无刷直流电机双闭环控制

双闭环直流调速系统特性与原理

双闭环直流调速系统特性与原理双闭环直流调速系统是一种用于控制直流电动机转速的调速系统。

它由两个闭环控制回路组成，分别是转速外环和电流内环。

其中，转速外环控制直流电机的转速，通过调节电压来控制直流电机的转矩；而电流内环则控制直流电机的电流，通过调节电压来控制直流电机的转矩。

1.稳定性：双闭环控制系统能够有效地控制直流电动机的转速和电流，使其在运行过程中保持稳定的转矩输出。

通过转速外环对转速进行控制，可以实现精确的转速调节；而电流内环则能够控制电机的电流，防止过载和短路等故障。

2.响应速度：双闭环控制系统的转速外环具有较快的响应速度，能够实现快速的转速调节。

而电流内环的响应速度则相对较慢，主要起到电机保护的作用。

3.鲁棒性：双闭环控制系统具有较好的鲁棒性，能够对外部干扰和参数变化具有一定的抗干扰能力。

通过合理的控制策略和参数调整，可以提高系统的鲁棒性。

1.转速外环控制原理：转速外环将输出电压与给定的转速进行比较，得到转速误差，并通过调节电压反馈回内环控制器中。

转速外环控制器通常采用PI控制器，根据转速误差和积分项来控制输出电压。

通过不断调节输出电压，使得转速误差趋于零，从而实现对直流电机转速的调节。

2.电流内环控制原理：电流内环控制器将输出电压与给定的电流进行比较，得到电流误差，并通过调节输出电压来控制电流。

电流内环控制器通常也采用PI控制器，根据电流误差和积分项来控制输出电压。

通过不断调节输出电压，使得电流误差趋于零，从而实现对直流电机电流的调节。

3.反馈信号处理：双闭环直流调速系统中，转速和电流测量信号需要经过滤波和放大等处理，以便传递给控制器进行计算。

滤波器通常采用低通滤波器，用于去除高频噪声，放大器则用于放大信号强度。

4.控制指令处理：由上位机或人机界面输入的控制指令需要经过处理，包括限幅、线性化等，以确保输入信号符合控制系统的要求。

处理后的指令将送入控制器，进行计算和控制输出电压。

通过双闭环直流调速系统的控制，可以实现对直流电机的转速和电流的精确调节，并具有较好的稳定性、响应速度和鲁棒性，广泛应用于工业自动化领域。

无刷直流电机双闭环控制之欧阳德创编

江苏科技大学15届毕业设计（论文）无刷直流电机的双闭环控制设计系部：自动化专业名称：电气工程及其自动化班级：11403041学号：1140602116作者: 龚昊指导教师: 王伟然年月日无刷直流电机的双闭环控制设计The design of double closed loop control of the brushlessDC motor江苏科技大学毕业设计（论文）任务书学院名称：电子信息学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：龚昊学号：1140602116指导教师：王伟然职称：讲师摘要由于电子技术，计算机技术，传感器技术，电力电子技术，现代控制理论和新型永磁材料的发展，永磁无刷直流电动机及其控制技术已有突破性进展。

近20年来，永磁无刷直流电机因其结构简单，调速性能好，控制方法灵活多变，效率较高，起动转矩大，运行寿命长等优点，日趋广泛应用于航空航天，计算机，军事，汽车，工业和家用电器等领域。

本文针对无刷直流电动机选取双闭环控制技术进行调速。

首先，介绍了无刷直流电机的特点及其结构和原理；其次，建立了无刷直流电机的模型，进行数学分析；再次，采用双闭环PI调速，主要针对其PI控制器进行了相关设计与改进，消除无刷直流电机稳态时的静差；最后，基于MATLAB/SIMULINK平台，建立控制系统的仿真模型，对无刷直流电动机速度闭环控制系统进行仿真。

仿真结果显示该模型转矩响应较快，电流脉动较小，电机工作稳定可靠，具有良好的静动态特性。

无刷直流电机的双闭环控制采用电流滞环，结构简单、响应快速，具有一定理论与应用意义。

关键词：无刷直流电动机；双闭环控制；数学模型；MATLAB；AbstractSince the development of electronic technology, computer technology, sensor technology, power electronics technology, modern control theory and new permanent magnetic material.Permanent magnet brushless dc motor and its control technology has made a breakthrough.During the past 20 years,since its simple structure,good performance of speed adjustment,variable control methods,high efficiency ,large starting torque and long service life and so on.The brushless dc motor is now increasingly used in fields like aerospace,computer,military,cars,industry andhousehold appliance.This passage is based on the speed control of the brushless dc motor.Double closed-loop control technology isused for researching and analysising among numerous control methods.At first,it has introduced the research backgroundof the brushless dc motor.Next,based on the working principle of the brushless dc motor,the model of the brushless dc motor has been established to do mathematical analysis. After that,we take double closed loop speed regulation,and mainly design and improve PI regulator tomake the brushless dc motor astatic in steady state.At lastin order to make simulation of control system for brushlessdc motor speed closed-loop control system,we establish the simulation model of control system which based onMATLAB/SIMULINK platform.The result of simulation shows that the response oftorque is quick and the pulsation of current is small.Themotor can work reliable and has good static characteristic.We use current hysteresis band in thecontrol system since its simple structure and quick response,it is based on reliable theory and is meaningfulin application.Keywords:brushless direct current motor;double closed-loop control;mathematical models ;MATLAB;目录第一章绪论11.1无刷直流电动机11.1.1无刷直流电机的简介 (1)1.1.2 无刷直流电机的特点11.1.3 无刷直流电机在工业中的地位及应用21.1.3.1定速驱动机械21.1.3.2调速驱动机械31.1.3.3精密控制31.2无刷直流电机国内外研究现状41.3无刷直流电机的发展趋势41.3.1无刷直流电机的发展前景 (4)1.3.2控制策略的发展 (6)1.4 本课题的研究意义71.5 章节安排81.6本章小结8第二章无刷直流电机的工作原理及其数学模型错误!未定义书签。

无刷直流电机双闭环串级控制系统仿真研究

第１９卷第２４期
Ｖｏ．９１１
Ｎｏ２４．
电子设计工程
ＥｌｃｒｎｃＤｅｉｎＥｎｉｅｒｎｅｔｏｉｓｇｇｎｅｉｇ
２１０１年１２月
Ｄｅ．２１ｃ０１
无刷直流电机双闭环串级控制系统仿真研究
吕伟鹏
ＫｅｒｓＭａｌｂ；ｒｓｌｓｔｒｉｌｔｎｍｏｅ；ｄａｌｓｄｌｏｙｗｏｄ：ｔａｂｈｅｓＤＣｍｏｏ；ｓｍｕａｉｄｌｕｌｏｅ — ｐｕｏｃｏ
现代高磁能积和高矫顽力永磁材料的发展使永磁电机
一
１ＢＤＭ的数学模型ＬＣ
对于表面安装式无刷直流电机．略电枢反应对反电势忽的影响，并结合前面关于无刷直流电机等效电路的分析，可以得到无刷直流电机电枢绕组及逆变桥的等效电路图如图
ｔｓｔｅｃｎｒｌｙｔｍｔｌｓｉｏｂｅｌｏｏｔｏｔｏｆｍｏｅｉｇａｄｓｍｕａｉｎＴｅｅｐｒｎａｅｕｔｓｏｅｔｈｏｔｏｓｅｗｉａｃａｓｄｕｌ－ｐｃｎｒｌｓｈｃｏｍｅｈｄｏｄｌｎｉｌｔ．ｈｘｅｉｎｏｍｅｔｒｓｌｈｗｓｌｓ
ｆｒｂｕｈｅｓＤＣｍｏｏｎｅｔｂｉｐｏｏｅｔｉｔｏａｅｎｍｏｕａ．ａｈｍｏｕｅｉｄｓｒｅｅａｌｎｅｏｒｓｌｓｔｒｕｄｒＭａｌｒｐｓｄ，ｓａｓｈｍｅｈｄｉｂｓｄｏｄｌｒｃｄｌｅｃｉｄｉｄｔｉａｄｔｎｓＥｓｂｎ．ｈ

无刷直流电机的双闭环控制系统研究的开题报告

无刷直流电机的双闭环控制系统研究的开题报告题目：无刷直流电机的双闭环控制系统研究一、选题背景和意义现代工业中，无刷直流电机已经广泛应用于机器人、自动化生产线、风能、水力发电等领域。

无刷直流电机具有体积小、重量轻、高效率、低噪音等优点，已成为当前最为主流的电机之一。

但是，无刷直流电机的特性随负载变化较大，且不能够直接控制转速，因此需要采用闭环控制系统来实现精确控制。

双闭环控制系统引入了位置环和速度环，可实现更精确和稳定的电机控制，因此在工业应用中被广泛采用。

二、研究内容和目标本文旨在研究无刷直流电机的双闭环控制系统，主要包括以下内容：1. 无刷直流电机的基本原理和特性，以及闭环控制系统的基本概念和原理。

2. 双闭环控制系统的设计和实现，包括位置环和速度环的设计和选型，以及PID控制器参数的调整和优化。

3. 基于MATLAB/Simulink的仿真实验，验证双闭环控制系统的性能和稳定性，包括转速响应、转速波动、位置误差等指标。

4. 测试实验，实现双闭环控制系统的实际应用，包括负载响应能力与实际应用环境的适应性等方面的测试和评估。

本研究旨在实现无刷直流电机的双闭环控制系统，提高电机的精度和稳定性，为其在工业应用中的广泛应用奠定基础。

三、研究方法和进度安排1. 研究方法本研究采用理论分析和仿真实验相结合的方法。

首先对无刷直流电机的基本原理和闭环控制系统的基本概念进行理论分析，然后设计双闭环控制系统，采用MATLAB/Simulink进行仿真实验，最后进行实际测试实验。

2. 进度安排第一阶段：文献调研和理论分析。

2019年10月-2019年11月。

第二阶段：设计双闭环控制系统。

2019年11月-2020年2月。

第三阶段：基于MATLAB/Simulink的仿真实验。

2020年2月-2020年4月。

第四阶段：测试实验和性能评估。

2020年4月-2020年6月。

第五阶段：撰写毕业论文。

2020年6月-2020年7月。

无刷直流电动机双闭环控制系统研究

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无刷直流电动机双闭环控制系统研究
刘文勇，明耀林
（东南大学，江苏南京２０９）１０６摘要：为实现无刷直流电动机转速转矩高精度控制，设计了以数字信号控制器（Ｓ）ｓＩ３Ｆ０１为控制核ＤＣｄＰＣＯ４１
ｓｈｍｅｏｈｙｔｍｓｄｉｃｓｅｌｔｒＥｘｅｉｎｔｌｒｓｌｓｖｒｆｈｔｔｅｈａｄｒｎｓｆｗａｅｏｈｙｔｍｒｅ — ｃｅｔｅｓｓｅｗａｓｕｓｄａｅ．ｐｒｍｅａｅｕｔｅｙｔａｈｒｗａｅａｄｏｔｒｆｔｅｓｓｅａｅｒａｆｉ
ｓｎｂｅａｄｔａｇｏｐｅｄｓｎｅｏｍｎｅｃｎｂｃｉｖ．ｏａｌｎｔｏｄｓｅｄａｊｔｇｐｒｒａｃａｅａｈｅｅｈｕｉｆＫｅｒｓｂｕｈｅｓＤｏｒｄＰＣＯ４１；ｏｂｅｃｓｄｌｐＰｏｔｌｓｅｄａｊｓｎｙｗｏｄ：ｒｓｌＣｍｔ；ｓＩ３Ｆ０１ｄｕｌｌｅ — ｏＩｎｒ；ｅｄｔｇｓｏｏｏｃｏｐｕｉ
（ｏｔｅｓＵｉｒｔ，ａｊｇ２０９，ｈｎ）ＳｕｈａｔｎｖｓｙＮｎｉ１０６Ｃｉａｅｉｎ
ＡｂｓｒｔＴｏａｈｉｖｉｈ－ｐｒｉｉｎｓｅｎｏｑｕｏｔｏｆｂｕｈｅｓＤＣｔｒｓｅｄａｕｒｎｔｄｕｂｅｃｏｓｄｔａｃ：ｃｅｅｈｇｅｃｓｏｐｅｄａｄｔｒｅｃｎｒｌｏｒｓｌｓｍｏｏ，ｐｅｎｄｃｒｅｏｌｌｅ

新能源汽车永磁无刷直流电机制动能量回馈双闭环控制技术

新能源汽车永磁无刷直流电机制动能量回馈双闭环控制技术作者：杨小兵路高磊王发群来源：《山东工业技术》2015年第16期摘要：本文分析了新能源汽车永磁无刷直流电机制动能量回馈的双闭环控制方法，论述了永磁无刷电机能量回馈原理和双闭环控制原理，根据电机制动能量回馈原理提出一种实现制动可靠能量回馈控制方法，通过在电机控制器测试台架上进行了测试，达到了预期的控制效果。

关键词：新能源汽车；永磁无刷直流电机；能量回馈；双闭环控制1 前言随着新能源汽车控制技术的发展，对新能源汽车控制技术的要求越来越高，提高续航里程是其中的一个重要问题，而新能源汽车用电机能量回馈技术可以将汽车制动和减速时[1]的部分动能转化为电能回馈到蓄电池，从而提高电动汽车的续驶里程，但是，蓄电池容量都有一定的限制，制动能量回馈时将产生很高的泵升电压和电流，为了避免过高的泵升电压和电流对系统带来危害，文中提出了通过控制占空比的办法来抑制泵升电压[2]和电流，提出了一种电压和电流双闭环数字控制方案，实现对泵升电压和电流的抑制，该方法通过数字控制实现，无需改动或增加硬件[3]，该方法可迅速抑制泵升电压和电流，实现可靠的能量回馈控制，且具有良好的制动效果。

2 系统构成和工作原理图1是永磁无刷直流电机控制系统框图，系统由电源、控制电路、PWM驱动电路、功率逆变电路、位置传感器和永磁无刷电机组成。

工作原理：能量回馈即电动机工作于再生制动模式，在制动过程中，通过控制电路控制驱动电路和逆变电路使电机电流方向与正向运行时相反，便会产生制动性质的转矩。

当产生的电压高于蓄电池电压时，可以将电流回馈至蓄电池，达到能量回馈的目的，在能量回馈控制时，将逆变电路上桥臂的功率管关断，根据位置传感器信号对下桥臂的功率管的通断进行有规律的PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）控制，可以起到与Boost（升压）变换器相同的效果，其基本控制原理是Boost Chopper（升压斩波）方式，本文中选用半桥调制方式，在半桥斩波方式里，逆变电路6个开关管中，只有处于相同半桥上的3个元件（如图2中VT4、VT6、VT2）通有PWM波，另半桥上的3个元件（如图2中VT1、VT3、VT5）始终是关断的。

无刷直流方波电动机的双闭环控制

无刷直流方波电动机的双闭环控制永磁无刷直流电动机在机械和电力系统方面是一种很引人注目的电动机。

这种机器结构的简单和它的控制特性类似于交流电机，它在商业，军事等其他领域的应用里是非常受欢迎的选择。

在普遍的无刷直流电动机的计划里，时间和空间的分布是按照磁力线的密度来考虑的，但是驱动环节的曲线是相差120度的。

巨大而细微的转矩是度量无刷电动机效率和低速执行的重要准则，它的直接效果就是在大转矩和细微转矩之间造成一种干扰。

一种引人注目的电动机的配置被人认为是方波电动机。

方波电动机来自于它的方波控制，主要在它的方波时空的磁通干扰中产生控制指令。

因此方波永磁电动机有很让人羡慕的前景，特别在机器人和商业服务中得到广泛重视。

这都是在方波永磁电动机产生的时候所不曾想过的。

2. 方波永磁电动机驱动系统方波永磁电动机驱动系统由三个部分组成：转换器，逻辑控制环节（包括速度调节器，时间调节器，和能量逻辑转换控制单元），详述如下下面是硬件执行器和操作的细节2.1 方波永磁电动机带有双结构方波永磁电动机是由六个小结构组成的。

电机额定电流和机械数据是：200v额定电压，18A的额定电流，3.0k的额定功率，1500转每秒的额定转速，0.0388千克没平方厘米。

2.2 IGBT 变换器一个变换器对频率/电压的三个阶段的组成适应IGBT 变换器的选择是非常重要的，其结果是他们中和了各种高介的性能。

变换器被六个IGBT支配着，没个包括60A的IGBT和一个反馈信号。

2.3 能量转换控制逻辑位置反馈信号被用于同时发生的相位变化的检测。

为了这样做，三个位置反馈信号，来源于PT，他们是在PSP环节被加工的，他们也受六个控制逻辑信号的控制来开/关IGBT、在IGBT变换器里。

在BLDCM的控制分布里有两个IGBT 工作在PWM的模式里，并且两个IGBT应该依靠于这样的逻辑控制信号。

虽然直流能量的频率被变换器的供给，依据这样的关系为IGBT提供信号的PWM信号是来源于三角波和触发控制信号Ui越大，U也就越大，所以BLDCM的速度也就越大。

无刷直流电机(BLDC)双闭环调速解析

根据模拟 PID 可以得到数字 PID 的控制算法，为了用计算机实现 PID 控制规律，当采样时间 Ts 很小时，可以通过离散化来得到公式。在数字化 PID 中，用 Ki(积分系数)来代替 Ti(积分时间)，用 Kd(微分系数)来代替 Td(微分时间)。其中 Ki=(Kp*Ts)/Ti；Kd=(Kp*Td)/Ts。 1、数字化位置式 PID 标准形式：Pu(t)=Kp*e(t)+Ki*∑e(t)+Kd*(e(t)-e(t-1))]+Pu(t-1) 将 Kp 分离出来：Pu(t)=Kp*[e(t)+(Ts/Ti)*∑e(t)+(Td/Ts)*(e(t)-e(t-1))]+Pu(t-1) 用 C 代码表式公式:用 ek 代表 e(t)；用 ek1 代表 e(t-1)；用 Pu1 代表 Pu(t-1) Pu=Kp*[ek+(Ts/Ti)*∑ek+(Td/Ts)*(ek-ek1)]+Pu1 2、数字化增量式 PID(同模拟量一样跟据两式相减得到增量式) Pu(t)=Kp*[(e(t)-e(t-1))+(Ts/Ti)*e(t)+(Td/Ts)*(e(t)-2*e(t-1)+e(t-2))] 用 C 代码表式公式:用 ek 代表 e(t)；用 ek1 代表 e(t-1)；用 ek2 代表 e(t-2) Pu=Kp*[(ek-ek1)+(Ts/Ti)*ek+(Td/Ts)*(ek-2*ek1+ek2)] 在上式中，Pu 是输出量，Pu1 是前一次的输出量，Kp 是比例系数，Ti 是积分时间，Td 是微分时间，Ts 是采样周期，ek 是当次的误差，ek1 是前一次的误差，ek2 是前两次的误差。而在实际的应用中，为了简化程序，一般不将 Ts 拿来做运算，因为积分项和微分项的常数都是两个比值，分别直接用系数 Ki 和 Kd 来代替，只是当采样周期改变时，要去相应的调整几个系数的大小，所以我们可以得到无刷直流电机的增量式 PID 算法公式： Pu=Kp*[(ek-ek1)+Ki*ek+Kd*(ek-2*ek1+ek2)] 但是上面的公式在无刷直流电机的 PID 控制中并不实用，因为在电机的启动、停止或大幅增减设定值时，由于会出现很大的偏差，且有时此偏差会保持一段时间不变(如电机启动时需要一定的时间才能转动起来)，会造成 PID 算法的比例控制失调，积分严重饱和的现象，此现象表现为电机需要较长的时间才能运转起来，运转起来之后又会出现较大的超调。因此要将其做改进的 PID 控制的形式，同时要在程序中加抗积分饱和的判断处理。改进的 PID 公式：Pu=Kp[ek+Ki*∑ek+Kd*(ek-ek1)] 上式中，如果去掉微分项，只用 PI 控制，则公式：Pu=Kp[ek+Ki*∑ek] 将∑ek 分解出来用误差累加 ei 表示，则公式：Pu=Kp*ek+Ki*Kp*ek+ei；ei=Ki*Kp*ek+ei 加变速积分，则公式：Pu=Kp[ek+fek*Ki*∑ek+Kd*(ek-ek1)] 上式中，fek 为变速积分系数，如果去掉微分项，只用 PI 控制，将∑ek 分解出来用误差累加 ei 表示，则公式：Pu=Kp*ek+fek*Ki*Kp*ek+ei；fek=0-1(由 A 和 B 值来确定) 当误差 ek 大于 A+B 时:fek=0(积分不起作用) 当误差 ek 在 B 与 A+B 之间时:fek=>0&<1(积分随误差减小而增强，随误差增大而减弱) 当误差 ek 大于 A+B 时:fek=1(全速积分)

无刷直流电机双闭环控制系统研究

解决方案提供了设计的依据及指导。关键词：双闭环控制；无刷直流电机；ＤＳＰ中图分类号：ＴＢ、文章编号：１６７２－３１９８（２０１３）１１－０１７９－０２文献标识码：Ａ
功率开关器件是无刷直流电机换相的重要部件，因此对功率开关器件的选择非常重要。功率场效应晶体管是电
及，为无刷直流电机的应用打下了坚实的基础。无刷直流压控制的单极型器件，具有自关断能力，驱动功率小，开关电动机具有控制灵活、调速性能好、启动转矩大、过载能力速度高，安全工作区宽等特点，因此功率场效应晶体管在逆强、无换向火花、无励磁损耗等优点。又有传统直流电机输变电路中，广泛用作开关管。根据以上分析，采用功率出转矩大、功率密度高、控制简单等特点。由于技术进步，ＭＯＳＦＥＴ作为功率开关器件。永磁材料性能大幅提高、同时制造成本下降，使得无刷直流电动机的应用领域迅速扩展。而双闭环控制系统具有精度高、稳定性好、转速响应和转矩响应快等优点，因此双闭环控制无刷直流电机具有独特优势，能很好满足实际生产需要，近年来成为研究的热点。

直流电机双闭环调速控制系统分析

直流电机双闭环调速控制系统分析摘要：直流电机双闭环调速控制系统用于工业生产中能够为其提供良好的调速支持，具有适应性强、经济性好、抗干扰能力较强等优势。

在工业生产中想要更好的发挥直流电机双闭环调速控制系统的作用，需要对其控制系统的工作原理与结构特点进行研究，应该注重分析系统在设计和应用中的注意事项，在应用过程中不断完善直流电机双闭环调速控制系统，进行细节控制，从而提升工业生产效率。

关键词：直流电机；双闭环调速；控制系统直流电机双闭环调速控制系统是一种结合了电子技术、直流调速、数字控制理论等技术于一体的调速控制系统，将其应用于工业生产中可以为生产活动提供可靠、稳定的电力传动支持，提高生产效率。

钢铁企业在生产过程中，合理的运用直流电机双闭环调速控制系统，能够为生产创造更加稳定、高效的条件，能够提供更加精准的调速，从而保证生产质量。

为了能够更好的应用直流电机双闭环调速控制系统，需要对其硬件要求、软件系统、转速调节原理、转换原理等各项内容进行研究，在了解转速调节程序的相关内容，以便在后续生产活动中更好的发挥其控制作用。

一、直流电机双闭环调速控制系统1、系统概述直流电机可以将电能转化为机械能，驱使机械设备完成生产工作，对于工业生产来说具有重要的意义。

由于工业生产环节和生产目标不同，直流电机的负载也各不相同，因此需要针对不同的负载需求在一定范围内进行电动机转速调节，保证其满足生产需求，直流电机双闭环调速控制系统就是其调速的系统[1]。

直流电机双闭环调速控制系统是应用最为广泛的速度调节控制系统之一，直流电机双闭环调速系统能够实现转速和电流两种负反馈，通过两个调节器的加入，可以分别对电流和转速进行调节，形成转速、电流双闭环调速系统。

2、工作原理直流电机双闭环调速控制系统中，直流电机的能量转换是将电能转化为机械能，而直流调速系统的工作原理是通过电流与转速调节器，由电流控制器负责给转速调节器输出电压，让电枢电流由电流环调节转速偏差，实现调速控制。

浅析直流电机双闭环调速系统的设计

摘要：在转速反馈单闭环控制的基础上，设计增加了电流负反馈，形成了转速、电流反馈控制的双闭环调速系统，并在该系统中设计了两个调节器分别调节转速和电流，提高了直流电机调速系统的调速性能、调速精度、系统稳定性等。

关键词：直流电机；调速系统；双闭环；PI调节0 引言在机械工程中，由于生产需要，电机频繁处于启动、制动、反转过程，因此电机的启动和制动时间在很大程度上决定了其生产效率。

为了缩短时间，采用转速负反馈的单闭环调速系统很难达到要求，而双闭环直流调速系统在单闭环控制的基础上增加了电流负反馈，获得了良好的性能。

1 他励直流电机的调速方法他励直流电机的机械特性是指在励磁电流、电枢电压和电枢回路总电阻一定的条件下，转速与电磁转矩的关系，即n=f（T）。

他励直流电动机的机械特性表达式为：式中，n0为理想空载转速；U N为电机额定电压；C E为直流电机的电动势常数；C T是电磁转矩常数；Ф是励磁磁通；R a是电枢电阻；T e m为电磁转矩；β为机械特性斜率，β越小，机械特性越硬。

他励直流电动机固有机械特性如图1所示。

图中n N为电机额定转速，T为额定电磁转矩。

N他励直流电动机的调速方法有降低电枢电压的调速、降低电枢回路串电阻的调速和减弱磁通的调速3种。

2 双闭环直流调速系统的设计电动机调速系统（V-M系统）是通过调节晶闸管的控制角改变电动机电枢电压进而实现调速的，转速受负载影响比较大，因难以保持转速的稳定而无法满足生产工艺要求。

所以，本文设计引入转速负反馈，根据转速的偏差自动调节整流电路的输出电压，从而保持转速稳定。

为缩短启动时间，又加入了电流负反馈电路，形成双闭环控制电路，如图2所示。

图2中的电流环ACR以跟随性能为主，采用PI型的电流调节器，其传递函数如下：式中，为电流调节器的比例系数；为电流调节器的超前时间常数，s是拉普拉斯变换参数。

环ASR也采用PI型的转速调节器，其传递函数如下：式中，为转速调节器的比例系数；为转速调节器的超前时间常数]，s是拉普拉斯变换参数。

基于MSP430的无刷直流电机双闭环控制系统的设计

要：分析了无刷直流电机的工作原理并提出了无刷直流电机的速度、电流双闭环控制系统的设计方案．分析了电机
带负载运行特性，之后介绍了无刷直流电机双闭环控制原理及其仿真分析．着分析了以光电对管及编码盘构成的速接度反馈，以功率电阻采样电枢电流构成电流反馈，采用单极性ＰＷＭ定频调宽控制调速法的电机控制策略，然后介绍
高的转换速率，最高可达２０ｐ，０Ｋｓ能够满足大多数数据采集应用；而且该单片机提供在线调试，调试程序方便；
基于该单片机以上的优点，该系统决定采用ｍｓ４０ｌ９作为主控器．ｐ３ｆ４
２无刷直流电机的特性
２１机械特性．
收稿日期：２Ｉ－７２０２０．８作者简介：汪华章（９６）１７．，男，博士副教授．基金资助：本论文受中央高校专项博士基金资助（．ＮＹＢ０）ＮｏＩＺＳ２；大学生创新创业基金资助２
８４０
无刷直流电动机的机械特性为：
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西南民族大学学报・自然科学版
第３卷８
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基于Matlab的无刷直流电机双闭环调速系统研究

器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电
速度控制模块如图４所示，其输入为给定转速ｎ和实际转速ｎ，两者之差经过ＰＩ调节器输出参考转矩值一并将其值限定在要求范围内。
流或转矩紧紧跟随其给定电流或转矩 … （即外环调节器的输出量）变化； ② 对电网电压的波动起及时抗扰的作用； ③ 在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程； ④ 当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消
・
１７８・
张鹏飞，等：基于Ｍａｔｌａｂ的无刷直流电机双闭环调速系统研究
２双闭环调速系统
本文所选用调速系统为转速、电流反馈控
环Ｐ嗌
速系
’ 其框图如图
图３双闭环ＰＩ控制调速系统
转速调节器和电流调节器在系统中的作用Ｊ：
（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很快的跟随给定转
３仿真模型
在Ｍａｔｌａｂ６．５Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下，根据上文提出的无刷直流电机调速系统，构建如下仿真模型，主要包括：转速调节器模块、电流调节器模块、转矩计算模

直流电动机转速电流双闭环控制系统的设计精选(38页)

Harbin Institute of Technology
f直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
—x系统建模
L1电动机的数学槟型 1.2晶闸管整流装置的数学模型 L3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计 2.1双
闭环控制的目的 2-2关于积分调节器的饱和非线性问题 2-3 ASR与ACK的工程设计方法
L2晶闸锌笹流装哲.的数学模型
1.3双闭坏调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1双闭环控制的的
2,2关于积分调节器的_ 械性问题
23 ASR±JACR的工程设计方法
三、仿真实验
3.1起动特性
,
V 四、结论
/
流电动机转速/电流双闭环拧制系统设计
系统建模与仿真
在图4-7中给出了控制系统的PI控制规律动态过程, 从中我们可知:
三、仿真实验
3.1起动特性
系统建模与仿真
d
Harbin Institute of Technology
1山:流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
系统建模与仿真
系统中采用三相桥式晶闸管整流装置，基本参数如下，直流电动机：220Vr 13.6A, 1480r7min，Ce=0.l31V/ (r/min)，允许过载倍数 a=15;晶闸管装置：Ks=76t电枢回路总电阻！ /e=6.58Qs 时初常数： 77=0.0l8s，Tm=0.25s；反馈系数：a=0.00337V/ (r/min)， /SM).4V/A:反馈滤波时间常数：7b/=0.005s, 7b«=0(005s P
E = Cen （额定励磁F的感应电动势）（中顿动力学定伴.忽略醐擦
m t额定励磁卜的电磁转斯）

双闭环直流调速系统原理介绍

双闭环直流调速系统原理介绍双闭环直流调速系统由两个环路组成，速度环和电流环。

速度环控制电机的速度，使其始终保持在设定值附近，而电流环控制电机的电流，保证电机的负载特性和响应速度。

速度环和电流环是相互独立的控制过程，通过串联连接实现整体调速控制。

速度环负责对电机转速进行调节，基本原理是将实际转速与设定转速进行比较，然后根据差值计算出调节量，最后通过调节电机的输入电压实现转速调节。

速度环的核心是比例-积分（PI）控制器，通过设定合适的比例系数和积分时间，可以实现对转速的精确调节。

速度环还可以加入速度前馈器，将速度设定值的变化率作为额外输入信号，进一步提高系统的响应速度和稳定性。

电流环负责对电机的电流进行调节，保证电机的负载特性和响应速度。

电流环的基本原理是将实际电流与设定电流进行比较，然后根据差值计算出调节量，最后通过调节电机的输入电压或电流实现电流调节。

电流环的核心也是比例-积分（PI）控制器，通过设定合适的比例系数和积分时间，可以实现对电流的精确调节。

电流环还可以加入电流前馈器，将电流设定值的变化率作为额外输入信号，进一步提高系统的响应速度和稳定性。

双闭环直流调速系统中，速度环和电流环之间通过串联连接的方式进行控制。

速度环输出电压指令作为电流环的输入电流设定值，电流环通过调节电机的输入电流实现电流调节。

而电流环输出电压指令作为速度环的输入电压设定值，速度环通过调节电机的输入电压实现转速调节。

通过这种双重反馈的控制方式，可以实现对电机转速和电流的精确控制。

1.精确控制：通过精确的调节速度环和电流环的参数，可以实现对电机转速和电流的精确控制，满足不同工况下的要求。

2.快速响应：双闭环结构可以利用速度环和电流环的双重反馈信息，在系统受到外部扰动时，能够快速调节输出，保持稳定的运行状态。

3.负载适应性：通过电流环的控制，可以根据电机所承受的外部负载变化，自动调整输出电压或电流，保持电机的运行稳定性和性能。

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。

一种无刷直流电动机双闭环调速系统仿真研究

反电势系数的Ｓ函数生成梯形波反电动势。系统采用电流和速度的双闭环控制。仿真结果表明，该控制系统模型具有转速、转矩响应好和仿真速度快的优点。
关键词：无刷直流电动机；数学模型；仿真；调速系统
ＳｍｕａｅａｄＲｅｅｒｈｏｕｌｏｅ－ｒｌｇｌｔｎｌｃｔｉｌｔｎｓａｃｎＤｏｂｅＣｌｓｄＣｉｃｅＲｅｕａｉｇＶｅｏｉｙ
ｌｉｇｔｅｍｔｅａｉｍｄｌｆｒｓｌｓＤｔｒＢＤＭ）ｉｐｅｅｔｉｐｐｒＴｅｏｅａｎｙｎａｍｔｏｅｏｕｈｅｓＣｍｏ（ＬＣｚｈｈｃＢｏｓｒｓｎｄｉｔｓａｅ．ｈｐｒｉｇｅｎｈｔ
１ＢＤＭ数学模型ＬＣ
研究对象为两相导通，星形三相六状态的无刷直流电机。其气隙磁密为方波，反电势为梯形波，相电流波形为方波，其主电路如图１示所２，
它包含着较多的高次谐波成分。这意味着定子和转子间的互感的空间变化规律为非正弦，并且ＢＤＭ的电感也为非线性，因此将ＢＤＭ三相ＬＣＬＣ方程变换为Ｐｒ程是比较困难的。若将电感表ａｋ方
曹少泳，程小华
（华南理工大学，广州５０４）１６０
摘
要：在分析无刷直流电机数学模型的基础上，提出了一种基于Ｍｍｉ
真方法。研究和分析了两相导通三相六状态星形方波无刷直流电机的运行模式．在ＭｔｂＳｕａａ／ｉ．ｌｍ１ｋ中，先建立独立的功能模块，再进行功能模块的有机整合，搭建了仿真模型。模型采用编写一ｉｎ

直流电机的转速电流双闭环控制

直流电机的转速电流双闭环控制摘要：本设计主要采用模拟电路实现直流电机控制的整流电源，转速调PI调节器，电流PI调节器的设计。

来实现对电机转速的控制，包括快速起动、恒速运行、堵转截止三大目标。

该设计的主要电路均采用模拟电路实现，电流环的PI 调节器用于保证快速起动，即保证电机起动时以最大负载电流起动，也即实现以最大加速度实现。

而转速调节器则用于在运行时实现转速恒定，保证带负载的能力。

两个PI调节器都采用集成运放实现。

其主要优点是克服传统意义上单环控制只能满足一方面的要求的缺陷。

关键词：电流环；转速环；PI调节器The Rotate Speed and Current Double Closed LoopFeedback Control for DC MotorAbstract: The major tasks of this design is utilizing simulating circuits to produce the rectifiering power source ,current PI regulator and rotate speed PI regulator for the DC motor.The major object of this desigen is making the DC motor started rapidly,rotating stably.yields making the DC motor started rapidly with the largest load current.It is the same to starting rapidly with the largest accerelation.Simultaneous,The rotate speed PI regulator make the DC mortor retated stably to any the change of the load .Both of the PI regulators use the integrated amplifier operator to accomplish the task.The priority of this design are overcoming the defect of traditional single feedback loop.Key word: current feedback loop; rotate speed feedback loop;PI regulator目录摘要 (1)1 引言 (3)2电机的供电电源 (5)2.1三相桥式整流电源 (5)3转速、电流双闭环系统的静态结构 (9)3.1转速、电流双闭环直流调速系统的构成 (9)3.1.1 双闭环系统的结构框图 (9)3.1.2 稳态结构框图和静态特性 (10)4双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析 (12)4.1 双闭环直流调速系统的数学模型 (12)4.1.1 直流电机的动态数学模型 (12)4.1.2 双闭环直流调速系统的完整的动态结构框图 (14)4.2 动态性能的时域分析 (14)4.2.1 起动过程分析 (15)4.2.2动态抗扰性能分析 (16)4.3 调节器的工程设计方法 (16)4.3.1工程设计方法的基本思路 (17)4.3.2 典型系统 (17)4.4控制系统的动态性能指标 (20)4.4.1 跟随性能指标 (20)4.4.2 抗扰性能指标 (21)4.4.3典型Ⅰ型系统性能指标和参数的关系 (22)4.4.4典型Ⅱ型系统性能指标和参数的关系 (27)5.按工程设计方法设计双闭环系统的调节器 (32)5.1 电流调节器的设计 (33)5.1.1电流环结构图的化简 (33)5.1.2电流调节器结构的选择 (34)5.1.4电流调节器的实现 (36)5.2 转速调节器的设计 (36)5.2.1 电流环的等效闭环传递函数 (36)5.2.2转速调节器结构的选择 (37)5.2.3转速调节器的参数计算 (39)5.2.4 转速调节器的实现 (36)6系统仿真 (38)6.1 系统动态结构的MATLAB仿真 (38)6.2 系统的整体结构的仿真 (40)7总结 (44)参考文献 (44)1 引言直流电机由于其调速的控制方法简易而获得了广泛的应用，其控制规律容易理解，并且便于通过线性控制系统的分析方法去解决工程设计的实际问题。

无刷直流电机开环、速度换、电流环

无刷电机驱动器设计中开环、速度环、电流环1、开环控制开环控制，驱动器通过PWM调制MOS管斩波频率的占空比来调节电机功率输出，空载情况下占空比100%时输出转速达到最高。

2、速度环驱动器以转速为调整目标，电机的输出转矩为了保持速度而调整。

为什么需要速度环?因为现实中电机的负载是变动的，用固定占空比控制会导致电机速度随着负载的变化而变化。

在要求电机转速保持恒定的环境，要求驱动器能随着负载变换自动调节占空比输出。

无刷电机内部的霍尔传感器作为速度反馈精度还凑合，这点比其它电机有先天的优势。

对速度反馈量做PID算法占空比可以实现速度闭环。

一个例子就是，用开环控制在低速模式会因为转矩太小导致电机无法带动负载，如果使用了速度环电机可以自动增大转矩比来保持带负载低速转动。

3、电流环(转矩环)电流闭环模式下驱动器以转矩为调整目标，目标就是使得电机能以最大转矩转动。

为什么在速度环的条件下增加电流环?还是回到上面的例子，如果低速环境下，速度环可以提高电机的低速转矩，但是为了防止驱动器输出负载超过电机本身的承受能力，电机以最大的允许电流输出转矩。

从这一点出发电流环作用，主要是2个，一是启动过程的加速，二是对电机最大工作电流的保护。

4、速度、电流双闭环控制。

双闭环控制的提出主要是针对电机启动过程，陈伯时<<电力拖动>>中指出，电机双闭环理想情况下是启动时是电流环，稳定时只有速度环。

但双闭环设计很难只有一个环，所以两个环在不同阶段作用的大小不同的，启动时电流环起决定作用，速度稳定时速度环起主要作用。

双闭环的PID编写。

应该先完成速度环程序，后写电流环程序。

双闭环编写主要两个方面：速度环的输出和电流环的标定，PID参数调节。

在转速和电流大小的电流情况下，需要的PID值是不一样的，因此对PID做分段设计可以提高电机的通用性。

无刷直流电机双闭环模糊自适应控制方法研究

的响应速度和鲁棒性；偏差时采用传统的Ｐ控制，系统稳态无误差。仿真实验结果表明，比于传统的小Ｉ使相
Ｐ控制系统，糊双闭环自适应控制系统具有良好的动、态特性，Ｉ模静以及较强的鲁棒性。
关键词：刷直流电机；闭环系统；糊自适应控制无双模
中图分类号：ＴＰ３１９文献标识码：Ａ
ＳｔｄｆＤｏｂｌｏｅｏｚｙＡｄａｉｅＣｏｒｌＭｅｈｄｕｙｏｕｅＣｌｓｄＬｏｐｓＦｕｚｐｔｖｎｔｏｔｏｏｆＢｒｓｅｓＤｉｅｔＣｕｒｎｔＭｏｏｕｈｌｓｒｃｒｅｔｒ
ｃｍｐａｅｔｒｄｉｉａｏｒｙｓｅ．ｏｒｄｗｉｈｔａｔｏｎｌＰＩｃｎｔｏｌｓｔｍ
ＫｅｒｓｂｕｈｅｓｄｒｃｕｒｎｔｒＢＬｙｗｏｄ：ｒｓｌｓｉｅｔｃｒｅｔｍｏｏ（ＤＣＭ）；ｄｕｌｌｓｄｌｏｓｓｓｅ；ｆｚｙａａｔｅｃｎｒｌｏｂｅｃｏｅｏｐｙｔｍｕ：ｄｐｉｏｔｏ，ｖ
ＥＥＴＩＲＶＥ２１Ｖｏ．２Ｎｏ７ＬＣＲＣＤＩ０２１４．
电气传动２１０２年第４２卷第７期
无刷直流电机双闭环模糊自适应控制方法研究
李实求，郝帅，马旭，程咏梅（北工业大学自动化学院，西西安７０７）西陕１０２