨明,牛里,等.永磁同步电机电流预测控制电流静差消除算法[J].中国电机工程学报,2015(10):2544-2551.[16]LI XIAO,ZHANG HAIYU,SHADMAND M B,etal.Model predictive control of voltage source inverterwith seamless transition between islanded and grid-connected operations[J].IEEE Transactions onIndustrial Electronics,2017,64(10):7906-7918.[17]DUTTA K,PUTHRA P P,DAS P K.Constant torqueangle controlled permanent magnet synchronous motordrive using hysteresis band current controller[C]//20167th India International Conference on PowerElectronics(IICPE).IEEE,2016:1-5. [18]陈亦文,江加辉,邱琰辉,等.单相Boost型SPWM并网逆变器研究[J].电力电子技术,2016,50(1):62-65.[19].ZHU JIANGUO,DORRELL D G,HU JIEFENG.Model predictive control of inverters for both islandedand grid-connected operations in renewable powergenerations[J].IET Renewable Power Generation,2014,8(3):240-248.[20]杨仁增,张光先,赵学良.空间矢量变环宽滞环电流控制方法[J].电网技术,2015,39(3):843-849.[21]胡雪峰,韦徵,陈轶涵,等.LCL滤波并网逆变器的控制策略[J].中国电机工程学报,2012,32(27):142-148.[22]GENG YIWEN,YUN YANG,CHEN RUICHENG,etal.Parameters design and optimization for LC-type off-grid inverter with inductor-current-feedback active-damping[J].IEEE Transactions on PowerElectronics,2018,33(1):703-715. [23]BYEN B J,CHOE J M,CHOE G H.High-performancevoltage controller design based on capacitor currentcontrol model for stand-alone inverters[J].Journal ofElectrical Engineering&Technology,2015,10(4):1635-1645.[24]BOMMEGOWDA K B,VISHWAS K,SURYANARAYANA K,et al.Single phase invertercontrol with capacitor current feedback[C]//International Conference on Power and AdvancedControl Engineering.IEEE,2015:418-422. [25]王念春,徐发喜,程明.基于状态空间的逆变器数字双环控制技术研究[J].中国电机工程学报,2013,33(s1):166-170.[26]刘旭光,张晓同,邹剑,等.三相并联逆变电源控制设计分析[J].电气传动,2015,45(1):37-40.7。
电流转速双闭环系统的课程设计
一、目录摘要 (2)一、概述 (2)二、设计任务与要求 (3)2.1 设计任务 (3)2.2 设计要求 (4)三、理论设计 (4)3.1 方案论证 (4)3.2 系统设计 (4)3.2.1 电流调节器设计 (4)3.2.2 速度调节器设计 (8)四、系统建模及仿真实验 (13)4.1 MATLAB 仿真软件介绍 (13)4.2 仿真建模 (13)4.3 仿真波形分析 (16)五、总结与体会 (18)参考文献 (19)摘要从七十年代开始，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。
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高，例如要求快速启制动，突加负载动态速降等等，单闭环系统就难以满足需要。
这是因为单闭环系统不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。
双闭环直流调速系统是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电的流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等．给定信号为0～10V直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。
采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。
电流环校正成典型I型系统。
为使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，速度环设计成典型Ⅱ型系统。
根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法，用Simulink做了带电流变化率内环的三环直流调速系统进行仿真综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真波形图。
另外本文还介绍了实物制作的一些情况。
关键词：MATLAB 直流调速双闭环转速调节器电流调节器干扰一、概述本章主要介绍典型系统的数学模型、参数和性能指标关系，系统结构的近似处理和非典型系统的典型化，速度、电流双闭环直流调速系统工程设计方法。
在双闭环调速系统中，电动机、晶闸管整流装置、触发的装置都可按负载的工艺要求来选择和设计。
根据生产机械和工艺的要求提出系统的稳态和动态性能指标，而系统的固有部分往往不能满足性能指标要求，所以需要设计合适的校正环节来达到。
逆变器电压电流双闭环控制系统设计
逆变器电压电流双闭环控制系统设计余裕璞;顾煜炯;和学豪【摘要】逆变器在可再生能源发电中作为连接能量输入与输出负载的装置,发挥着重要作用,采用合适的控制系统可以得到满足后端电能质量需求的电能.针对电压单环控制调整滞后的缺点,补充中间电流反馈环节以提高控制系统的工作频率.比较了电感电流内环与电容电流内环反馈系统的区别,选取负载抗扰动性能更强的电容电流反馈系统,该控制方案对一般及整流性负载的干扰同时具有较强的平抑能力.针对输出电压及电感电流在数学模型上的交叉耦合作用,通过耦合信号前馈削弱其对控制系统的影响.提出一种基于“模最佳”的整定方法,对调节器的参数进行设计,最终利用仿真验证了所提设计方案的有效性.【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2019(035)003【总页数】7页(P1-7)【关键词】逆变器;双闭环控制;前馈解耦;模最佳【作者】余裕璞;顾煜炯;和学豪【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TM7120 引言可再生能源在能源安全、能源总量、能源可靠性、环境无污染等方面均优于传统化石能源[1～3]。
微电网技术是利用可再生能源的主要方式之一[4～6]，“就地采集、就地使用”减少了中间环节的损耗，提高能量利用率。
逆变器是微电网中用于电能转换的主要装置[7]，保证微网运行可靠性。
逆变器的控制方案不局限于一种[8,9]，主要根据其运行目标确定。
在离网运行方式下其运行目标是维持母线电压和频率的恒定，保证负荷的电能质量需求,并网模式下运行一般要求输出给定的有功和无功[10]。
逆变器控制早期采用输出电压瞬时值反馈的单环控制，可以在一定程度上抑制负载的扰动，调节输出电压的波形，但是负载发生较大变化时输出电压畸变严重，其动态响应慢导致电压畸变调整时间长，不利于负载的正常工作。
pwm双闭环
PWM直流双闭环调速系统的设计直流双闭环调速系统的设计题目要求： 1、已知参数有一转速电流双闭环控制的H 形双极式PWM 直流调速系统，已知电动机参数为：Pnom=0.2kW,Unom=48V ,Inom=3.7A,nnom=200r/min,Ra=6.5 , 电枢回路总电阻R=8 ,允许过载倍数 =2，电势系数Ce=0.12V min/r ，电磁时间常数Tl=0.015s ，机电时间常数Tm=0.2s,电流反馈滤波时间常数Toi=0.001s ，转速滤波时间常数Ton=0.005s 。
设调节器输入输出电压U*nm=U*im=Ucm=10V ,调节器输入电阻R0=40k 。
已计算出电力晶体管D202的开关频率f=1kHz,PWM 环节的放大倍数Ks=4.8。
2、.设计指标稳态无静差，电流超调量 5%，空载启动到额定转速时的转速超调量 20%，过渡过程时间ts= 0.1s 。
3、设计要求 （1）运用调节器工程设计法设计ASR 与ACR ，达到系统的设计指标，得到ASR 与ACR 的结构与参数。
电流环设计为典1系统，转速环设计为典2系统。
（2）设计出上述设计的直流双闭环调速系统的完整硬件实现原理图，原理图采用Protel 软件画图。
（3）说明原理图实现上述直流调速系统的原理。
（4）给出原理图每个元件的型号与值，并说明选值依据。
（5）系统控制部分可以采用模拟电路或者微处理器实现。
若采用微处理器实现，要说明软件实现流程以及核心软件的算法。
一. 电流环的参数计算电流反馈系数：7.27.310*≈==dm im I U β1. 确定时间常数（1）整流装置滞后时间常数s T 。
s T =kHzf 111==1ms （2）电流滤波时间常数s T oi 001.0=i T ∑（3）电流环小时间常数之和i T ∑。
oi s i T T T +=∑=0.002s 2. 选择电流调节器的结构根据设计要求：%5≤i σ，并保证稳态电流无差，可按典型I 型系统设计电流调节器。
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。
双闭环直流调速系统课程设计
UPE。
从闭环结构上看，电流环在里面称为内环，转速环在外面，称作外环。
这就形成了转速，电流反馈控制直流调速系统。
图1 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图2.双闭环的稳态结构图和静特性图2 双闭环直流调速系统的稳态结构图转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压，当调节器饱和时，输出达到限幅值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压在稳态时为零。
对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况，电流调节器不进入饱和状态 。
3.双闭环直流调速系统的动态数学模型双闭环直流调速系统的动态结构图如图3所示，图中分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。
为了引出电流反馈，在电动机的动态结构图中必须把电枢电流Id 显露出来。
图3 双闭环直流调速系统的动态结构图4.双闭环直流调速系统的调速方法调节转速可以有三种方法： （1）调节电枢供电电压U ； （2） 减弱励磁磁通Φ； （3） 改变电枢回路电阻R 。
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式最好。
改变电阻只能实现有级调速；减弱励磁磁通虽然能够平滑调速，但调速的范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上做小范围的弱磁升速。
因此，自动控制的直流调速系统往往以改变电压调速为主。
5.电流环、速度环的设计初始条件某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：直流电机参数为：额定电压220V U =,额定电流136I A =；额定转速n 1460rpm =,0.132min/e V r C =⋅，允许过载倍数 1.5λ=；晶闸管装置放大系数40s K =；电枢回路总电阻0.5R =Ω；时间常数0.03,0.18l m s s T T ==；电流反馈系数0.05/V A β=；转速反馈系数0.007min/V r α=⋅。
双闭环直流调速系统设计
双闭环直流调速系统摘要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。
从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。
该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件系统起动时，转速外环饱和不起作用，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。
并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。
关键词：双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器，SimulinkAbstract:The design uses thyristors, diodes and other devices designs a speed, current double-loop SCR DC converter system. The system sets up the current detecting aspect, the current regulator ACR and the speed detecting link, speed regulator ASR, composes the current central and the speed central, the former through the feedback of the current components to level off the current, the latter through the feedback of speed detecting device to maintain the speed stably and finally eliminates the deviation of speed bias.，thus allowing thpose of regulating the current and speed. when the system starts, the speed outer ring saturats non-functional, the currentner ring plays a major role to regulate the starting current to maintain the maximum so that the speed linear change, to reach a given value; when it operates steadily, the speed negative feedback from the outer ring plays a major role ,to let the speed changes with the given speed voltage , at the same time the current inner ring regulates the armature current of motor adjustment to balance the load current. Simulink for system through mathematical modeling and system simulation. Finally display control system model and the results of anti-truth. Keywords: Double-loop, thyristors, the speed regulator, the current regulator，Simulink目录前言 (1)1 绪论 (3)1.1课程的背景、目的及意义 (3)1.2 本课题国内、外研究应用情况 (3)1.2.1 采用新型电力电子器件 (3)1.2.2 应用现代控制理论 (4)1.2.3 采用总线技术 (4)1.4 本设计的主要研究内容 (5)1.4.1 建立能够的数学模型 (5)1.4.2 经典控制部分............................. 错误！未定义书签。
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。
直流电机双闭环调速系统设计
直流电机双闭环调速系统设计(总44页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--存档日期：存档编号：本科生毕业设计（论文）论文题目：直流电机双闭环调速系统设计姓名：徐震杰学院：电气工程及自动化专业：自动化班级、学号： 10电51 指导教师：甘良志江苏师范大学教务处印制摘要直流调速系统的控制一般都是由转速、电流反馈来完成的，它的静态性能和动态性能都是十分杰出的，正是由于它的这些优点使其使用范围也很广泛。
其主要通过晶闸管可控整流电源来调节电源的大小。
根据题目的设计要求，调速系统一共有两个控制器，它们分别是转速控制器（ASR）和电流控制器（ACR）。
速度控制系统的电源电路的设计是使用三相全控桥整流电路实现的。
在设计中，首先对总体规划的设计图进行了确定。
之后又对主电路的结构形式以及各个元器件进行了确定和设计。
与此同时，对包括晶闸管、电抗器等元件的参数进行了计算。
在本文的最后一个部分，主要围绕本设计最重要的部分，直流调速系统的转速环和电流环进行设计。
为了使速度和电流两个负反馈可以发挥一定的作用，因此，应该使其嵌套连接在速度和电流负反馈之间。
单纯的从布局上来看的话，电流环在转速环的内部，因此电流环被叫做内环，相应的转速环就被称为外环。
这样设计之后，以电流负反馈、转速负反馈为核心的调速系统就这样形成了。
在对所有部分设计都完成了之后，采用MATLAB对整个系统进行仿真实验，并对数据进行分析，得出结论。
关键词：直流电动机双闭环调速系统转速负反馈电流负反馈AbstractThe speed and current feedback control of dc speed control system has excellent static and dynamic performance and the most widely application scope. It through thyristor controlled rectifying power supply to adjust the size of the power supply mainly. According to the design requirements of the title, it uses ASR and ACR as the controller of speed control system in the control circuit. The power supply circuit of the speed control system of design uses the Sedan fully-controlled bridge rectifier circuit. Firstly, we need determine the overall plan and diagram of this design before the design. Secondly, we need identify and design the structure of main circuit and the various components. At the same time, including the parameters of thyristor, reactor, etc. Finally, focus on the design of the most important two parts which are speed loop and current loop dc speed control system in the design. In the system were introduced speed negative feedback and current feedback and the implementation of a nested connection can realize the speed and current two kind of negative feedback effect between the two respectively. On the layout of it simply, current loop is referred to as the inner ring, because it is in the inside. Speed ring is called the outer ring, because current loop is in the interior of the speed loop. Through this design, the core of the double closed loop speed regulation system: speed negative feedback and current feedback is formed. After all parts of the design is done, using MATLAB simulation to do the experiments to the whole system and analyze the data, we can safely draw the conclusion.Keywords: DC motor; double closed loop; speed ring; current loop目录摘要 ..................................................................... 错误!未定义书签。
双闭环控制系统设计
运动控制课程设计双闭环系统的最佳工程设计目录1. 课程设计任务书 (1)1.1系统性能指标 (1)1.2设计内容 (1)1.3应完成的技术文件 (1)2．课程设计设计说明书 (2)2.1综述 (2)2.2整流电路 (2)2.3触发电路的选择和同步 (3)2.4双闭环控制电路的工作原理 (4)3. 设计计算书 (6)3.1整流装置的计算 (6)3.1.1变压器副方电压 (6)3.1.2变压器和晶闸管的容量 (6)3.1.3平波电抗器的电感量 (7)3.1.4晶闸管保护电路 (8)3.2 控制电路的计算 (9)3.2.1已知参数 (9)3.2.3预选参数 (10)3.2.5最佳典型II型速度环的计算 (12)3.3系统性能指标的分析计算 (13)3.3.1静态指标的计算 (13)3.3.2动态跟随指标的计算 (14)3.3.3动态抗扰动指标的计算 (14)参考资料 (16)4.附图和附表 (17)4.1动态结构图和相应的动态结构参数图 (17)4.2典Ⅰ典Ⅱ的开环对数幅频特性图 (17)4.3系统参数表 (18)4.4元件明细表 (22)4.5系统原理图 (23)1. 课程设计任务书1.1系统性能指标1)条速范围D>102)静差率s<5%3)电流超调量<5%4)空载起动到额定转速的超调量<10%，调整时间<1s5)当负载变化20%的额定值，电网波动10%额定值时，最大动态速降<10%,动态恢复时间<0.3s1.2设计内容1)设计系统原理图2)计算调节器参数及其它参数3)编写课程设计说明书1.3应完成的技术文件1)设计说明书2)设计计算书3)系统原理图4)电气元件明细表2．课程设计设计说明书2.1综述随着现代工业的发展，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。
双闭环控制则很好的弥补了他的这一缺陷。
移相全桥DC_DC变换器双闭环控制系统设计
随着我国电源行业的发展，在中大功率应用场合，采用PWM 控制技术的移相全桥DC/DC 变换器越来越受到人们的关注，随着PWM 控制技术逐渐向高频化方向发展，全球各大集成电路生产商竞相研制出各种新型的PWM 控制器件，其中TI 公司推出的UCC3895是一款具有代表性的移相全桥控制器件。
该器件既可以工作于电流模式也可以工作于电压模式，又可以为谐振零电压开关提供高频、高效的解决方案，具有广阔的应用前景。
这里基于UCC3895设计了移相全桥DC/DC 变换器的双闭环控制系统，并结合实际应用对该系统进行了实验测试。
1移相全桥DC/DC 变换器闭环系统工作原理移相全桥DC/DC 变换器闭环系统结构框图如图1所示。
直流输入电压经过全桥逆变、高频变压器降压、输出侧整流滤波得到所需的直流电压。
四路PWM 波配置为两组，PWM1、PWM2为一组，用来控制全桥逆变模块的超前臂；PWM3、PWM4为另一组，控制滞后臂。
PWM1与PWM2互补，PWM3与PWM4互补，可通过UCC3895设置合适的死区时间。
该闭环控制电路采用峰值电流模式，外环电压调节器的输出作为电流内环的基准，在电流环中对采样的电流进行斜坡补偿，以保证占空比大于50%的时候，系统仍能稳定工作。
电流环的输出作为调制信号，通过脉宽调制电路、移相电路、隔离驱动电路实现对系统的闭环控制[1]。
2闭环控制电路设计2.1控制模式闭环系统采用恒定导通时刻峰值电流控制方式，可以实现逐个脉冲控制，动态响应速度快，稳定性好，并且易于实现限流及过流保护。
工作原理框图如图2所示。
收稿日期：2009-07-04稿件编号：200907017作者简介：宋杰（1985—），男，四川都江堰人，硕士。
研究方向：现代电子技术及其应用。
移相全桥DC/DC 变换器双闭环控制系统设计宋杰（西南大学工程技术学院，重庆400716）摘要:提出移相全桥DC/DC 变换器闭环系统设计方案，基于PWM 控制器件UCC3895设计一个双闭环控制系统，该系统采用电压外环和电流内环的控制方式，在电压环中引入双零点、双极点的PI 补偿，电流环中引入斜坡补偿，结合实际应用对闭环系统进行实验测试，结果表明所设计的闭环系统动态响应快，稳定性好。
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。
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。
三相异步电机双闭环调速控制系统设计
三相异步电机双闭环调速控制系统设计O 引言三相交流异步电机以其结构简单，体积小，重量轻，价格低，维修方便等优点，广泛应用于武器装备、给料系统、数控机床、柔性制造技术、各种自动化设备等领域，其转速控制系统性能的优劣直接决定了设备性能的发挥。
随着高性能微处理器及新型电力电子器件的出现，使得应用全控型电力电子器件和空间矢量(SVPWM)控制技术进行变频调速的方式已成为交流电机调速控制的主流。
相对于其他微处理器，DSP 具有运算速度快，可以自己产生有死区时间的PWM 输出，可以实现诸如模糊控制等复杂的算法，外围硬件少等优点，因而广泛用于电机的数字控制。
本文以TMS320LF2407A DSP 芯片和AT89S52 单片机为核心，设计了针对三相交流异步电机的全数字调速控制系统。
实验结果表明，该系统具有实时显示，数据存储，动态响应快，控制精度高，抗干扰性强等优点。
1 TMS320LF2407A 简介TMS320LF2407A 主要包括算术逻辑运算单元(CALU)、寄存器集、辅助算术逻辑单元(ARAU)、乘法器、乘法移位器、累加器、加法移位器、时钟锁相环电路、两个完全等同的事件管理器A，B(包括通用定时器、比较单元、捕获／正交编码器脉冲电路)、内部A／D 转换器、双串口、看门狗、CAN 总线电路单元等。
TMS320LF2407A 采用先进的哈佛结构，流水线作业，在30 MHz 内部时钟频率下，指令周期仅为33 ns。
其内部存储器包含2 类RAM 块。
一类为DRAM，另一类为SRAM。
对DRAM 而言又划分为3 个RAM 块，即B0，B1，B2，容量依次为256 字，256 字，32 字。
这些RAM 全部允许在一个指令周期内访问两次，因此在数据处理能力上有显著的增加。
同时，B0 块还可以通过程序动态地配置为数据存储器区或程序存储器区。
若配置为程序区可在上电时把浮点算法子程序或者数据表从外部慢速EPROM。
双闭环模糊控制系统的设计与仿真
《运动控制系统》课程设计学院：物联网工程学院班级：—姓名：______________学号：—日期：_成绩: ________________________文章编号：双闭环模糊控制系统的设计与仿真（江南大学物联网工程学院，江苏省无锡邮编214122）摘要：直流电机具有良好的起动、制动性能，因此其在电力拖动自动控制系统中应用广泛。
众所周知，直流电机的闭环系统静特性要比开环系统的机械特写硬的多，而转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能好、应用最广泛的直流调速系统，但该系统依赖精确的数学模型，在增加解决环节的同时，系统模型趋于复杂，还可能会影响系统的可靠性。
因此我们在总结了以前经验的同时，提岀了双闭环模糊控制系统的的设计与仿真。
关键词：直流电机；双闭环系统；模糊控制中图分类号：文献标识码：ADouble Closed Loop Fuzzy Control System Design and SimulationAuthor n ame(Jiangnan University, Wuxi 214122, China)Abstract: DC motor has good starting, braking performance, therefore in the electric drive automatic control system is widely applied in the field of. As everyone knows, the closed-loop DC motor system static characteristics than the open loop system of mechanical feature of more than hardware, and speed, electric current double closed loop DC motor control system is of good performance, the most widely used DC speed regulating system, but the system depend on the accurate mathematical model, increase solve link at the same time, the system model tends to be complex, also may influence the reliability of the system. Therefore we are summing up the previous experience at the same time, put forward a double closed loop fuzzy control system design and simulation.Key words: DC Motor; Double Closed Loop System; Fuzzy Control1引言直流电动机具有启动转矩大、调速范围宽等优势，在轧钢机、电力机车等方面仍广泛采用。
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双闭环控制系统设计课程设计报告电力拖动自动控制系统课程设计题目：双闭环控制系统设计学生姓名：董长青专业：电气自动化技术专业班级： Z070303学号： Z07030330 指导教师：姬宣德日期：2010年03月10日随着现代工业的发展，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。
双闭环控制则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馈的分别作用，从而获得良好的静，动态性能。
其良好的动态性能主要体现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行深入的探讨和研究。
本次课程设计目的就是旨在对双闭环进行最优化的设计。
SummaryWith the development of modern industry, in the speed area, the concept ofdual-loop control has been increasingly widespread recognition and application.Relative to the single closed-loop system can not arbitrarily control the dynamicprocess of current and torque weakness. Double closed-loop control is very good tomake up for this shortcoming of his.Double-loop speed and current control can achieve the difference of two negativefeedback effect, thus get a good static and dynamic performance. The good dynamicperformance mainly reflected in its anti-disturbance and anti-grid load over voltagedisturbance. Precisely because of the many advantages of Double Closed Loop, sohere it is necessary to optimize the design of its depth discussion and study. Thiscourse is designed to designed to optimize the double loop design.一．课程设计设计说明书41.1系统性能指标1.2整流电路41.3触发电路的选择和同步5 1.4双闭环控制电路的工作原理6 二. 设计计算书72.1整流装置的计算72.1.1变压器副方电压72.1.2变压器和晶闸管的容量82.1.3平波电抗器的电感量82.1.4晶闸管保护电路9 2.2 控制电路的计算102.2.1已知参数102.2.2预选参数112.2.3最佳典型II型速度环的计算14 2.3系统性能指标的分析计算152.3.1静态指标的计算152.3.2动态跟随指标的计算162.3.3动态抗扰动指标的计算16 三、心得体会四、附录五．参考文献181.1调速范围D>10静差率s<5%电流超调量<5%空载起动到额定转速的超调量<10%，调整时间<1s当负载变化20%的额定值，电网波动10%额定值时，最大动态速降<10%,动态恢复时间<0.3s1.2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o,,0时的工作情况。
触发电路先后向各自所控制的6只晶闸管的门极（对应自然换相点）送出触发脉冲，即在三相电源电压正半波的1、3、5点（正半波自然换相点）向共阴极组晶闸管VT1、VT3、VT5输出触发脉冲；在三相电源电压负半波的2、4、6点（负半波自然换相点）向共阳极组晶闸管VT2、VT4、VT6输出触发脉冲。
以下三点是三相桥式全控整流电路所要遵循的规律： 1）三相桥式全控整流电路任一时刻必须有两只晶闸管同时导通，才能形uuuuuu成负载电流，其中一只在共阳极组，另一只在共阴极组。
UWUVVWVUWUWV、、、、和的轮流输出所组成的，各线电压正半波交点1~6分别是VT1~VT6的自然2）整流输出电压波形是由电源线电压换相点。
oo120603）六只晶闸管中每管导通，每间隔有一只晶闸管换流。
综上所述，三相桥式全控整流电路的整流输出电压脉动小，脉动频率高，基波频率为300Hz，所以串入的平波电抗器电感量较小。
在负载要求相同的直流电压下，晶闸管承受的最大电压，将比采用三相半波可控整流电路要减小一半，且无需要中线，谐波电流也小。
所以，广泛应用于大功率直流电动机调速系统。
如果为了省去整流电压器，可以选用额定电压为440V的直流电动机。
相比其他各类整流电路而言，再根据其优点，所以采用三相桥式全控整流电路。
本次本次课程设计的变压器联结组别采用的是主变压器为Yd11和同步变压器为Yy4。
当然不同的联结组别的选择会产生不同的效果和作用。
三相变压器的绕组联结时应注意利用单相变压器接成三相变压器组时，要注意绕组的极性。
把三相心式变压器的一、二次侧三相绕组接成星形或三角形时，其首端都应为同名端；一、二次绕组相序要一致。
1.3晶闸管的电流容量越大，要求的触发功率越大。
对于大中电流容量的晶闸管，为了保证其触发脉冲具有足够的功率，往往采用由晶体管组成的触发电路。
本次课程设计的触发电路采用的是锯齿波同步的触发电路，该电路由五个部分组成，分别为同步环节；锯齿波形成及脉冲移相环节；脉冲形成、放大和输出环节；双脉冲形成环节；强触发环节。
选择好触发电路后，就要考虑同步的问题。
实现同步的主要方法是通过同步变压器TS的不同联结组别向各触发单元提供不同相位的交流电压，确保变流装置中各晶闸管能按规定的顺序和时刻获得触发脉冲并有序地工作。
通常，同步变压器的联结组别与主电路整流变压器联结组别、主电路形式、负载性质以及采用何种触发电路均有关系。
实际上所谓三相触发电路同步定相，就是在主电路整流变压器联结组别、主电路形式、负载提出的所需移相范围以及触发电路均已确定的条件下，如何经过简便的方法来确定同步变压器联结组别并给各触发单元选取相应的同步电压。
由于同步变压器二次电压要分别接到各单元触发电路，而各单元触发电路又均有公共“接地”端点，所以同步变压器的二次侧选择星形联结。
由于整流变压器与同步变压器一次绕组总是接在同一的三相电源上，所以对同步变压器联结组别的确定可以采用简化的电压相量图解方法。
1.4 首先是对双闭环控制电路的稳态工作原理的分析，可以根据系统的稳态结构框图来分析，分析稳态工作原理的关键是要了解PI调节器的稳态特征，一般都会存在着两种状况：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，除非有反向的输入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的作用使输入偏差电压在稳态时总为零。
在实际的正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。
因此，只有转速调节器饱和和不饱和两种情况。
当转速调节器不饱和时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。
而当转速调节器饱和时，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电流闭环调节系统。
在稳态工作点上，转速是由给定电压决定的，ASR的输出量是由负载电流决定的，而控制电压的大小则同时取决于转速和负载电流。
PI调节器的输出量在动态过程中决定于输入量的积分，到达稳态时，输入为零，输出的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。
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。
这样的静特性比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。
最后是对其动态抗扰性能的分析，对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。
主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。
负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用。
就静特性而言，系统对它们的抗扰效果是一样的。
但从动态性能上看，由于扰动作用点不同，存在着能否及时调节的差别。
负载扰动能够比较快地反映到被调量n上，从而得到调节，而电网电压扰动的作用电力被调量稍远，调节作用受到延滞，因此单闭环调速系统抑制电压扰动的性能要差一点。
综上所述，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗绕性能大有改善。
因此，在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会比单闭环系统小得多。
2.12.1.1为了减小电网与整流装置的相互干扰,使整流主电路与电网隔离,为此需要配置整流装置。
但由于电网电压波动、管子本身的压降以及整流变压器等效内阻造成的压降等。
所以设计时U2φ应按下式计算:U，n,UdnTU,,2AB(cos,,CUII) mindl22n 式中：Udn为负载的额定电压，取220VΔUt为整流元件的正向导通压降，取1Vn为电流回路所经过的整流元件的个数，桥式电路取2,UU A为理想情况下d02,,0时，取2.34,,10min为最小移相角，取 B为实际电压与理想空载电压比，取0.93C为线路接线方式系数，取0.5Udl 为变压器阻抗电压比，取0.05II2N 为二次侧允许出现的最大电流与额定电流之比，取0.816 所以将数据代入220，2，1U,,106.3V2,2.34，0.93，(0.98,0.5，0.05，0.816) 2.1.2(1)变压器容量理想条件下变压器二次容量为S,3UI,3，U，0.816I,10.617KVA2222,N(2) 晶闸管容量U 晶闸管额定电压应选等于元件实际承受最大峰值电压TM的(2～3)倍U,(2~3)U,2，2，U,300.66VTnTM2,901.98V 考虑3倍的过压容量,取I,I3,23.55.AVTN 晶闸管额定电流:有效值I,(I1.57),15,KI,12.24(VT)ATVTN 平均值IVT(AT)24.28A 考虑(1.5～2)的过流裕量,取2.1.3为了使负载电流得到平滑的直流,通常在整流输出端串入带有气隙铁心的电抗器。