直流电动机双闭环控制系统设计与分析[设计+开题+综述]
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。
直流电动机双闭环控制系统课程设计
课程设计题目：直流电动机双闭环控制系统学院计算机科学与信息工程专业年级13自动化2班学生姓名学号指导教师职称讲师日期2016-11-30目录摘要 (2)一、设计任务 (3)1、设计对象参数 (3)2、课程设计内容及要求 (3)二、双闭环直流调速系统结构图 (4)1、整流装置的选择 (4)2、建立双闭环调速系统原理结构图 (4)三、电流环和转速环的工程设计 (5)1、直流双闭环调速系统的实际动态结构框图 (5)2、电流环设计 (6)2.1电流环结构框图 (6)2.2电流调节器结构的选择 (6)2.3电流调节器参数的计算 (7)3、转速环的设计 (9)3.1转速环结构框图 (9)3.2转速调节器结构的选择 (9)3.3转速调节器的参数计算 (10)三、双闭环控制系统仿真 (11)1、系统仿真模型 (11)2、动态性能分析 (14)四、总结 (16)参考文献 (17)摘要本设计通过分析直流电动机双闭环调速系统的组成，设计出系统的电路原理图。
同时，采用工程设计的方法对直流双闭环调速系统的电流和转速两个调节器进行设计，先设计电流调节器，然后将整个电流环看作是转速调节系统的一个环节，再来设计转速调节器。
遵从确定时间常数、选择调节器结构、计算调节器参数、校验近似条件的步骤一步一步的实现对调节器的具体设计。
之后，再对系统的起动过程进行分析，以了解系统的动态性能。
最后用MATLAB软件中的Simulink模块对设计好的系统进行模拟仿真，得出仿真波形。
关键词：直流电动机双闭环MATLAB/Simulink 仿真一、设计任务1、设计对象参数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：220V，136A，1500r/min，Ce=0.15V/( r.min-1)，允许过载倍数1.5。
晶闸管装置：Ks=50电枢回路总电阻：R=0.6Ω时间常数：Tl=0.03s，Tm=0.2s反馈系数：α=0.007V/( r.min-1) ，β=0.05V/A反馈滤波时间常数：τoi =0.002s，τon=0.002s2、课程设计内容及要求2.1建立双闭环调速系统的模型；绘出结构图。
直流电机双闭环调速系统设计综述
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录1 绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (1)2 直流电机双闭环调速系统 (3)2.1直流电动机的起动与调速 (3)2.2直流调速系统的性能指标 (3)2.2.1静态性能指标 (3)2.2.2动态的性能指标 (4)2.3双闭环直流调速系统的组成 (6)3 双闭环直流调速系统的设计 (8)3.1电流调节器的设计 (8)3.2转速调节器的设计 (10)3.3闭环动态结构框图设计 (12)3.4设计实例 (12)3.4.1设计电流调节器 (13)3.4.2设计转速调节器 (15)4.Matlab仿真 (17)4.1仿真结果分析 (19)5 结论 (20)参考文献 (21)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 绪论1.1课题研究背景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，电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。
这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。
有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。
以上等等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。
然而传统双闭环直流电动机调速系统多数采用结构比较简单、性能相对稳定的常规PID控制技术，在实际的拖动控制系统中，由于电机本身及拖动负载的参数(如转动惯量)并不像模型那样保持不变，而是在某些具体场合会随工况发生改变；与此同时，电机作为被控对象是非线性的，很多拖动负载含有间隙或弹性等非线性的因素。
因此被控制对象的参数发生改变或非线性特性，使得线性的常参数的PID控制器往往顾此失彼，不能使得系统在各种工况下都保持与设计时一致的性能指标，常常使控制系统的鲁棒性较差，尤其对模型参数变化范围大且具的非线性环节较强的系统，常规PID调节器就很难满足精度高、响应快的控制指标，往往不能有效克服模型参数变化范围大及非线性因素的影响。
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。
直流电机闭环控制技术研究的开题报告
直流电机闭环控制技术研究的开题报告一、研究背景随着现代工业技术的不断发展和成熟，直流电机被广泛应用于各种工业机械设备中，如电动机械、电子电站等。
直流电机闭环控制技术是现代工业中的一项重要技术，可以实现对直流电机的稳定、高效控制，提高直流电机的使用性能和效率。
因此，研究直流电机闭环控制技术具有重要的实际意义和应用价值。
二、研究目的本研究旨在探讨直流电机闭环控制技术的相关理论、算法和实现方法，深入了解不同的闭环控制策略和参数优化方法，并在实验中验证其效果和实用性。
三、研究内容1. 直流电机闭环控制的基本理论和原理2. 常见的闭环控制方法及其特点3. 各种闭环控制策略的设计与优化4. 直流电机闭环控制参数的优化方法及实验验证5. 基于不同控制策略的直流电机闭环控制实验设计和实现四、研究方法本研究采用理论研究和实验验证相结合的方法。
首先，通过文献调研和相关资料的研究，理解直流电机闭环控制的基本理论和原理，以及各种闭环控制方法的特点和优劣。
在此基础上，通过模拟和仿真实验，验证理论和算法的正确性和实用性。
最后，设计并实现基于不同控制策略的直流电机闭环控制实验，对实验结果进行分析和总结。
五、预期成果1. 对直流电机闭环控制技术的基本理论和原理进行深入探讨；2. 研究不同的闭环控制策略，探索优化参数的方法；3. 设计并实现基于不同控制策略的直流电机闭环控制实验；4. 结合实验结果，总结控制策略的特点和优劣，提出改进和优化建议，为直流电机闭环控制技术的应用和推广提供参考。
六、研究计划1. 确定研究方向和目标，进行文献调研和资料收集；2. 研究直流电机闭环控制技术的基本理论和原理；3. 研究常见的闭环控制方法及其优缺点；4. 探讨各种闭环控制策略的设计与优化方法；5. 模拟和仿真实验验证理论和算法的正确性和实用性；6. 设计并实现基于不同控制策略的直流电机闭环控制实验；7. 分析实验结果，总结控制策略的特点和优劣，提出改进与优化建议；8. 撰写研究报告，准备开题答辩。
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）
双闭环直流电动机控制系统设计
双闭环直流电动机控制系统设计直流电机基本参数：额定电压220v ，额定电流55A，额定转速n=1000r/min，电动机电动势系数Ce=0.09V*min/r。
装置的放大系数Ks=44，滞后时间常数Ts=0.00167s。
电枢回路总电阻R=1欧姆，电枢回路电磁时间常数Tl=0.0016s，电力拖动系统机电时间常数Tm=0.088s。
转速反馈系数α=0.01V*min/r。
对应额定转速时的给定电压U*n=10V。
双闭环直流调速系统的仿真模型电流环仿真结果电流环的仿真结果如图所示。
突加给定电压，电流迅速上升至最大值，存在一定的超调，因给定输入达到限幅值，强迫电枢电流上升阶段结束，电流减小达到给定值并维持稳定。
设置给定值为760，在直流电动机的恒流升速阶段，电流值低于760A，其原因是电流调节系统受到电动机反电动势的扰动。
选择KT=0.5.当KT的值越大时，超调越大，但上升时间越短。
转速环仿真结果双闭环直流调速系统仿真结果如图所示，系统的起动过程包含三个阶段。
电流上升阶段、恒流升速阶段和转速调节（退饱和）阶段。
转速环抗负荷扰动仿真结果利用转速环仿真模型同样可以对转速环抗扰过程进行仿真，它是在负载电流IdL(s)的输入端加上负载电流。
得到转速环的抗扰波形图如图22所示。
图22 转速环抗扰仿真结果仿真分析：双闭环控制电动机的转速和电流分别由两个独立的调节器控制，转速调节器的输出就是电流调节器的给定，因此电流环能够随转速的偏差调节电动机电枢的电流。
当转速低于给定转速时，转速调节器的积分作用使输出增加，即电流给定上升，并通过电流环调节使电动机电流增加，从而使电动机获得加速转矩，电动机转速加速上升，电机启动性能良好，满足动态稳定性和稳定性。
2。
直流电动机双闭环调速系统课程设计
直流电动机双闭环调速系统课程设计一、引言直流电动机是一种常见的电动机，广泛应用于工业生产和日常生活中。
在实际应用中，为了满足不同的工作要求，需要对电动机进行调速。
传统的电动机调速方法是通过改变电源电压或者改变电动机的极数来实现，但这种方法存在调速范围小、调速精度低、调速响应慢等问题。
因此，现代工业中普遍采用电子调速技术，其中双闭环调速系统是一种常用的调速方案。
二、直流电动机双闭环调速系统的原理直流电动机双闭环调速系统由速度环和电流环组成。
速度环是通过测量电动机转速来控制电动机的转速，电流环是通过测量电动机电流来控制电动机的负载。
两个环路相互独立，但又相互联系，通过PID控制器对两个环路进行控制，实现电动机的精确调速。
三、直流电动机双闭环调速系统的设计1.硬件设计硬件设计包括电源模块、电机驱动模块、信号采集模块和控制模块。
其中电源模块提供电源，电机驱动模块将电源转换为电机驱动信号，信号采集模块采集电机转速和电流信号，控制模块根据采集到的信号进行PID控制。
2.软件设计软件设计包括PID控制器设计和程序编写。
PID控制器是直流电动机双闭环调速系统的核心，其作用是根据采集到的信号计算出控制量，控制电机的转速和负载。
程序编写是将PID控制器的计算结果转换为电机驱动信号，实现电机的精确调速。
四、直流电动机双闭环调速系统的实现1.电路连接将电源模块、电机驱动模块、信号采集模块和控制模块按照设计要求连接起来。
2.参数设置根据电机的参数和工作要求，设置PID控制器的参数，包括比例系数、积分系数和微分系数等。
3.程序编写根据PID控制器的计算结果，编写程序将其转换为电机驱动信号，实现电机的精确调速。
五、直流电动机双闭环调速系统的应用直流电动机双闭环调速系统广泛应用于工业生产和日常生活中，如机床、风机、水泵、电梯等。
其优点是调速范围广、调速精度高、调速响应快、负载能力强等。
六、总结直流电动机双闭环调速系统是一种常用的电子调速方案，其原理是通过速度环和电流环相互独立但相互联系的方式，通过PID控制器对两个环路进行控制，实现电动机的精确调速。
双闭环直流电动机控制系统设计
双闭环直流电动机控制系统设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：电力拖动自动控制系统实习报告题目双闭环直流电动机控制系统设计学生姓名专业班级学号系（部）完成时间目录1 课程设计任务： (5)1。
1 初始条件及要求 (6)1。
2 设计任务 (6)2 方案确定 (6)2。
1 方案选定 (6)2.1.2 桥式可逆PWM变换器的工作原理 (8)2.1.3 系统控制电路图 (10)2。
1.4 双闭环直流调速系统的静特性分析 (11)2。
1.5双闭环直流调速系统的稳态结构图 (12)3 硬件电路设计及参数选择 (13)3。
1 硬件电路设计 (13)3。
1。
1整流变压器选择： (13)3.1.2 转速调节器ASR电路 (14)3.1.3 电流调节器ACR电路 (14)3.1。
4 PWM脉宽控制电路 (15)3。
2 系统参数的选取 (17)3。
2。
1 PWM变换器滞后时间常数T s (17)3。
2。
2 电流滤波时间常数和转速滤波时间常数 (17)3.2.3 反馈系数的确定 (17)3.2.4 电流调节器ACR的设计 (17)3.2。
5 速度调节器ASR设计 (20)4 采用MATLAB对系统进行仿真 (23)4。
1 原理框图设计 (23)4。
1。
1 电流环原理图 (23)4.1。
2 转速环原理图 (23)4。
1。
3转速、电流双闭环直流调速系统原理图 (24)4.2 仿真结果 (25)4.2。
1电流环仿真结果 (25)4.2.2转速环仿真结果 (26)4。
2。
3转速环抗负载扰动仿真结果 (26)4。
3 仿真结果分析 (27)5 设计心得体会 (27)参考文献 (28)附录：系统总电路原理图 (29)摘要本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。
对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。
基于双闭环控制的直流电机调速系统设计
3 双闭环直流调速系统的性能指标
3.1 静态性能指标........................................................................................................ 9 3.2 双闭环控制的性能指标....................................................................................... 11 3.3 双闭环调速系统的动态结构............................................................................... 13 3.3.1 可控硅整流装置的数学模型............................................................................. 13 3.3.2 电动机的传递函数和动态结构........................................................................ 14 3.3.3 测速发电机和比例放大器的传递函数............................................................ 15 3.3.4 电流负反馈环节的模型.................................................................................... 16 3.3.5 双闭环控制系统的动态模型............................................................................ 17
直流电机双闭环控制系统分析与设计
直流电机双闭环控制系统分析与设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN基于MATLAB 的直流电机 双闭环调速系统的设计与仿真设计任务书：1. 设置该大作业的目的在转速闭环直流调速系统中，只有电流截止负反馈环节对电枢电流加以保护，缺少对电枢电流的精确控制，也就无法充分发挥直流伺服电动机的过载能力，因而也就达不到调速系统的快速起动和制动的效果。
通过在转速闭环直流调速系统的基础上增加电流闭环，即按照快速起动和制动的要求，实现对电枢电流的精确控制，实质上是在起动或制动过程的主要阶段，实现一种以电动机最大电磁力矩输出能力进行启动或制动的过程。
此外，通过完成本大作业题目，让学生体会反馈校正方法所具有的独特优点：改造受控对象的固有特性，使其满足更高的动态品质指标。
2. 大作业具体内容设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动，已知电动机参数为：额定功率200W ； 额定电压48V ； 额定电流4A ； 额定转速=500r/min ； 电枢回路总电阻8=R ；允许电流过载倍数=2；电势系数=e C r ； 电磁时间常数=L T ； 机电时间常数=m T ；电流反馈滤波时间常数=oi T ； 转速反馈滤波时间常数=on T 1ms ；要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压==**im nmU U 10V ； 两调节器的输出限幅电压为10V ；f10kHz；PWM功率变换器的开关频率=K。
放大倍数=s试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差；σ5%；电流超调量≤i空载起动到额定转速时的转速超调量 25%；t s。
过渡过程时间=s3. 具体要求(1) 计算电流和转速反馈系数；(2) 按工程设计法，详细写出电流环的动态校正过程和设计结果；(3) 编制Matlab程序，绘制经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线；(4) 编制Matlab程序，绘制未经过小参数环节合并近似处理的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线；(5) 按工程设计法，详细写出转速环的动态校正过程和设计结果；(6) 编制Matlab程序，绘制经过小参数环节合并近似后的转速环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线；(7) 编制Matlab程序，绘制未经过小参数环节合并近似处理的转速环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线；(8) 建立转速电流双闭环直流调速系统的Simulink仿真模型，对上述分析设计结果进行仿真；(9) 给出阶跃信号速度输入条件下的转速、电流、转速调节器输出、电流调节器输出过渡过程曲线，分析设计结果与要求指标的符合性；设计说明书：双闭环直流电机控制动态结构图：图一（不考虑电压和电流滤波）图二（考虑电压和电流滤波）1.稳态参数计算：电流反馈系数：电压反馈系数：2.电流环的设计电流环的控制动态结构图和简化过程：(1)确定时间常数T，按照电流环小时间常数环节的近似处理方电流滤波的时间常数为oi法，取为:(2)选择电流调节器结构电流环的要求超调量不超过5%，因此在设计时按照典型I型进行设计。
最新直流电动机双闭环控制系统的设计与仿真
摘要传统的直流电机一直在电机驱动系统中占据主导地位，但由于其本身固有的机械换向器和电刷导致电机容量有限、噪音大和可靠性不高，因而迫使人们探索低噪音、高效率并且大容量的驱动电机。
随着电力电子技术和微控制技术的迅猛发展成熟起来的直流无刷电机具有体积小、重量轻、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特点，从而使其极有希望代替传统的直流电机成为电机驱动系统的主流。
首先，从电机本体和控制角度出发，阐述了直流无刷电机在实际应用中需要解决的关键性问题：电磁转矩脉动。
详细分析了电磁转矩脉动产生的各种原因，特别是分析了相电流换向所产生的纹波转矩脉动。
其次，本文对无刷直流电动机的工作原理进行了详尽的分析，建立了三相无刷直流电动机的数学模型。
并利用MATLAB／SIMULINK软件建立了三相无刷直流电动机的控制系统仿真模型。
仿真模型采样的是电机控制系统中常用的双环系统(转速一电流双闭环控制)。
为了提高系统的静动态特性，转速外环采用PI调节器，电流内环采用PI调节器。
转子位置通过直流无刷电机感应电势检溺，仿真结果表明了该仿真模型控制系统与理论分析完全吻合，从而证明了模型的有效性。
然后，初步设计了伺服系统的原理图。
以PID控制器作为整个控制电路的核心，一台40w的直流无刷电机作为被控对象，完成了伺服系统的转速控制。
最后，对未来的工作给予了展望，并对全文的内容进行了总结。
关键词：无刷直流电动机；转矩脉动；PID控制器AbstractConventional DC motor always takes up dominant position in driving system，butits inherent mechanical commutator and brush bring on limited capability，low reliability and big noise．These shortcoming necessitate US to develope lower noise，high efficiency and big capability driving motor．With the development of the power electronicsand micro—control technique，permanent—magnet brushless DC motor possesses small volume，light weight，high efficiency，low noise，big capability and reliability，so it is hopeful to become main motor in drive system．Fuzzy controller has the advantage of robust trait and strong anti-jamming merit．First，from the point of view of motor and control，the paper expounds all kinds of cause of brushless dc motor’s ripple toque．Especially，analyzes the cause of commutation ripple torque．Second，mathematical model is presented based on the the operating principle of BLDCM，which is analyzed in detail．This paper introduces software matlab／simulink and how to use it．Simulation model of three—phase BLDCM is set up and performed．The control system is virtually a dual closed—loop system with current controller’s inner loop and speed controller as outer loop．speed controller adopts fuzzy。
一种直流电动机双闭环调速控制系统设计
Un1 ′= Un1 =αn =αn1
(3)
Un2 ′= Un2 =βn
(4)
′
于是有
n·Uαn1 = n1
(5)
从而得到静态特性图 3中的 CA 段 。 4. 1. 2 外环转速调节器饱和
当电机达到额定转速时 , ASR1 输出达限幅值 Unm ′,外环呈开路状态 , 外环慢速调节不再产生影
2007. No. 3
[ 4 ] 赵扶摇等. 直流电动机晶闸管调速系统 [M ]. 北京 :机械工业出 版社 , 1986.
[ 5 ] 秦树人等. 机械测试系统原理与应用 [M ]. 北京 : 科学出版社 ,
2005.
作者简介 : 周金龙 ,男 , 1982 年生 ,黑龙江佳木斯人 ,西南 大学研究生 ,主要从事机电一体化的研究工作 。
本系统设计采用 AT89C51单片机为控制芯片 , 由晶闸管触发主电路控制模块 、转速测量显示模块 、
转速设定模块等组成 。在带有转速测量显示的慢速 反馈中采用电磁测速传感器 ,使用测量频率的方式 得到转速 ,这种方法采样周期较长 。在快速反馈比 较中采用增量式光电传感器 M 法测量转速 ,此方法 采样周期较短 。本文采用的带两个转速环的双回路 闭环控制方法与传统转速控制方法比 ,其性能稳定 , 使调速系统具有良好的静 、动态特性 ,并有较高的精 度和鲁棒性 。 2 系统的组成和结构原理
基准点脉冲的形成由比较器和整形电路构成 。 选用三相交流电的两相交点为参考点 ,在一个周期 内可以得到 3个基准点 。这样就可以得到 3个晶闸 管触发脉冲产生所需的初始基准点脉冲 。 2. 2 晶闸管触发脉冲的形成
当单片机 I/O 口查询到基准点脉冲即同步信 号发生正跳沿时 ,开定时器 ,当定时到要求值时 , 单片机产 生 一 个 脉 冲 。将 此 脉 冲 输 出 给 相 应 的
双闭环直流调速系统开题报告
基于V-M的双闭环直流运动控制系统的设计和校正学生：黄觉鸿指导教师：曾孟雄教学单位：机械与材料学院1 绪论1．1 课题的来源、研究背景及意义电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。
这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。
有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。
20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。
尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。
直流电动机因具有良好的起、制动性能，宜于在大围平滑调速，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应用。
晶闸管问世后，生产出成套的晶闸管整流装置，组成晶闸管—电动机调速系统（简称V-M系统）。
采用速度、电流双闭环直流调速系统,可以充分利用电动机的过载能力获得最快的动态过程，调速围广，精度高，和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性，动态和静态性能均好，且系统易于控制。
双闭环系统的转速环用来控制电动机的转速，电流环控制输出电流；该系统可以自动限制最大电流，能有效抑制电网电压波动的影响；且采用双闭环控制提高了系统的阻尼比，因而较之单闭环控制具有更好的控制特性。
尽当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中V-M 系统的应用还是有相当的比重。
所以以此为课题进行研究具有一定的实用价值。
1.2 相关课题的发展历史控制系统其实从20世纪40年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身。
现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，在控制系统的发展史上，称为第三代控制系统，以PLC和DCS为代表，从70年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。
直流电机双闭环调速控制系统设计
摘要近年来，自动化控制系统在各行业中得到了广泛的应用和发展，而直流调速系统作为电力拖动系统的主要方式之一，在现代化生产中起着十分重要的作用。
随着微电子技术的不断发展，计算机在调速系统中的应用使控制系统得到简化，体积减小，可靠性提高，而且各种经典和智能算法也都分别在调速系统中得到了灵活的应用，以此来达到最优控制效果。
以单片机为控制核心的数字直流调速系统有着许多优点：山于速度给定和测速采用了数字化，能够在很宽的范圉内高精度测速，所以扩大了调速的范圉，提高了测速控制系统的精度；山于硬件的高度集成化，所以使得零部件数量大大减少；山于很多功能都是山软件实现的，使硬件得以简化，因此故障率小；单片机以数字信号工作，控制方法灵活便捷，抗干扰能力较强。
本论文在直流调速系统理论研究的基础上，以80C196KC单片机为控制核心，对双闭环直流调速系统中的转速调节器采了用PID控制算法、电流调节器釆用了PI算法，设计了一套全数字直流电机闭环调速系统。
并且介绍了直流电机调速系统的功能和特性，分析了双闭环PID 控制的调速系统的数学模型，确定了电流环和转速环的比例和积分系数。
此外，本次设计釆用了数字式速度给定和数字式测速方法，大大提高了速度控制的精度。
关键词：直流电动机；调速；PID控制；双闭环目录摘要 (I)目录................................................................... I I 1设计任务： (1)1.1技术数据 (1)1.2要求完成的任务 (1)2直流电机双闭环系统的组成 (1)2. 1双闭环系统总体原理结构方案设计 (1)2.2双闭环系统各组成部分电路方案设计 (2)2. 2.1晶闸管整流电路及保护电路 (2)2. 2.2触发控制电路 (4)2. 2.3系统给定 (6)2. 2.4检测电路 (6)2. 2.5调节器的选择 (8)3.1电流调节器 (13)3.2转速调节器 (15)4参考文献 (15)5 附录 (15)1设计任务：1.1技术数据（1）用线性集成电路运算放大器作为调节器的转速、电流无静差直流控制系统，主电路由晶闸管可控整流电路供电的V-H系统电动机：额定数据40KW, 220V, 210A, 1000r/min,电枢电阻Ra二0. 5Q, Rrec=O. 8, Ks=40飞轮转矩:Kgm*m=7. 0,过载倍数1. 5晶闸管可控整流电路：三相桥式整流电路，整流变压器Y/Y连接，二次测线电压U沪230VV-H系统电枢回路总电阻：R二1Q测速发电机：永磁式，额定数据23. 1W, 110V, 0. 21A, 1900r/min（2）稳态性能指标生产机械要求调速范围：D二10；静态率：s%W5%（3）动态性能指标起动超调量：on o ■ %W5%扰动产生的动态偏差：（nma厂nmin）/nmin *100%^ 10% ;恢复时间：tyW0.5s（4）对起动、停车的快速性无特别要求1.2要求完成的任务1•完成直流转速、电流双闭环系统整体设计2.按性能系统调节器的设计及相关计算3•在实验室完成转速、电流双闭环系统的实验4.呈交一份不少于5000字课程设计说明书，一套设计图纸，一份实验报告2直流电机双闭环系统的组成2.1双闭环系统总体原理结构方案设计直流电机双闭环系统原理图及其描述图2-1直流电机双闭环系统原理图转速电流双闭环控制的直流调速系统是最典型的直流调速系统，其原理结 构如图2-1所示。
双闭环直流调速系统的设计与仿真开题报告
南京工程学院自动化学院毕业设计开题报告课题名称：双闭环直流调速系统的设计与仿真研究*名：**班级： 10自动化1***师：***所在系部：自动化学院专业名称：自动化南京工程学院2014年3 月毕业设计(论文)开题报告Ode23tb（stiff/TR-BDF2)采用TR-BDF2算法，即在龙格-库塔法的第一阶段用用梯形法，第二阶段用二阶的backward differentiation formulas算法，在容差比较大时，ode23tb和ode23t都比ode15s好【8】。
3.直流调速系统直流电动机具有良好的启动、制动性能，宜于在宽范围内平滑无级调速，在轨钢机、铁路机车、造纸机、金属切割机床、高层电梯、矿井卷场机、挖掘机等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的运用。
可控直流电源——电动机调速系统，包括直流电动机启动、开环直流调速、单闭环直流调速、双闭环直流调速以及直流脉宽PWM-M 等调速系统的仿真[9]。
直流电动机和交流电动机相比，其制造工艺复杂，生产成本高，维修困难，需备有直流电源才能使用。
但因直流电动机具有较高的过载能力、较大的启动转矩和良好的启动、制动、平滑的调速性能，可以在很宽范围内平滑调速，能在很短的时间里改变转向，所以直流调速系统在现阶段仍然是自动调速系统的主要形式[10]。
转速-电流双闭环直流调速系统具有结构简单，工作可靠，且设计较为方便的特点，是应用非常广泛的一种直流调速系统[11]。
4.双闭环直流调速系统[1]双闭环直流调速系统的必要性采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以保证系统稳定的条件下实现转速无静差。
但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动、突加负载等等，单闭环系统就难以满足需要。
这主要因为单闭环系统不能完全按照需求来控制动态过程的电流或转矩[12]。
同样，带电流截止负反馈调速系统虽然能够控制电流，但它只值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲是在超过临界电流Idcr击，并不能很理想地控制电流的动态波形。
直流电机双闭环控制系统分析与设计
直流电机双闭环控制系统分析与设计首先，需要建立直流电机的数学模型。
直流电机的数学模型可以通过对其电路方程进行建模推导得出。
常用的直流电机数学模型有电机模型（电压方程和机械方程）和控制系统模型（速度环和位置环模型）。
了解直流电机的数学模型有助于理解其动态特性和确定控制器结构。
其次，需要设计速度环和位置环的控制器。
速度环的控制器通常采用比例-积分（PI）控制器或比例-积分-微分（PID）控制器。
通过调节控制器的参数，可以实现直流电机速度的稳态性能和动态性能的要求。
而位置环的控制器则需要根据位置环的系统模型进行设计，可以采用PID控制器或其他适合的控制器。
接下来，需要进行参数整定。
参数整定是指通过试验和优化方法来确定控制器的参数。
常用的参数整定方法有经验法、试误法和自整定法等。
参数整定的目标是使得系统具有良好的稳定性、快速响应和抗干扰能力。
然后，需要对系统性能进行评价。
系统性能评价指的是通过一些性能指标来评价系统的控制效果。
常用的性能指标有稳态误差、系统响应时间、超调量和抗干扰能力等。
通过对系统性能进行评价，可以对系统的控制效果进行判断和改进。
最后，需要进行实验验证。
实验验证是指在实际系统中进行试验来验证设计的控制系统的性能。
在实验验证过程中，可以根据实际情况对控制器参数进行微调，以达到更好的系统性能。
总的来说，直流电机双闭环控制系统的设计是一个综合性的工作，需要考虑到电机的数学模型、控制器的设计和参数整定、系统性能的评价以及实验验证等方面。
只有综合考虑这些因素，才能设计出性能良好的直流电机双闭环控制系统。
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开题报告电气工程与自动化直流电动机双闭环控制系统设计与分析一、选题的背景与意义随着现代工业的快速发展，在调速领域中，双闭环的控制理念已经得到了越来越广泛的认同。
由于其动态响应快,静态性能良好,抗干扰能力强,因而在工程设计中被广泛地采用[1]。
现在直流调速理论发展得比较成熟,但要真正设计好一个双闭环调速系统并应用于工程设计却有一定的难度[2]。
PID（即：比例-积分-微分）控制器是最早发展起来的控制理论之一，由于它具有算法结构简单、鲁棒性好、可靠性高等优点，在工业控制中90％是采用PID控制系统 [3]。
然而，在越来越复杂的工业过程中，常常难以确定其精确数学模型，无法从理论上准确设计PID 控制器的相应参数。
此外，在实际的生产现场过程中，由于受到现场环境及运行工况的变化等因素的困扰，常规的PID设计方法往往整定欠佳，性能不良，对运行工况的适应性较差，很难满足对生产过程的控制性能和产品质量的要求。
群体智能算法(Swarm Intelligence Algorithm) [4]是近十几年发展起来的智能仿生算法，其基本思想是模拟自然界生物的群体行为来构造随机优化算法。
其中由美国学者Kennedy 和Eberha提出的粒子群优化算法(particle swarill optimization，PSO)计算快速收敛，不易陷入局部最优，而且所需参数少且易于实现。
因此，粒子群及改进的粒子群优化算法在PID参数整定中的应用近几年也得到了极大关注和重视。
二、研究的基本内容与拟解决的主要问题：1、基本内容本课题主要研究直流电动机双闭环控制系统设计与分析，并通过粒子群优化算法（PSO）用于双闭环PID调节控制的方法对系统进行设计和仿真。
双闭环PID控制系统设置了转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流, 两者实行串级连接, 且都带有输出限幅电路。
由于调速系统的主要被控量是转速, 故把转速环作为外环, 以抑制电网电压扰动对于转速的影响, 把由电流环作为内环, 以实现在最大电流约束下的转速过渡过程最快最优控制。
直流电动机双闭环控制系统原理见图1所示。
图1 直流电动机双闭环控制系统原理其中：ASR —转速调节器 ACR —电流调节器 TG —测速发电机 TA —电流互感器 UPE —电力电子变化器*nU —转速给定电压 n U —转速反馈电压 *i U —电流给定电压 i U —电流反馈电压 标准PSO 算法的基本思想是模拟自然界生物的群体行为来构造的随机优化算法。
设在D 维空间中，有m 个粒子组成一个群落，其中12(,,)i i i id X x x x =…,表示第i 个粒子在D 维空间的当前位置，第i 粒子的当前速度用12(,,)i i i id V v v v =…,表示；粒子i 所经历的最好位置称为best P ，记作12(,,)i i i id P p p p =…,，即个体最好位置；全局极值best g ，记为12(,,)g g g gd P p p p =…,，则PSO 算法的进化方程描述为：11122()()()(),n n n n n n id id id id gd id v wv c rand p x c rand p x +=+-+- （1） 11,n n n id id id x x v ++=+ （2） 其中1()rand 和2()rand 表示为[0,1]范围内变化的随机数；1c 和2c 为加速度常数，用来调节每次迭代的步长，一般设置为2；n 为迭代次数；w 为惯性权重，起着调整算法局部和全局的搜索能力的作用；此外为了减少在进化过程中，粒子离开搜索空间的可能性，粒子的速度id v 被一个最大的速度max v 限制，即当前对粒子的加速导致其在某维的速度超过最大的速度max v ，则速度就被限制在max v 。
其中最大速度取决于当前位置与最好位置之间区域的分辨率，如果最大速度太大，可能会飞过最优解，如果最大速度太小，又不能在局部好区间之外进行搜索。
惯性权重参数w 具有维护全局和局部搜索能力的平衡作用。
在解决实际问题时，往往需要先采用全局搜索，以使搜索空间快速收敛到一个较小的区域，然后再采用局部搜索，从而在提高算法优化时间的同时避免了算法较早陷入局部最优，提高了搜索结果的精确度。
通常设定为0.9到0.4的范围内线性减少，即：max min max max,w w w w iter iter -=-⨯ （3） 其中max iter 是最大的进化代数，iter 是当前的进化代数，max w ，min w 分别代表w 的变化范围的上界和下界。
2、拟解决问题要求在不同信噪比下比较控制的结果：（1）、控制精度，过度过程时间，鲁棒性等性能差异。
（2）、讨论各个参数的选择的要求及其对控制结果的影响。
（3）、给出算法的具体步骤和流程图，提供MATLAB 或Simulink 源程序及说明。
三、研究的方法与技术路线：PID 控制器的设计就是对i k ，p k 和d k ，即比例、积分、微分三个参数的调整来达到控制器性能的要求。
PSO 算法优化PID 控制器参数的基本思路为：首先确定算法的维数，进化常数，并根据控制性能的要求，确定优化评价指标，再将PID 参数编码成如下粒子编码串：[,,]i p d k k k ，粒子中每个变量都用实数表示，取值范围根据要求确定，通过粒子群优化算法在该范围内寻求比例、积分微分三个参数的最优解。
图2 PID 控制系统框图 控制规律为：0()()()()t p i d de t u t k e t k e t dt k dt=++⎰其中：()e t =()r t -()y t ，/i p i k k T =，d p d k k T =⨯具体流程如下：第1步：确定种群维数、种群规模、进化常数和控制器参数i k ，p k 和d k 变量取值范围的上下界。
随机初始化粒子群，即粒子的初始位置、速度，粒子的个体最优值best p 和种群的群体最优值best g ；第2步：根据关于i k ，p k 和d k 的适应度评价函数计算粒子群中每一个粒子的适应度； 第3步：将每个粒子的当前适应度与个体最优值best p 比较，如果当前适应度值更优，则用当前的值更新；第4步：将每个粒子的当前适应度与群体最优值best g 比较，如果当前适应度值更优，则用当前的值更新；第5步：根据式（1）和（2）更新每个粒子速度和位置，惯性权重参数按式（3）或者其它优化设置变化；当寻优过程中粒子跑出限定寻优范围，则将其放回边界继续参与寻优； 第6步：迭代次数t=t+1，如果达到最大迭代次数或者优化的终止条件，循环终止，否则返回第2步继续执行。
寻优完成后，输出的best g 中保存的参数，即为控制器参数的最优结果。
在MATLAB 软件中，用Simulink 建双闭环直流电动机调速系统模型。
对于电流内环设计，希望电流无静差，在突加控制时，电流不能有太大的超调，可以选择典型Ⅰ型系统，采用PI 调节。
对于转速环的设计，可以选择典型II 型系统，在实现转速无静差的同时又能满足动态抗干扰性能的要求，采用抗饱和调节器（PID ）。
在软件仿真中建立PSO 优化的系统模型，然后进行系统性能分析，记录数据，然后对PSO 优化后的系统和传统工程设计得到的性能进行对比。
四、研究的总体安排与进度：第1-3周（2010.11.27-2010.12.19）：在广泛查阅中外文献与资料的基础上，完善课题研究方案，完成文献综述2000字以上和翻译外文文献2篇以上，（每篇外文文献翻译的中文字数一般要求2000字以上）。
第4周（2010.12.20-2010.12.26）：在文献查阅的基础上，完成课题综述，完成开题报告，完成开题报告答辩。
第5-8周（2010.12.27-2011.1.16）：毕业设计（论文）的设计主要实施阶段，按本课题的技术路线与总体方案具体实施。
第9-12周（2011.02.17-2011.03.13）：2010学年上学期第1-4周毕业实习。
第13-18周（2011.03.14-2011.04.24）：继续设计阶段、实验、设计、编程、调试、结果分析、撰写论文。
期间还将组织毕业设计的中期检查，执行“毕业设计（论文）中期黄牌警告制度”。
第19-21周（2011.04.25-2011.05.15）：毕业设计资料整理，提交完整的毕业设计（论文）资料。
22-23周（2011.05.16-2011.05.27）：毕业设计（论文）答辩准备、答辩、毕业设计成绩评定。
五、主要参考文献：1. 祁佳，罗琦，王德强，基于改进粒子群算法的PID控制器参数整定[J].计算机与现代化,2009年第1期（总第161期）.2.Chao ou,Weixing Lin,Comparison between PSO and GA for Parameters,Proceedings of the 2006 IEEE international Conference on Mechatronics and Automation June25-28[C],2006,Luoyang,China.3.王伟，张晶涛，柴天佑．PID 参数先进整定方法综述[J]．自动化学报，2000年第26卷第3期．4.Kennedy J，Eberhart R．C，Shi Y．Swarm Intelligence [M].San Francisco：Morgan Kaufm an Publishers，20015.韩璐，直流电动机双闭环调速系统及其SIMULINK的仿真[J].船海工程，2008年第2期(总第153期).6.陈贵敏，贾建援，韩琪．粒子群优化算法的惯性权值递减策略研究[J]．西安交通大学学报，2006年第40卷第1期.7.李立礼，王强，王晓霄．改进粒子群优化算法在PID参数整定中的研究[J]．计算机工程与应用，2009年第45卷第25期.8.陈伯时，电力拖动自动控制系统(第3版)[M].机械工业出版社，2004.9.陈俊强俊，基于粒子群算法的PID控制研究[J].自动化与仪器仪表,2009年第3期（总第143期）.10.刘金琨，先进PID控制MATLAB仿真(第2版)[M].北京：电子工业出版社，2004.11.张兴华，李纬，周刘喜．一种PID 参数整定的粒子群优化算法[J]．计算机工程与应用，2007年第43卷第33期.12.孔敦卫，张勇，张建化．新型粒子群优化算法[J]．控制理论与应用,2008年第25卷第1期.13.邵文，左信，张志新．改进粒子群优化算法及其在PID参数整定中的应用研究[J]．石油化丁自动化，2008年第44卷第5期．毕业设计文献综述电气工程与自动化直流电动机双闭环控制系统设计与分析摘要：针对传统PID控制器参数的整定的缺陷，提出利用PSO算法对PID参数进行整定。