直流调速技术--第四章双闭环直流调速系统
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。
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、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结构图双闭环直流调速系统静态结构图系统特点两个调节器，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②ASR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。
②ACR不饱和。
电流跟随，起到了过流保护作用。
第4章 直流电动机调速控制系统
调速指标
静态调速指标
• 调速范围 • 静差率 • 调速范围与静差率的关系
动态调速指标
• 跟随性能指标 • 抗扰性能指标
单闭环直流调速系统
单闭环有静差调速系统 单闭环无静差调速系统
单闭环有静差调速系统
系统的组成及原理 系统的静特性及静态结构图
系统的反馈控制规律 单闭环调速系统的动态特性
电动机转速与转矩的关系
如果把E =Cen代入式(4-8) ，便可得出电枢电流I的表达式 Ia=(U- Cen )/Ra （4-9） 由上式可见，直流电动机和一般的直流电路不一样，它的电流不仅 取决于外加电压和自身电阻，并且还取决于与转速成正比的反电动 势(当φ为常数) 。将式(4-1) 代入(4-9) 式，可得 n=U/Ce-R Te/ Ce Cm (4-10) 其中Cm=Kmφ，式（4-10）称为电动机的机械特性，它描述了电 动机的转速与转矩之间的关系。 图4-5是机械特性曲线族。在这一曲线族中，不同的电枢电压对应于 不同的曲线，各曲线是彼此平行的。n0( U/Ce)称为“理想空载转 速” ，而⊿n(R Te/ Ce Cm) 称为转速降落。
脉宽调制器是一个电压—脉冲变换装置。由控制 电压Uct进行控制，为PWM变换器提供所需的脉 冲信号。 脉宽调制器的基本原理是将直流信号和一个调制 信号比较，调制信号可以是三角波，也可以是锯 齿波。锯齿波脉宽调制器电路如图4-42所示， 由锯齿波发生器和电压比较器组成。锯齿波发生 器采用最简单的单结晶体管多谐振荡器4-42a)， 为了控制锯齿波的线性度，使电容器Ｃ充电电流 恒定，由晶体管VT1和稳压管VST构成恒流源。
电流截止负反馈环节 带电流截止负反馈环节的单闭环无静差调 速系统
转速电流双闭环直流调速系统PPT课件
转速电流双闭环直流调速系统通常由 转速调节器、电流调节器、直流电机 、测速装置和功率电子装置等组成。
工作原理简介
工作原理
转速电流双闭环直流调速系统通过采集电机的转速和电流信号，经过调节器的处理，输出相应的控制信号来调节 电机的输入电压或电流，从而实现对电机速度的控制。
控制流程
转速调节器根据实际转速与设定转速的差值，输出一个转速调节电压；电流调节器根据实际电流与设定电流的差 值，输出一个电流调节电压。这两个调节电压共同作用，通过功率电子装置控制电机的输入电压或电流，实现电 机的精确调速。
抗扰动能力强
转速环调节器能够有效地抑制外部扰动和内部参数变化对系统稳定性的影响。
转速环的抗干扰性能
抗噪声干扰
采用滤波算法等手段减小噪声对转速检测的影响，提高转速 检测的准确性。
抗负载扰动
通过优化调节器设计，减小负载扰动对转速环稳定性的影响 ，提高系统的鲁棒性。
03
电流控制环
电流检测与调节器设计
02
转速控制环
转速检测与调节器设计
转速检测
采用光电编码器等传感器实时检 测电机转速，并将转速信号转换 为电信号传输给调节器。
调节器设计
根据转速偏差和转速变化率等信号， 采用比例、积分、微分（PID）等 控制算法计算出控制量，实现对电 机转速的调节。
转速环的动态特性
快速响应
转速环调节器具有较快的响应速度，能够快速地调节电机转速，减小超调量。
测试方案制定
根据系统要求，搭建测试平台，包括电源 、电机、测速装置、数据采集系统等。
根据系统性能指标，制定详细的测试方案 ，包括测试项目、测试步骤、测试数据记 录等。
测试数据采集与分析
验证与改进
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1.双闭环直流调速系统的特性：(1)调速性能优良：双闭环控制可以提高调速性能，使得速度响应更加迅速、稳定。
由于速度闭环控制，系统可以实时检测速度偏差，并根据偏差调整电机的控制信号，从而使电机转速保持恒定。
(2)载荷抗扰性好：双闭环直流调速系统具有良好的抗负载扰动能力。
通过电流闭环控制器对电流进行反馈控制，一旦发生负载变动，系统可以根据反馈信号快速调整电流，以保持电机输出功率稳定。
(3)适应性强：双闭环直流调速系统适应性强，可以适应各种负载条件下的调速要求。
通过速度闭环控制器可以实时检测速度偏差，并根据偏差调整电机的控制信号，以适应不同的负载要求。
(4)技术难度较高：双闭环直流调速系统需要同时进行速度闭环控制和电流闭环控制，涉及到多个反馈环节和控制算法的设计与调试，技术难度相对较高。
2.双闭环直流调速系统的原理：(1)速度闭环控制原理：速度闭环控制器测量电机的速度，并将测量值与期望速度信号进行比较，得到速度偏差。
根据速度偏差，通过控制器计算得到电机的控制信号，调整电机的输入电压或者电流，使得速度偏差减小，并最终稳定在期望速度值上。
(2)电流闭环控制原理：电流闭环控制器测量电机的电流输出值，并将测量值与期望电流信号进行比较，得到电流偏差。
根据电流偏差，通过控制器计算得到电机的控制信号，调整电机的输入电压或者电流，使得电流偏差减小，并最终稳定在期望电流值上。
(3)内环逆变器控制：双闭环直流调速系统通常采用内环逆变器控制方式。
内环逆变器控制主要是通过改变电机的输入电压或者电流来控制其输出转矩和速度。
内环逆变器可以调整直流电动机的极性和大小，以实现对电机力矩和速度的精确控制。
(4)反馈和调节：双闭环直流调速系统中的反馈环节起到了至关重要的作用。
通过测量电机的速度和电流输出值，并与期望值进行比较，得到偏差信号，通过控制器计算得到控制信号，对电机输入电压或者电流进行调节，以实现对速度和电流的闭环控制。
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
双闭环直流调速系统姓名：学号：专业：电气工程及其自动化日期：2015年12月23日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。
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的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。
该系统起动时，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。
关键词：双闭环，转速调节器，电流调节器双闭环直流调速系统的设计双闭环直流调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流, 即分别引入转速负反馈和电流负反馈。
两者之间实行嵌套连接，且都带有输出限幅电路。
转速调节器ASR 的输出限幅电压*im U 决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR 的输出限幅电压cm U 限制了电力电子变换器的最大输出电压dm U 。
由于调速系统的主要被控量是转速, 故把转速负反馈组成的环作为外环, 以保证电动机的转速准确跟随给定电压, 把由电流负反馈组成的环作为内环, 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电力电子变换器UPE ，这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
双闭环直流调速系统框图双闭环直流调速系统电路原理图一．本设计预设的参数直流电动机：220V，136A, 1500r/min, Ce=0.136Vmin/r晶闸管装置放大系数：K s=40电枢回路总电阻：R=0.5欧时间常数：T l=0.015s, T m=0.2s, 转速滤波环节时间常数T on取0.01s 电压调节和电流调节器的给定电压为8V系统稳态无静差，电流超调量σi≤5%; 空载启动到额定转速时的转速超调量σn≤10%。
双闭环直流调速系统原理介绍
但其输出却由于积分作用还维持在限幅值Ui∗m，所以电动机仍在加速，使转速超调。转速超调后，ASR 的
输入偏差电压变为负，使它开始退出饱和状态，Ui∗和Id很快下降。但是，只要Id > IdL，转速就继续上升。
-3-
直到Id = IdL时，转矩Te = TL，则ddnt = 0，转速 n 达到峰值。此后Id < IdL，电动机开始在负载的阻力下减 速，直到稳态。
触发。
1.3 系统的结构选择
图 1 三相桥式全控整流电路
方案一，采用转速反馈控制直流调速系统，即单闭环调速系统，用 PI 调节器实现转速稳态无静差，消
除负载转矩扰动对稳态转速的影响，并用电流截止负反馈限制电枢电流的冲击，避免出现过流现象。
方案二，采用转速、电流反馈的控制直流调速系统，即双闭环调速系统。
第二阶段是恒流升速阶段，在这个阶段中，ASR 始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒流
给定Ui∗m下的电流调节系统，基本上保持电流Id恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长，是起动过 程的主要阶段。
第三阶段是转速调节阶段，在这阶段中，当转速上升到给定值n∗时，转速调节器 ASR 的输入偏差为零，
VT3、VT5 的脉冲依次差120。，共阳极组 VT4、VT6、VT2 也依次差120。；同一相的上下两个桥臂，
即 VT1 与 VT4，VT3 与 VT6，VT5 与 VT2，脉冲相差180。。 3) 整流输出电压Ud一周期脉动六次，每次脉动的波形都一样，故该电路为六脉波整流电路。 4) 需保证同时导通的两个晶闸管都有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发，另一种是双脉冲
由于转速单闭环系统并不能充分按照理想要求控制电流（或电磁转矩）的动态过程，对于经常正、反
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
双闭环直流电动机调速系统PPT课件
第1页/共62页
转速、电流双闭环调速系统的工作原理
• 电流调节环 • 速度调节环 • 双闭环系统起动过程分析 • 双闭环调速系统的动态抗扰动性能 • 双闭环调速系统中两个调节器的作用
第2页/共62页
五 单闭环调速系统的限流保护—电流截止负反馈
• 问题的提出 ➢ 起动的冲击电流——直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施， 会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利，对过载能力低的 电力电子器件来说，更是不能允许的。
都要求把固定的直流电源电压变换为不同的电压等级，例如地铁列车、无 轨电车或由蓄电池供电的机动车辆等，它们都有调速的要求，因此，要把 固定电压的直流电源变换为直流电动机电枢用的可变电压的直流电源。 • 由脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）变换器向直流电动机供电 的系统称为脉冲宽度调制调速控制系统，简称PWM调速系统。 • 图4-34是脉宽调制型调速控制系统原理图及输出电压波形。
n E Ce
即可得到额定励磁下他励直流电动机动态结构图
IL(s)
Ud0(s) -
1 R
Id(s) -
TLs 1
R E(s) 1
TM s
Ce
n(s)
第25页/共62页
干扰量
的综I合L 点前移，化简得
IL(s)
R(TLs 1)
Ud0(s) -
1
n(s)
Ce Tms(TLs 1) 1
第26页/共62页
2、触发器和晶闸管整流装置数学模型及动态结构图 晶闸管触发导通后，在尚未关断之前，改变控制电压Uct的值，但整流电压 的瞬时波形和 角并不能立即跟随Uct的变化，通常把这个滞后时间称作整流装置的 失 控 时 间 ， 用 Ts 来 表 示 。
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。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
双闭环系统框图
第四章 双闭环直流调速系统
调节板TJB 实物图
第四章 双闭环直流调速系统
转速-电流双闭环系统调节板内部的连接示意图
第四章 双闭环直流调速系统
2. 直流调速柜的安装接线
直流调速柜双闭环控制盒前视图
第四章 双闭环直流调速系统
测速发电机检测反馈信号的接线示意图
第四章 双闭环直流调速系统
这种保持电流不变的特性，使系统具有了以下特性： ①自动限制最大电流。 ASR的输出限幅值为Usim，电流的最大值：I m U sim 一般整定为： I m 2 ~ 2.5I N 。
②能有效抑制电网电压波动的影响。
使流过电动机的电流能很快恢复到原值。当电网
电压波动而引起电流波动时。
第四章 双闭环直流调速系统
一、理想的启动电流波形
启动过程中电流和转速波形 a) 带电流截止负反馈单闭环调速系统的启动电流波形 b) 理想的快速启动电流波形
第四章 双闭环直流调速系统
二、转速-电流双闭环直流调速系统的组成
转速-电流双闭环直流调速系统结构图 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—晶闸管触发整流装置
第四章 双闭环直流调速系统
双闭环调节板处于开环位置
第四章 双闭环直流调速系统
双闭环调节板处于闭环位置
第四章 双闭环直流调速系统
4. 一般故障的检测与排除
（1）观察故障现象，分析故障原因 1）观察故障现象：双闭环直流调速系统通电后， 转速不能达到额定转速。 2）分析故障原因：根据故障现象，对电路进行原 理分析，并整理出故障原因的相关信息。
ACR一般不饱和。
第四章 双闭环直流调速系统
2．第II阶段——恒流升速阶段（t1～t2）
恒流升速阶段是起动过程中的主要阶段，在第II阶 段中，ASR始终是饱和的，为了保证电流环的主要调 节作用，ACR是不饱和的。
第四章 双闭环直流调速系统
3．第Ⅲ阶段——转速调节阶段（t2以后）
在第III阶段，ASR和ACR都不饱和，ASR起主导的 转速调节作用，而ACR则力图使Id尽快地跟随其给定值 Usi，或者说，电流内环是一个电流随动子系统。
（3）当电动机过载或堵转时，限制电枢电流的最 大值，起到电流安全保护的作用（作用等同于电流截 止负反馈）。 （4）对电网电压波动起快速抑制作用。
第四章 双闭环直流调速系统
3．单闭环调速系统与双闭环调速系统的比较
双闭环调速系统具有的优点： （1）具有良好的静特性（接近理想的“挖土机特 性”）。 （2）具有较好的动态特性，起动时间短（动态响应 快），超调量也较小。
第四章 双闭环直流调速系统
五、电动机堵转过程
当Id <Idm时，转速负反馈起主要调节作用。 当电动机发生严重过载或机械部件被卡住，并当Id >Idm 时，此时的调节过程如下：
第四章 双闭环直流调速系统
如图所示，实线为理想的“挖土机特性”，虚线为双 闭环直流调速系统实际的机械特性，它已很接近理想的 “挖土机特性”。
第四章 双闭环直流调速系统
结论 转速环主要作用为保持转速稳定，消除转速偏差；电 流环主要作用为稳定电流，即限制最大电流，抑制电网 电压的波动。
对于调速系统，最重要的动态性能就是抗干扰性能，
主要包括抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。从抗干 扰性能方面分析，一般来说，双闭环调速系统具有比较 满意的动态性能。
第四章 双闭环直流调速系统
（3）系统抗扰动能力强，电流环能较好地克服电网 电压波动的影响，而速度环能抑制被它包围的各个环节
扰动的影响，并最后消除转速偏差。
（4）由两个调节器分别调节电流和转速。可以分别
进行设计、调整（先调好电流环，再调速度环）。
第四章 双闭环直流调速系统
实训6 双闭环直流调速系统的接线与调试 一、实训目的
3
1套
4
MCL-18
1组
第四章 双闭环直流调速系统
续表
序号 5 6 7 8 9 10 11 12 材料 可调电容器 直流电动机 测速发电机及测功机、转速表 三相可变电阻器 双踪示波器 万用表 电流表、电压表 一字旋具 型号 MEL-11 PN =185 W、 UN =220 V、 IN =1. 1 A、 n = 1500 r / min MEL-13组件 MEL-03 GOS-620 数字式或指针式 MEL-06 数量 2个 1台 1组 1组 1台 1只 各 1只 1把 或型号自定 或型号自定 备注
定或负载突然变化时，动态速降 动态性能 （好、不好）。
第四章 双闭环直流调速系统
实训7 直流调速柜双闭环系统的调试与故障排除
一、实训目的
1. 熟悉直流调速柜双闭环系统的各组成部分及其结构位置。 2. 掌握转速-电流双闭环直流调速系统的安装接线与调试。 3. 能够对转速-电流双闭环直流调速系统进行简单的故障排除。
RP5
RP6 RP7 RP8
过流值大小调整电位器
保护值调整电位器 (在线路板上 ) 电流反馈电位器 (在线路板上 ) 转速反馈电位器 (在线路板上 )
S5
转速反馈测试点
第四章 双闭环直流调速系统
（1）继电控制电路的通电调试 （2）各控制板的调试 （3）开环通电调试（带电阻性负载） （4）闭环通电调试（带电动机负载）
1. 熟悉转速-电流双闭环直流调速系统的电路结构。
2. 熟练掌握转速-电流双闭环直流调速系统的接线。
3. 掌握转速-电流双闭环直流调速系统的调试步骤、方法
及参数整定。
第四章 双闭环直流调速系统
二、实训内容
1. 转速-电流双闭环直流调速系统的主电路接线和控 制电路接线。
2. 转速-电流双闭环直流调速系统各部件的调试和系
第四章 双闭环直流调速系统
1．掌握双闭环直流调速系统的结构及各组成部分 的作用。 2．掌握双闭环直流调速系统的起动过程及系统的 自动调节原理。 3．了解双闭环直流调速系统的静特性。
第四章 双闭环直流调速系统
双闭环直流调速系统的应用 a) 纺织机械自动络筒机 b) 造纸行业复卷机
第四章 双闭环直流调速系统
第四章 双闭环直流调速系统
实训7 直流调速柜双闭环系统的调试与故障排除
一、实训目的
1. 熟悉直流调速柜双闭环系统的各组成部分及其结构位置。 2. 掌握转速-电流双闭环直流调速系统的安装接线与调试。 3. 能够对转速-电流双闭环直流调速系统进行简单的故障排除。
第四章 双闭环直流调速系统
二、实训器材
第四章 双闭环直流调速系统
转速-电流双闭环直流调速系统的组成关系如下：
第四章 双闭环直流调速系统
转速-电流双闭环直流调速系统原理图
第四章 双闭环直流调速系统
转速-电流双闭环直流调速系统组成框图如下：
从上图中可以看出系统各物理量之间的关系，如：
Un Usn U fn Usn n Ui U si U fi U si I d
第四章 双闭环直流调速系统
三、系统的起动过程分析
双闭环直流调速系统启动时的转速和电流波形
第四章 双闭环直流调速系统
1．第I阶段——电流上升阶段（0～t1）
突加给定电压Usn后，Id上升，当Id小于负载电流IdL时， 电动机还不能转动。当Id≥IdL后，电动机开始启动。
在第I阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而
统的通电调试。
3. 求取双闭环直流调速系统的机械特性。
4. 观察系统抑制扰动的调节作用并了解其动态特性。
第四章 双闭环直流调速系统
三、实训器材
实训设备、工具及仪表清单
序号 1 2 材料 电力电子及电气传动实验台 三相可调交流电源 三相整流及触发装置、可调电 抗器 给定电位器、转速调节器、速 度变换器、电流调节器、电流 检测电路 型号 求是公司的 MCL-II型 输出 0 ~380 V、 50 Hz 三相对称交流电 MCL-33 数量 1台 1个 或型号自定 备注
双闭环直流调速系统的机械特性
第四章 双闭环直流调速系统
六、双闭环调速系统的特点
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）对负载变化起抗干扰作用。 （3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流
第四章 双闭环直流调速系统
4．系统起动过程特点
（1）饱和非线性控制
（2）时间最优控制 恒流升速阶段：电流保持恒定为允许的最大值，充分
发挥电动机的过载能力，使启动过程最快。属于电流受限
制条件下的最短时间限制。
第四章 双闭环直流调速系统
（3）转速超调 在启动过程的第Ⅱ阶段即恒流升速阶段，ASR处于 饱和状态，这是为了使电流维持在最大值，以使得转速
第四章 双闭环直流调速系统
（2）查找故障点，并修复故障
1）断开电源，抽出双闭环调节板仔细观察，是否有
器件损坏变色的痕迹，了解是否有故障发生时产生的声、
光、味等异常现象，初步确定故障范围。 2）将双闭环调节板中的可调电位器RP1、RP2 的阻 值调小，降低ASR 的限幅电压。 3）将调节板安放好，重新通电调试运行。
实训设备、工具及仪表清单
序号 1 2 3 材料 直流调速柜 万用表 双踪示波器 型号或规格 DSC-32型或 DSC-5型 数字式或指针式 GOS-620 数量 1台 1只 1台 或型号自定 或型号自定 备注
4
5
试电笔
一字旋具1支1把源自第四章 双闭环直流调速系统
三、实训步骤
1. 认识双闭环直流调速柜各组成部分及结构位置
（3）闭环系统各部件调试 （4）闭环调速系统调试 （5）双闭环调速系统工作机械特性的测试 （6）双闭环调速系统的动态波形的观察