直流电机双闭环调速系统设计要点
可逆直流电机双闭环调速系统的设计
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双闭环直流调速系统的设计
双闭环直流调速系统的设计一、双闭环直流调速系统的结构速度闭环由速度检测器、速度控制器和执行器组成。
速度检测器通常采用编码器或霍尔效应传感器，用于实时测量电机的转速。
速度控制器根据检测器测量值与设定值的差异，计算出控制信号，并将其发送给执行器。
执行器根据控制信号调整电机的驱动电压或电流，以实现转速的控制。
电流闭环由电流检测器、电流控制器和执行器组成。
电流检测器用于测量电机的电流值，电流控制器根据检测值与设定值的差异计算出电流控制信号，并将其发送给执行器。
执行器根据电流控制信号调整电机的电压或电流，以保持电机电流稳定。
二、双闭环直流调速系统的设计步骤1.确定系统的要求和参数：包括转速范围、精度要求、响应时间等。
根据要求和参数，选择适当的检测器、控制器和执行器等元件。
2.设计速度闭环：选择适当的速度检测器，如编码器或霍尔传感器，用于测量电机的转速。
选择合适的速度控制器，如PID控制器，根据转速设定值和检测器测量值的误差计算出控制信号。
选择合适的执行器，如晶闸管或MOSFET，对电机的驱动电压或电流进行调节。
3.设计电流闭环：选择适当的电流检测器，如电流互感器或霍尔传感器，用于测量电机的电流值。
选择合适的电流控制器，如PID控制器，根据电流检测值和设定值的差异计算出电流控制信号。
选择合适的执行器，如晶闸管或MOSFET，对电机的驱动电压或电流进行调节。
4.设计输出滤波器：为了减小电机输出信号的电磁干扰和噪声，可以设计一个输出滤波器，将电机输出信号进行滤波处理。
5.进行系统参数的仿真和调试：使用仿真软件对双闭环直流调速系统进行仿真，并调试系统参数以满足设计要求。
可以采用MATLAB等软件进行仿真和参数优化。
6.确定系统结构和元件的选型：根据仿真和调试的结果，确定系统结构和元件的选型，并进行实际建设和测试。
总结：双闭环直流调速系统的设计是一项复杂的工程，需要综合考虑多个因素。
正确选择检测器、控制器和执行器等元件，并合理调整系统参数，可以实现对直流电机转速的精确控制。
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嘿，大家好！今天咱们聊聊一个挺酷的话题：双闭环直流电机调速系统。
虽然听起来有点像外星人的科技，但是其实它就是咱们日常生活中的一些电机背后的“聪明脑袋”。
没错，电动工具、电动汽车，甚至是你家那台洗衣机，都可能用到这种技术。
别担心，我会用简单易懂的语言，把这个“高大上”的话题聊得通俗易懂，让你像喝水一样轻松明白。
1. 什么是双闭环系统？首先，咱们得搞清楚什么是双闭环系统。
你可以把它想象成一辆高科技的赛车。
车上有两个智能系统，一个负责控制车速，另一个负责检查车速是不是正好。
第一个环节，叫做“速度闭环”，就像是车里的加速器，它根据你给的油门信号来调整速度。
第二个环节，叫做“电流闭环”，就是车上的仪表盘，它会实时监控实际速度和预定速度的差异，确保车速始终如你所愿。
两个环节相互配合，就像是赛车手的左右手，协作得天衣无缝。
1.1 速度闭环的作用速度闭环系统，简单来说，就是确保电机转得刚刚好。
你可以把它想成是你的车速表，告诉你车速到底快不快。
当你设定了目标速度后，速度闭环就会一直“盯着”电机的实际速度，看是不是达到了你想要的。
要是电机转得快了或者慢了，速度闭环会发出“警报”，让电机调整到正确的速度。
就像你开车的时候，如果超速了，车上的警报器就会提醒你：“嘿，慢点！”1.2 电流闭环的作用而电流闭环呢，就是确保电机在运行时不会超负荷。
你可以把它想象成你的车载电脑，时刻监控电机的“健康状态”。
如果电机的电流过大，就像是车上的发动机超负荷一样，电流闭环会自动调整电流，防止电机“过劳”工作，保障电机的长寿命和稳定性。
这就像车上的“健康检查”，时刻关注电机的“身体状况”，让它保持在最佳状态。
2. 如何设计双闭环系统？说到设计双闭环系统，那可不是简单的“煮熟的鸭子嘴里跑”，而是要细心雕琢的“工艺品”。
设计时，你需要考虑到很多细节，就像调配一杯完美的鸡尾酒一样，必须把每个成分都搭配得恰到好处。
2.1 控制器的选择首先，你得挑选一个靠谱的控制器。
双闭环直流调速系统ACR设计
双闭环直流调速系统ACR设计双闭环直流调速系统（ACR）是一种使用两个反馈环来控制直流电机转速的系统。
其中一个环，被称为速度环（内环），用来控制电机的速度；另一个环，被称为电流环（外环），用来控制电机的电流。
ACR系统能够提供更精确的转速控制，同时能够保护电机免受过流和过载的损坏。
ACR系统的设计首先需要确定控制器的参数。
其中，内环控制器的参数包括比例增益（Kp）和积分时间（Ti）；外环控制器的参数包括比例增益（Kp）和积分时间（Ti）。
这些参数需要根据实际系统的需求来选择，可以通过试验和调整来获得最佳参数。
在内环控制器中，比例增益决定了速度误差与输出调节器输入信号之间的比例关系，即输出调节器的输出值与速度误差的乘积。
积分时间决定了对速度误差的积分时间长度，即速度误差累计值。
在外环控制器中，比例增益决定了电流误差与输出调节器输入信号之间的比例关系，即输出调节器的输出值与电流误差的乘积。
积分时间决定了对电流误差的积分时间长度，即电流误差累计值。
ACR系统的设计还需要确定速度传感器和电流传感器的类型和位置。
速度传感器用于测量电机的转速，可以选择编码器、霍尔传感器等；电流传感器用于测量电机的电流，可以选择霍尔传感器、感应电流传感器等。
这些传感器需要合理安装在电机上，以确保准确测量电机的转速和电流。
在系统工作时，ACR系统通过测量电机的转速和电流，并与设定值进行比较，计算得到速度误差和电流误差。
然后，内环控制器根据速度误差来产生控制信号，控制电机的速度接近设定值；外环控制器根据电流误差来产生控制信号，控制电机的电流接近设定值。
这些控制信号通过功率放大器输出到电机，实现对电机速度和电流的控制。
ACR系统的设计需要考虑诸多因素，如电机的负载特性、速度和电流的响应时间、系统的稳定性等。
通过合理选择控制器的参数和传感器的类型和位置，采取适当的控制策略，可以实现高精度、高效率的直流电机调速系统。
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。
双闭环直流调速系统设计要点
于是，相角稳定裕度
180 90 arctg cT 90 arctg cT 45
2. 典型Ⅱ型系统
• 结构图和传递函数
R( s)
K (s 1) s 2 (Ts 1)
C (s)
K (s 1) W ( s) 2 s (Ts 1)
（2-10）
T1 T m T2 T2
Cmax 100% Cb
降落时间/时间常数
1 5
55.5% 2.8 14.7
1 10
33.2% 3.4 21.7
1 20
18.5% 3.8 28.7
1 30
12.9% 4.0 30.4
tm / T
恢复时间/时间常数
tv / T
突加扰动的动态过程和抗扰性能指标(插图)
• 开环对数频率特性
dB/dec dB/dec O dB/dec
• 性能特性
典型的II型系统也是以 –20dB/dec 的斜率穿越 零分贝线。由于分母中 s2 项对应的相频特性是 –180°，后面还有一个惯性环节，在分子添上一 个比例微分环节（s +1），是为了把相频特性抬 到 –180°线以上，以保证系统稳定，即应选择 参数满足
C b=?
C
N
C 1
±5%（或±2%）Cb
N
Cmax
C 2
O
tm
t
tv
2.3.5 典型II型系统性能指标和参数的关系
• 可选参数： 在典型II型系统的开环传递函 数式(2-10)中，与典型 I 型系统相仿，时间 常数T也是控制对象固有的。所不同的是， 待定的参数有两个： K 和 ，这就增加了 选择参数工作的复杂性。 为了分析方便起见，引入一个新的变量 (图2-16)，令: 中频宽(度):
双闭环直流调速系统设计方案
关键词：双闭环晶闸管转速调节器电流调节器目录1引言 (1)2总体方案设计 (1)2.1 方案比较 (1)2.2 方案论证 (2)2.3 方案选择 (3)2.4 设计要求 (3)3单元模块设计 (4)3.1 转速给定电路设计 (4)3.2 转速检测电路设计 (4)3.3 电流检测电路设计 (4)3.4 整流及晶闸管保护电路设计 (4)3.4.1 过电压保护和du/dt限制 (5)3.4.2 过电流保护和di/dt限制 (5)3.4.3 整流电路参数计算 (6)3.5电源设计 (8)3.6 控制电路设计 (8)4系统调试 (13)5系统部分电气原理图 (17)6结论 (17)7总结与体会 (18)8参考文献 (18)1引言许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能。
而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。
双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。
转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能好、应用最广的直流调速系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。
我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。
采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。
本设计是以直流PWM控制调速系统进行调速，采用转速调节器ASR、以及电流调节器ACR并用PI调节器进行校正，对反馈信号进行采集，处理起到无静差效果。
用25LJPF40电力二极管进行整流，以及滤波，通过驱动电路的作用将控制电路输出的PWM信号得到IGBT可靠的导通和关断，并用霍尔传感器对电流取样进而反馈至电流调节器，系统同时设有过流保护，为此达到双闭环可逆调速。
2总体方案设计2.1 方案比较方案一：单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统是指只有一个转速负反馈构成的闭环控制系统。
双闭环直流调速系统设计
双闭环直流调速系统设计1.电机数学模型的建立首先要建立电机的数学模型，这是设计双闭环直流调速系统的基础。
根据电机的参数和运动方程，可以得到电机的数学模型，一般为一组耦合的非线性微分方程。
2.速度内环设计速度内环负责实现期望速度的跟踪控制。
常用的设计方法是采用比例-积分(PID)控制器。
PID控制器的输出是速度的修正量，通过与期望速度相减得到速度误差，然后根据PID算法计算控制器输出。
PID控制器的参数调节是一个关键问题，可以通过试探法、经验法或优化算法等方法进行调节，以实现最佳的速度跟踪性能。
3.电流外环设计电流外环的作用是保证电机的电流输出与速度内环控制输出的一致性。
一般采用PI调节器进行设计。
PI调节器的参数通过试探法、经验法或优化算法等方法进行调节，以实现电流输出的稳定性。
4.稳定性分析与系统稳定控制设计好速度内环和电流外环后，需要对系统的稳定性进行分析。
稳定性分析可以通过线性化方法、根轨迹法、频率响应法等方法进行。
分析得到系统的自然频率、阻尼比等参数后，可以根据稳定性准则进行系统稳定控制。
常用的控制方法包括模型预测控制、广义预测控制、滑模控制等。
5.鲁棒性设计在双闭环直流调速系统设计中，鲁棒性是一个重要的指标。
通过引入鲁棒性设计方法，可以提高系统对参数扰动和外部干扰的抑制能力。
常用的鲁棒性设计方法包括H∞控制、μ合成控制等。
以上是双闭环直流调速系统设计的一般步骤，具体的设计过程可能因实际应用和控制要求的不同而有所差异。
设计双闭环直流调速系统需要深入了解电机的特性和系统的控制需求，综合运用控制理论和工程方法，通过模拟仿真和实验验证来不断调整和优化控制参数，以实现系统的高性能调速控制。
双闭环直流可逆调速系统设计
双闭环直流可逆调速系统设计
一、实现双闭环直流可逆调速系统的基本原理
双闭环直流可逆调速系统是一种复杂的控制系统，通过控制电机转速
调整和调节，可以实现直流可逆调速系统的功能。
它的工作原理是：当电
机的转速发生变化时，运用程序控制器调整反馈信号。
在反馈信号中，检
测电机转速，并将其作为参考，经过放大器检测调节，将放大器调节的参
数输入给程序控制器，然后根据给定的转速和调节参数，程序控制器根据
相关的算法，调节步进电机的每一步的转速，实现当电机转速发生变化时，程序控制器控制电机转速。
二、双闭环直流可逆调速系统的组成
1.输入信号源：输入信号源主要有可逆调节信号和程序控制参数信号，两者同时作用，确定电机控制的转速范围和精度要求，从而保证可逆调速
系统的精度。
2.程序控制器：程序控制器是可逆调速系统的核心，它根据输入的控
制信号，控制反馈电路，实时获取电机的转速参数，根据算法，按照程序
控制的调节参数调节步进电机，实现调节目标速度。
直流电动机转速电流双闭环调速系统设计
直流电动机转速电流双闭环调速系统设计班级电气0701姓名学号同组人1目录1.设计内容及要求 3 (4)2.双闭环直流调速系统设计 4 (16)3.单闭环直流调速系统设计 16 (21)4.相关原理图设计波形图 21 (25)5.设计总结及心得 262第一章.设计内容及要求1.设计内容：1.1根据给定参数设计转速电流双闭环直流调速系统1.2根据给定参数设计转速单闭环直流调速系统，并利用模拟电路元件实现转速单闭环直流调速系统2.设计要求：根据设计要求完成双闭环系统的稳态参数设计计算、判断系统的稳定性、绘制系统的稳态结构图2.1直流调速系统的调节器，选择调节器结构、利用伯德图完成系统动态校正、计算系统的稳定余量γ及GM、计算调节器参数、绘3.设计参数：3.1直流电动机参数：PN =20W、UN=24V、IN=1.5A、nN =3000r/min、电枢电阻Ra=4.5Ω电枢电感La=6.76mH、GD2=15.68N·cm2、Tm=30ms3.2测速发电机参数：Un =80V，nN=3000r/min，PN=16W，IN=200mA，负载电阻R=400Ω3.3PWM主电路：驱动频率f≥10kHz3.4设计指标转速单闭环直流调速系统：D=20，s≤5%；转速电流双闭环直流调速系统：U *n =5V，Uim=5V，Idm=1.5IN，σi≤5%，σn≤10%。
第二章.双闭环直流调速系统设计3转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性能很好的直流调速系统。
本章着重阐明其控制规律、性能特点和设计方法，是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。
2.1转速、电流双闭环直流调速系统的成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，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。
二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图所示。
图中，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。
转速电流双闭环直流调速系统设计
转速电流双闭环直流调速系统设计一、引言直流调速系统是控制直流电机转速的一种常用方法。
在实际应用中，为了提高系统性能，通常采用双闭环控制结构，即转速环和电流环。
转速环用于控制电机转速，电流环用于控制电机电流。
本文将对转速、电流双闭环直流调速系统进行详细设计。
二、转速环设计转速环的主要功能是通过控制电机的转矩来实现对转速的精确控制。
转速环设计步骤如下：1.系统建模：根据电机的特性曲线和转矩方程，建立电机数学模型。
通常采用转速-电压模型，即Tm=Kt*Ua-Kv*w。
2.设计转速环控制器：选择适当的控制器类型和参数，比如PID控制器。
根据电机数学模型，可以使用根轨迹法、频域法等进行控制器参数设计。
确定控制器增益Kp、Ki和Kd。
3.闭环仿真：使用仿真软件，进行闭环仿真，验证控制器的性能。
4.实际系统调试：将设计好的转速环控制器实施到实际系统中，进行调试和优化。
根据实际情况对控制器参数进行微调。
三、电流环设计电流环的主要功能是控制电机的电流，以确保电机输出的转矩能够满足转速环的要求。
电流环设计步骤如下：1.系统建模：根据电机的特性曲线和电流方程，建立电机数学模型。
通常采用电流-电压模型，即Ia=(Ua-R*Ia-Ke*w)/L。
2.设计电流环控制器：选择适当的控制器类型和参数，比如PID控制器。
根据电机数学模型，可以使用根轨迹法、频域法等进行控制器参数设计。
确定控制器增益Kp、Ki和Kd。
3.闭环仿真：使用仿真软件，进行闭环仿真，验证控制器的性能。
4.实际系统调试：将设计好的电流环控制器实施到实际系统中，进行调试和优化。
根据实际情况对控制器参数进行微调。
四、双闭环控制系统设计在转速环和电流环都设计好的基础上，将两个闭环控制器连接起来，形成双闭环控制系统。
具体步骤如下：1.控制系统结构设计：将电流环置于转速环的前端，形成串级控制结构。
2.系统建模：将转速环和电流环的数学模型进行串联，建立双闭环控制系统的数学模型。
直流电动机转速电流双闭环调速系统设计
目录第一章.设计内容及要求第二章：转速闭环直流调速系统设计第三章.调速系统硬件设计第四章.调速系统软件设计第五章．调速系统性能分析及总结1第一章.设计内容及要求一直流电动机，额定电枢电压为220V,额定转速1500r/min，额定电流1.1A，电枢绕组电阻Ra=0.11 。
设计一个直流电机转速闭环调速系统。
该调速系统的调速方式为降压调速，既在励磁不变的情况下，降低电枢电压调速。
电机直流供电电源可用三相桥式不可控整流电路整流后经稳压滤波得到，通过全控型电力电子器件——IGBT对直流电源进行斩波调压。
转速给定采用电位器给定，系统控制单元采用单片机，PWM波产生采用单片机产生方式，转速检测用测速发电机或者光电编码器。
第二章.转速闭环直流调速系统设计2.1转速闭环直流调速系统设计为了实现转速闭环调速设计系统，需要设计一个转速反馈环节。
通过速度传感器对直流电机的转速进行检测，并且对转速输出信号、转速设定电位器电压信号，用单片机进行采集并且进行滤波处理，通过并且通过PID算法实现对速度的调节控制。
2.1闭环调速系统结构图见陈伯时电力自动拖动控制系统P21图1-242.2闭环调速系统的设计方案本系统使用电位器进行转速设置，采用（1）旋转编码器/（2）直流测速发电机/进行转速检测。
使用单片机对两个输入信号进行采集和滤波，并且使用PID控制算法处理后输出pwm调制波形驱动由IGBT搭建H桥全桥电路，对三相不可控整流电2路整流后的直流电源进行斩波降压，对直流电机进行调速。
直流电机励磁电压由不可控两相整流电路提供。
第三章闭环调速系统的硬件设计3.1系统电源模块设计3.1.1直流电机励磁电压电路设计由于直流电机对励磁电压的电压质量要求不高，并且不要求励磁可变。
故励磁电源使用单相桥式不可控整流电路经滤波后提供。
电路图如下:图3-1单相整流桥式电路在自耦调压器的原边加入220v单相交流电源，由桥式不可控整流电路输出110v直流电压，位直流电机提供励磁。
双闭环直流电动机调速系统设计
目录一、设计目的 (2)二、初始条件： (2)三、设计要求： (2)四、设计基本思路 (3)五、系统原理框图 (3)六、双闭环调速系统的动态结构图 (3)七、参数计算 (4)1. 有关参数的计算 (4)2. 电流环的设计 (5)3. 转速环的设计 (6)七、双闭环直流不可逆调速系统线路图 (8)1.系统主电路图 (8)2.触发电路 (9)3.控制电路 (12)4. 转速调节器ASR设计 (13)5. 电流调节器ACR设计 (13)6. 限幅电路的设计 (13)八、系统仿真 (14)1. 使用普通限幅器进行仿真 (14)2. 积分输出加限幅环节仿真 (15)3. 使用积分带限幅的PI调节器仿真 (17)九、总结 (19)一、设计目的1.联系实际，对晶闸管-电动机直流调速系统进行综合性设计，加深对所学《自动控制系统》课程的认识和理解，并掌握分析系统的方法。
2.熟悉自动控制系统中元部件及系统参数的计算方法。
3.培养灵活运用所学自动控制理论分析和解决实际系统中出现的各种问题的能力。
4.设计出符合要求的转速、电流双闭环直流调速系统，并通过设计正确掌握工程设计的方法。
5.掌握应用计算机对系统进行仿真的方法。
二、初始条件：1．技术数据（1）直流电机铭牌参数：P N =90KW, U N =440V, I N =220A, n N=1500r/min，电枢电阻Ra=0.088Ω，允许过载倍数λ=1.5；（2）晶闸管整流触发装置：Rrec=0.032Ω，Ks=45-48。
（3）系统主电路总电阻：R=0.12Ω（4）电磁时间常数：T1=0.012s（5）机电时间常数：Tm =0.1s（6）电流反馈滤波时间常数：Toi=0.0025s，转速率波时间常数：Ton=0.014s.（7）额定转速时的给定电压：Unm =10V（8）调节器饱和输出电压：10V2．技术指标（1）该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作；（2）系统静特性良好，无静差（静差率s≤2）；（3）动态性能指标：转速超调量δn＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤8-10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts≤1s；（4）调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。
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。
直流双闭环调速系统设计与仿真
直流双闭环调速系统设计与仿真一、直流双闭环调速系统的基本原理电流环用于控制电机的电流，通过测量电机的电流反馈信号与给定的电流信号进行比较，得到误差信号，然后经过PID控制器计算控制信号，最后通过逆变器输出给电机控制电流。
二、直流双闭环调速系统的设计1.确定系统参数：包括电机的转矩常数，转矩惯量，电感，电阻等参数。
2.设计速度环控制器：根据转速信号和转速误差信号，设计速度环控制器的传递函数。
可以选择PID控制器，也可以选择其他类型的控制器。
3.设计电流环控制器：根据电流信号和电流误差信号，设计电流环控制器的传递函数。
同样可以选择PID控制器或其他类型的控制器。
4.进行系统仿真：将设计好的速度环和电流环控制器加入电机模型，进行系统仿真。
通过调整控制器参数，观察系统的响应特性，可以优化系统性能。
5.调整控制参数：根据仿真结果，调整控制器的参数，使系统响应更加快速、稳定。
三、直流双闭环调速系统的仿真1.定义系统模型：建立直流电机的状态方程，包括速度环和电流环的动态方程。
2.设定系统初始条件和输入信号：设置电机的初始状态和给定的转速信号以及电流信号。
3.选择控制器类型和参数：根据设计要求，选择控制器类型和参数。
可以选择PID控制器，并根据调试经验选择合适的参数。
4.搭建控制系统模型：将速度环和电流环的控制器模型和电机模型连接在一起，构建闭环控制系统模型。
5.进行系统仿真：利用MATLAB或其他仿真软件进行系统仿真，根据给定的转速信号和电流信号，观察系统的响应特性。
四、直流双闭环调速系统的优化1.参数调整：根据仿真结果，调整控制器的参数，使系统的性能得到优化。
可以通过试探法或自适应调节方法进行参数调整。
2.饱和处理：考虑到电机的饱和特性，可以在控制器中添加饱和处理模块，以提高系统的稳定性和抗干扰能力。
3.鲁棒性设计：考虑到系统参数的不确定性，可以采用鲁棒控制方法，提高系统的鲁棒性能。
4.死区补偿：在电机控制中常常会出现死区现象，可以在控制器中添加死区补偿模块，以减小死区对系统性能的影响。
直流电机双闭环调速系统设计要点
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)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围大及非线性因素的影响。
1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统。
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
双闭环直流电机不可逆调速系统设计
双闭环直流电机不可逆调速系统设计
一、系统介绍
双闭环直流电机不可逆调速系统是一种应用直流电动机的调速系统，该系统具有对电机转速的精确控制和安全性高的特点，一般用于低速的直流电机。
双闭环调速系统通常由电动机控制器、电动机和负载2个部分组成，分别实现电机输出扭矩控制、电流控制和转速控制，从而达到电机的调速控制。
二、系统原理
双闭环调速系统由2个调节及控制部分组成，分别是闭环电流控制系统和闭环转速控制系统，两部分互为补偿，实现了转速的精确控制。
闭环电流控制系统：围绕反馈信号monitor电流大小，调整输入指令电流，控制电机输出的扭矩，从而恒定电流，提升电机的输出功率。
闭环转速控制系统：利用信号反馈给出的电机转速参数，实时调整参考转速信号，控制功率输出，实现精确调速，提升电机的输出转速。
三、系统可靠性
随着双闭环调速系统的发展，它的可靠性也得到了极大的提高，它围绕着两个闭环模式，实现了安全性和稳定性的控制：
（1）输出电流闭环控制：可以精确控制输出电流，使电机的输出功率稳定，进而实现转速的控制；。
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【双闭环直流电机调速系统设计】哎呀，说起电机，那可是咱们日常生活中随处可见的“小能手”！就像家里的电风扇、空调、甚至那些高大上的电动汽车，没有它们可怎么行？不过，说到电机，你可能会想：“这玩意儿不就是转一转吗？有啥难的？”嘿，别小看它，电机的世界可精彩了去了！首先得说说这个“双闭环直流电机调速系统”。
这可不是简单的“开/关”操作，而是涉及到电流、电压这些精密数据的大工程。
想象一下，电机就像是个调皮的孩子，需要我们用智慧去调教它。
而这个调速系统，就像是我们的“教练”，通过各种传感器和控制器来确保电机能够按照我们的要求稳稳地运行。
让我们来聊聊这个系统的两个“闭环”。
第一个“闭环”嘛，就是电流环。
想象一下，电流就像一条小河，流过电机的各个部件。
有了电流环，我们就能像看护河流一样，确保这条“小河”不会溢出来，也不会干涸。
第二个“闭环”呢，就是速度环。
这就好比是我们在跑步时的速度调节，只有保持一定的速度，我们才能跑得又快又稳。
这两个“闭环”可不是随便放在一起的哦！它们之间要相互配合，才能让电机跑得既快又稳。
比如，当电流过大时，速度环就会及时发出警报，提醒我们要调整电流；而当速度过慢时，电流环也会给出提示，让我们知道需要加大电流。
这样一来，电机就能稳稳地按照我们的要求运行啦！不过，说到这个“双闭环直流电机调速系统”，我可得给你提个醒儿。
虽然听起来挺高级的，但实际操作起来可一点也不简单。
你得会读懂各种传感器的信号，还得懂得如何调整控制器的参数。
而且啊，这玩意儿还特别怕“水土不服”——要是环境条件变了，或者电机出了点问题，就得赶紧调整参数，保证电机能够继续稳定地工作。
双闭环直流电机调速系统是一个复杂但功能强大的工具。
它能够帮助我们更好地控制电机，让它能够更加精确地完成各种任务。
如果你对电机感兴趣，或者想要了解更多关于电机的知识，那就赶紧动手试试吧！说不定，你还能发现更多有趣的事情呢！。
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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。
1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统。
采用该系统可获得优良的静、动态调速特性。
此系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。
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。
因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。
直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。
通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。
并以此为基础，再对交流调速系统进行研究，最终掌握各种交、直流调速系统的原理，使之能够应用于国民经济各个┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊生产领域。
在过去，人们感到自动控制理论的研究发展很快，但是在应用方面却不尽人意。
但近年来，现代控制理论在电动机控制系统的应用研究方面却出现了蓬勃发展的兴旺景象，这主要归功于两方面原因：第一是高性能处理器的应用，使得复杂的运算得以实时完成。
第二是在辨识，参数估值以及控制算法鲁棒性方面的理论和方法的成熟，使得应用现代控制理论能够取得更好的控制效果。
本次设计的主要任务就是应用自动控制理论和工程设计的方法对直流调速系统进行设计和控制，设计出能够达到性能指标要求的电力拖动系统的调节器，应用MATLAB软件对设计的系统进行仿真和校正以达到满足控制指标的目的。
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊2 直流电机双闭环调速系统2.1直流电动机的起动与调速（1）直流电动机的起动直流电动机接通电源以后，转速从零达到稳态转速的过程称为起动过程。
直流电机的起动条件应满足以下原则：①起动转矩要大于负载转矩；②起动电流限制在安全范围以内；③起动设备投资要经济适用，设备运行要安全可靠，起动时间要短。
（2）直流电动机速度的调节①改变电枢供电电压U②减弱励磁磁通Φ③改变电枢回路电阻R从以上三种方法的介绍中可知，对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢电压的方式为最好。
变电阻只可以实现有级调速；弱磁调速虽然可以实现平滑调速，但它可调节的范围不太大，经常要和调压方式配合，在额定转速以上可作较小范围的弱磁升速。
因此，调压调速为自动控制系统主要调速方式，本论文正是采用此方法来设计系统。
2.2直流调速系统的性能指标根据各类典型生产机械对调速系统提出的要求，一般可以概括为静态和动态调速指标。
静态调速指标要求电力传动自动控制系统能在最高转速和最低转速范围内调节转速，并且要求在不同转速下工作时，速度稳定；动态调速指标要求系统启动、制动快而平稳，并且具有良好的抗扰动能力。
抗扰动性是指系统稳定在某一转速上运行时，应尽量不受负载变化以及电源电压波动等因素的影响。
2.2.1静态性能指标（1）调速范围生产机械要求电动机在额定负载运转时，提供的最高运转速度m axn与最低运转速度m inn之比，称为调速范围，用符号D表示，即minmaxnnD=（2-6）（2）静差率当电机拖动系统在某一转速下运转时，系统从理想空载转速n至额定负载时转速降落了Nn∆与理想空载转速n之比，叫做静差率s，即nns N∆=（2-7）┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊用百分数可表示为%100⨯∆=nns N（2-8）由以上可知，静差率能反映拖动系统在负载变化时调速的稳定性。
它与机械特性的硬度有关，机械特性越硬，静差率就越小，转速稳定度就越高。
但是静差率与特性硬度又是不同的。
变压调速系统在不同转速的情况下机械特性是相互平行的，对于相同硬度的机械特性，理想空载时转速越低，静差率就越大，转速相对稳定度也越差。
由此可见，调速范围与静差率这两项指标之间的关系不是相互独立的，它们必须一起被提出时才有意义。
若调速的额定速降一样，则运转的越慢，静差率就越大。
在低速的情况下，如果静差率能符合设计要求，那么静差率在高速运转时就更能满足要求了。
所以，在调速系统中，静差率指标的基准就是最低速运转时所能达到的参数。
2.2.2动态的性能指标拖动系统动态过程的性能指标是生产工艺流程要求对控制系统动态指标的要求经折算与量化后得到的。
在自动化系统中，动态指标是指跟踪给定信号的跟随性能指标和抗扰动信号的鲁棒性能指标。
（1）系统跟随性指标在参考输入信号R(t)的作用下，跟随性能指标可用来描述系统输出量C(t)的变化。
当给定信号表示方式不同时，输出响应也不一样。
通常以输出量的初始值为零，在阶跃变化下的过渡过程中给定信号作为典型的跟随过程，这时的动态响应又称为阶跃响应。
一般希望在阶跃响应中输出量C(t)与其稳态值∞C的偏差越小越好，达到∞C的时间越快越好。
常用的阶跃响应跟随性能指标有上升时间，超调量和调节时间：①上升时间rt在典型的阶跃响应跟随过程中，输出量从零开始第一次上升到稳态值∞C所经过的时间称为阶跃响应的上升时间，它表示动态响应的快速性，见图2-4。
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊图2-1 典型的阶跃响应过程和跟随性能指标②超调量σ在典型的阶跃响应跟随系统中，超调量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：%100max⨯-=∞∞CCCσ（2-10）③调节时间st系统整个调节过程的快慢的衡量可以用调节时间来衡量。
在原则上，应该是从阶跃变化开始到输出量完全稳定下来为止所需的时间。
在线性控制系统中，理论上∞=t才是真正的稳定，然而在实际系统中，因为各种非线性因素的存在，过渡过程到一定时间就终止了。
因此，一般在阶跃响应曲线的稳态值附近，取%5±(或取%2±)的范围作为允许误差带，以响应曲线达到并不再超出该误差带所需的最短时间定义为调节时间，可见图2-4。
（2）抗扰动能力性能指标控制系统在稳定运行时，突加负载的阶跃扰动后的动态响应过程作为典型的抗扰过程，并定义抗扰动能力动态性能指标，如图2-5所示。
常用的抗扰动能力性能指标为动态降落和恢复时间：①动态降落maxC∆系统在稳定条件下运行时，突加一定数值的扰动（如负载扰动）后引起转速降落的最大值maxC∆叫做动态降落，常用maxC∆与输出量的原稳态值1∞C之比的百分数%100/1max⨯∆∞CC来表示（或用某基准值bC的百分数%100/max⨯∆bCC来表示）。
在动态降落后输出量逐渐恢复，达新的稳态值2∞C，┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊)(21∞∞-CC是系统在该扰动作用下的稳态误差，即静差。
一般情况下，动态降落大于稳态误差。
调速系统在突加额定负载扰动时转速的动态降落叫做动态降落m axn∆。
②恢复时间vt从阶跃扰动作用开始，到输出量基本上恢复稳态，距新稳态值2∞C之差进入某基准量bC的%5±(或取%2±)范围之内所需的时间，定义为恢复时间vt，其中bC称为抗扰指标中输出量的基准值。
实际系统中对于各种动态指标的要求各有不同，要根据生产机械的具体要求而定。
一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主。
C图2-2 突加扰动的动态过程和抗扰性能指标2.3双闭环直流调速系统的组成双闭环直流调速系统中存在转速、电流两个调节器，分别调节转速和电流，并引入转速和电流负反馈。
在二两者中采用嵌套（或称串级）联接，如图2-6所示。
将转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再将电流调节器的输出控制电力电子变换器UPE。
从系统结构上来看，电流环在里边，称作内环；转速环在外面，称作外环。
这样就构成转速、电流双闭环直流调速系统。
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊图2-3 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图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─电力电子变换器*nU─转速给定电压nU─转速反馈电压*iU─电流给定电压iU─电流反馈电压┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊3 双闭环直流调速系统的设计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。