转速、电流双闭环直流调速系统解读

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转速、电流双闭环调速系统

转速、电流双闭环调速系统一、概述采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。

如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。

这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。

在单闭环调速系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。

电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。

对于象龙门刨床、可逆轧钢机那样的经常正反转运行的调速系统，尽量缩短起制动过程的时间是提高生产率的重要因素。

为此，在电机最大电流(转矩)受限的条件下，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，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态转速后，又让电流立即降低下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。

这时，起动电流呈方形波，而转速是线性增长的。

这是在最大电流(转矩)受限制的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。

实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就应该能得到近似的恒流过程。

问题是希望在起动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输人端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主要的作用。

怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈作用，又使它们只能分别在不同的阶段起作用呢?双闭环调速系统正是用来解决这个问题的。

二、转速、电流双闭环调速系统的组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，如图一所示。

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。

运动控制系统第三章转速、电流双闭环直流调速系统

系统性能优化与改进
01
根据仿真结果的分析，找出系统性能的瓶颈和不足之处。
02
提出优化方案，如改进控制算法、调整参数等，并进行仿真实验验证优化效果。
03
对优化后的系统进行实际测试，评估优化效果的实际表现。
05
CATALOGUE
实际应用与案例分析
实际应用中的问题与解决方案
01
02
03
问题1
系统调速范围有限。解决方案：采用多级调速或使用PWM控制技术，实现更精细的调速控制。
运动控制系统第三章转速、电流双闭环直流调速系统
目录
• 转速、电流双闭环直流调速系统概述 • 转速环设计 • 电流环设计 • 系统仿真与分析 • 实际应用与案例分析
01
CATALOGUE
转速、电流双闭环直流调速系统概述
系统组成与工作原理
系统组成
转速、电流双闭环直流调速系统由转速调节器、电流调节器和直流电机等组成。
参数选择
需要根据系统的动态特性和稳定性要求，合理选择调节器的比例系数、积分时间和微分时间。
电流环的动态特性分析
动态特性
电流环的动态特性包括系统的稳定性、快速性和准确性等。
分析方法
通过建立电流环的数学模型，采用频域分析和时域分析等方法，对系统的动态特性进行分析和优化。
04
CATALOGUE
系统仿真与分析
问题2
系统抗干扰能力差。解决方案：加入滤波器或采用隔离技术，减少外部干扰对系统的影响。
问优化控制算法，提高系统的动态响应速度。
典型案例介绍与分析
案例1
某工厂的直流电机调速系统，采用转速、电流双闭环控制，实现了高精度的速度控制，提高了生产效率。

转速电流双闭环直流调速系统PPT课件

组成
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

第二章转速电流双闭环直流调速系统ppt课件

这就是说， CA段静特性从理想空载状态的 Id = 0 一直延续到 Id = Idm ，而 Idm 一般都是大于额定电流 IdN 的。这就是静特性的运行段，它是水平的特性。
（2）转速调节器饱和
这时，ASR输出达到限幅值U*im ，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
器弱磁控制的直流调速系统。
2.1 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性
问题的提出第1章中表明，采用转速负反馈和PI调
节器的单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：要求快速起制动，Байду номын сангаас加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。
不饱和——输出未达到限幅值
当调节器不饱和时，正如1.6节中所阐明的那样，PI 作用使输入偏差电压在稳态时总是零。
3. 系统静特性
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。
双闭环直流调速系统的静特性如图所示，
n
n0 C
A
B
O
Idnom
Idm
Id
图2-5 双闭环直流调速系统的静特性
（1）转速调节器不饱和
U
* n
Un
n
n0
U
* i
Ui
Id
式中， —— 转速和电流反馈系数。
由第一个关系式可得
n
U
* n
n0
(2-1)
从而得到上图静特性的CA段。
静特性的水平特性
与此同时，由于ASR不饱和，U*i < U*im，从上述第二个关系式可知: Id < Idm。

转速﹑电流双闭环直流调速系统

引言目前，转速﹑电流双闭环控制直流调速系统是性能很好﹑应用最广泛的直流调速系统。

我们知道采用转速负反馈和PI调节器的单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：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。

故需要引入转速﹑电流双闭环控制直流调速系统，本文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。

首先介绍转速﹑电流双闭环调速系统的组成及其静特性，接着说明该系统的动态数学模型，并从起动和抗扰两个方面分析其性能和转速与电流两个调节器的作用。

在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。

电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。

因此，调速技术一直是研究的热点。

长期以来，直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。

直流电动机在额定转速以下运行时，保持励磁电流恒定，可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速；在额定转速以上运行时，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。

采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。

在现代化的工业生产中，几乎无处不使用电力拖动装置。

轧钢机、电铲、提升机、运输机等各类生产机械都要采用电动机来传动。

随着对生产工艺，产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械能实现自动调速。

从20世纪60年代以来，现代工业电力拖动系统达到了全新的发展阶段。

这种发展是以采用电力电子技术为基础的，在世界各国的工业部门中，直流电力拖动系统至今仍广泛的应用着。

直流拖动的突出优点在于：容易控制，能在很宽的范围内平滑而精确的调速，以及快速响应等。

在一定时期以内，直流拖动仍将具有强大的生命力。

转速、直流双闭环调速系统

转速、直流双闭环调速系统引言：目前，需要高性能可控调速系统的领域多数都采用直流调速系统。

转速、电流双闭环调速系统（简称双闭环调速系统）是由单闭环调速系统发展而来的。

单闭环调速系统可以实现转速调节无静差，但单闭环调速系统中用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器动态参数的调整，而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，则可以获得近似理想的过渡过程。

一、总体设计本系统的电源部分是自制0～15V可调线性电源，系统的给定在0～10V范围内可调。

转速调节器ASR的输入是给定值，输出作为电流调节器ACR的输入，ACR输出与锯齿波发生器的输出经比较器，经驱动电路驱动H桥。

电流环反馈是采用电流互感器转换反馈回电流调节器的输入端，转速环是利用测速发电机与电动机同轴相连进行测速，再反馈至转速调节器的输入端。

假定系统产生扰动，或是外加干扰，或是系统给定改变的扰动，转速环和电流环的输出都发生改变，锯齿波发生器与其进行比较，输出的PWM的占空比相应的会发生改变，起到了调速的功能，转速反馈和电流反馈进行调节，系统趋于稳定。

二、硬件系统设计1、电源部分电源部分是利用变压器降压，线性稳压芯片7815稳压，输出稳定的15V电压。

在7815的前级和后级分别加上滤波电容，出去杂波扰动。

输出给定时，利用可变电阻分压使给定在0～10V之间。

原理图如图-1所示。

图-1前级和后级电容分别采用1μF和470μF，是为了将不同频率段的杂波都滤去，高频和低频都不会产生干扰。

2、转速调节器为了实现转速无静差，在负载扰动作用前必须有一个积分环节，它包含在转速调节器ASR 中。

因为扰动作用点后会有一个积分环节，故转速环开环传递函数共有两个积分环节，所以设计成典Ⅱ型系统，这样系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。

由此，ASR 采用PI 调节器，其传递函数为：s s K W n n nASR ττ1+=含给定滤波与反馈滤波的PI 型转速调节器原理图如图-2所示：3、电流调节器在设计电流调节器时，首先考虑把电流环校正成哪一类典型系统。

转速电流双闭环直流自动调速

双闭环调速系统1.系统的组成及基本原理图2所示为转速、电流双闭环直流自动调速系统。

该系统有两个比例积分调节器，一个用于转速调节的转速调节器（ST），另一个是用于电流调节的电流调节器。

由于调速系统的主要被调量是转速，所以就把由转速负反馈组成的闭环（称为转速环）作为外环（主环），以保证电动机的转速准确地跟随给定值，并抵抗外来干扰；把有电流负反馈组成的闭环（称为电流环）作为内环（副环），以保证动态电流为最大值，并保持不变，使电动机快速地启、制动，同时还能起限流作用，并可以对电网电压波动及时抗扰。

电动机转速由给定电压Ug来确定，转速调节器ST的输入偏差电压△Uis=Ug-Ufn,转速调节器ST的输出电压Us作为电流调节器LT 的的给定信号（ST输出电压的限幅值Usm决定了LT给定信号的最大值）；电流调节器LT的输入偏差电压为△Uic=-Us+Ufi，电流调节器LT的输出电压Uc作为触发电路的控制电压（LT输出电压的限幅值Uim决定了晶闸管整流电压的最大值Udm）；Uc控制着触发延迟角，使电动机在期望转速下运转。

从图中可以看出，ST的给定电压Ug为正极性，而LT的给定电压Us为负极性。

2.转速、电流双闭环直流自动调速系统的工作过程（1）启动过程双闭环直流自动调速系统的启动过程可分为以下三个阶段1）第1阶段即电流上升阶段开始启动时，n=0, Ufn=0, △Uis=Ug故ST的输入值很高，使ST的输出Us迅速达到饱和限幅值-Usm，在此后的启动升速过程中，只要△Ui s＞0（即n＜n1=Ug/an）,LT就将保持该饱和值而不起调节作用。

LT的输入偏差电压△Uic=-Us+Ufi，由于此时-Us=- Usm 而Ufi=Bid，故△Uic=-Us+ Bid＜0，LT的积分作用将使Uc快速上升，电流Id以最快速度上升，电动机获得较大的启动转矩，加快了电动机的启动。

直到Ufi=BIdm= Usm(即△Uic=0)时，Uc不再增加，Ud不再增加，电动机电流Id,达到所允许的最大电流Idm。

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常见的电机调速系统，通过两个闭环控制来实现对电机转速的精确控制。

在双闭环直流调速系统中，第一个闭环控制回路称为速度环，用来控制电机转速；第二个闭环控制回路称为电流环，用来控制电机电流。

下面将详细介绍双闭环直流调速系统的特性与原理。

1.转速稳定性好：由于双闭环控制系统可以将负载变化的影响控制在较小的范围内，所以电机的转速可以保持在给定值附近稳定运行。

2.转速快速响应：双闭环控制系统可以通过调节速度环和电流环的参数来实现转速的快速响应，使得电机在变化负载下能够迅速调整转速。

3.调节范围广：双闭环直流调速系统可以通过改变速度环和电流环的控制策略来调节电机的转速范围。

可以实现低转速和高转速的调节。

4.可靠性高：双闭环直流调速系统采用两个闭环控制回路，其中速度环和电流环可以相互独立地控制电机的转速和电流，从而提高系统的可靠性。

速度环：速度环的目标是实现对电机转速的精确控制。

速度环根据给定的转速信号与实际转速信号之间的误差，通过PID控制器计算出控制电压，然后将控制电压输出给电流环。

电流环：电流环的目标是控制电机的电流，保持电机的转速稳定。

电流环通过反馈电流信号与速度环输出的控制电压之间的误差，通过PID控制器计算出电压调节量，然后将调节量输出给电机驱动器。

1.给定一个转速信号，如旋钮或数字输入。

2.速度环将给定转速信号与实际转速信号之间的误差传递给PID控制器。

3.PID控制器计算出控制电压，并将其传递给电流环。

4.电流环将反馈电流信号与PID控制器输出的控制电压之间的误差传递给PID控制器。

5.PID控制器计算出电压调节量，并将其传递给电机驱动器。

6.电机驱动器根据PID控制器输出的电压调节量，控制电机的电流，从而控制电机的转速。

总之，双闭环直流调速系统通过速度环和电流环两个闭环控制回路的相互作用，可以实现对电机转速的精确控制。

通过调节速度环和电流环的参数，可以调节电机的转速范围和响应速度，从而满足不同应用场景的需求。

第二章转速、电流双闭环直流调速系统

如采用自适应控制、鲁棒控制等策略，提高系统对负载扰动的抵抗能力。
加入滤波器
优化系统结构
在系统中加入适当的滤波器，以滤除高频噪声和干扰信号，提高系统稳定性。
通过改进系统结构或采用先进的控制算法，提高系统的稳定性和动态性能。
05
双闭环直流调速系统动态性能分析
动态性能指标评价
跟随性
系统输出跟随输入指令变化的快速性和准确性，通常由上升时间、超调量和调节时间等指标来评价。
工程整定法
基于经验公式或实验数据，通过试凑法调整参数，使系统满足性能指标要求。
解析法
02
03
仿真法
通过建立系统数学模型，利用控制理论求解满足性能指标的参数值。
利用计算机仿真技术，模拟系统实际运行情况，通过调整参数优化系统性能。
性能指标评价
稳态误差
反映系统稳态精度，要求稳态误差小于允许值。
为企业带来了显著的经济效益和市场竞争力提升。
THANKS
感谢观看
解析法
02
通过建立系统数学模型，利用优化算法求解最优参数。
智能优化算法
03
如遗传算法、粒子群算法等，可自动寻优得到最佳参数组合。
性能指标评价
稳态误差
反映系统稳态精度，越小越好。
调节时间
反映系统从扰动发生到重新达到稳态所需的时间，应尽可能短。
超调量
反映系统动态过程中的最大偏离量，应尽可能小。
鲁棒性
传统调速系统存在的问题
传统单闭环调速系统存在调速精度低、动态响应慢等问题，无法满足现代工业生产的需要。
系统设计方案及实施过程
设计方案：采用转速、电流双闭环控制策略，其中转速环为外环，电流环为内环，通过PI调节器实现对电机转速和电流的高精度控制。

电流转速双闭环的逻辑无环流直流调速系统设计

电流转速双闭环的逻辑无环流直流调速系统设计1.系统概述直流调速系统是将电动机的转速通过控制电流的大小来实现调节的装置。

一般来说，调速系统分为单闭环和双闭环两种。

单闭环系统通过对电机转速进行反馈控制来调节输出转速，而双闭环系统不仅对转速进行反馈控制，还对电流进行反馈控制，以提高系统的稳定性和动态性能。

2.系统结构电流转速双闭环的逻辑无环流直流调速系统由电源、整流器、逆变器、电机、电流反馈环、转速反馈环和控制器等组成。

其中，电源提供稳定的直流电源，整流器将交流电转化为直流电，逆变器将直流电转化为交流电以供电机使用，电流反馈环用于测量电机的输出电流，转速反馈环用于测量电机的输出转速，控制器则根据电流和转速信号进行控制。

3.控制策略3.1电流控制电流控制采用PID控制器进行控制，控制器根据电流反馈信号和设定电流信号误差进行控制计算，并将控制信号发送给逆变器。

通过控制器的反馈调节，可以使电流信号快速达到预定值，并保持在设定范围内，实现对电机输出电流的控制。

3.2转速控制转速控制采用PID控制器进行控制，控制器根据转速反馈信号和设定转速信号误差进行控制计算，并将控制信号发送给电流控制器。

通过控制器的反馈调节，可以使转速信号快速达到预定值，并保持在设定范围内，实现对电机输出转速的控制。

4.性能优化为了提高系统的稳定性和动态性能，可以采取以下措施进行性能优化。

4.1损耗最小化在逆变器的设计中，应采用高效的功率开关器件，同时优化控制策略，减小逆变过程中的功率损耗，提高系统的效率。

4.2控制参数的调整根据实际情况，通过实验和仿真分析，合理调整控制器的参数，以提高系统的控制精度和响应速度。

4.3抗干扰能力的提高引入滤波器和去耦电路，减小电源和负载带来的干扰，提高系统的抗干扰能力。

5.结论电流转速双闭环的逻辑无环流直流调速系统设计是一种高级别的直流调速系统，通过同时对电流和转速进行反馈控制，可以实现对电机输出电流和转速的精确控制。

转速与电流双闭环直流调速自动系统

ｉ周节器来发挥调节作的，堋而转速调节器的作用却小著，往往在电动机转速还没有发生显著变化由式ｆ町见，定电流反馈系数Ｂ（电位时，电流调节器已经使电动机恢复了转矩平衡，３）整调节达器Ｒ减调节ＳＰＲ的限幅值Ｕｉ即可整定最大电到了使转速稳定的目的。ｓｍ，流Ｉ的数值，一般整定Ｉ＝２．５为电动机（～２）ｌ３结论的额定电涧。系数的取值是由设计者选定的，取决综上所述，车速调节器和电流调节器在双闭々于电机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加环调速系统中的作用可以归纳如下：速度。！出现ｌ时，环将立即进干凋节，ｄ＞Ｉ电流『使３车速州傣的作用．々１ｊ电流涮回到／数值上，从而自动地限制了最Ｂ３．使转速跟随给定电压变化，并实现稳态．１１大电流。此当电机过载甚至于堵转时，可限制电无静差。枢电流最大值，Ｊ决速的安全的保护作用。从而走３２对负载变化起抗扰作用。．１２２电流测整器在起动过程中的主导作用３．其输“限幅值确定允许的最大电流。．３１｝突加给定电压Ｕｎ，ｓ后由于机电惯性作用，转３２电流渊节器的作用速增长不会决，因而转速润节器ＳＲ的输入偏差３．对电网电波动起及时坑扰作用。．１２电压△ｌ【Ｕ数值较大，ＩＪ＝其输出很陕达到限幅３２起动时保证获得允许的最大电流。．２值强迫电流Ｉ迅速ｆ升。由于转速调节器ＳＲ３．在转速调．３２中，使电流跟随其给定是Ｐ凋节器，所以只要ＡＵ￣０其输出电压就会保电压变化：＞，持在限幅值Ｕ不变。也就是说，电动机速度达到３．２４当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流给定蔓之前，Ｒ起调节作用，Ｓ相当于转速环处的最大值，而起到怏速的安全保护作用。从予开环状态。起动过程的绝大多数时间里，流电双［环调速系统由两个涮节器分别调节转速ｉ＿ｊ调节器（｛发挥主导作用，ｆ它使电动机电流在很短和电流，这两个调节器可以分别设计，分别调整硒Ｈ１ｌ岫４ｕｑ＇Ｊ大值并维持基本不变，因而拖动系统常；内环，环）ｌ己后外，结构合理，调整方便。由于采用的ｌｌＩｌ，速旱线性增长，Ｊ述定转Ｊｊ以保汪电动机的Ｐ调节器，Ｉ町实现静态无静差，因此具有良好的稳起动时『最短． “ Ｊ．只足存起动过程｝结束前，央当转速陛能。同时也有良好的动态性能。系统还能较达到给定值，此时转速渊节器ＳＲ的输入ＡＵ０但好地抑制负载变化、＝，电网电压波动等扰动对转速的系统Ａ扰能力强。因此双闭环调速系统获埘充此刻其输出仍维持在Ｕ，所以电动机仍在Ｉ作影响．用下加速，必然使转速超调。超凋后出现ＡＵ＜，Ｏ使得了广泛的应用，，ＳＲ退出饱和，转速环才参与转速调节，使电动机转速稳定下来，许保持在给定速度下运转。２３突加负载时系统的］作：电动机突加负载时，轴上转矩的平衡遭到责任编辑：丽敏赵ｒ坏，破从产牛ｒ电动机转速的降落。在这个系

转速电流双闭环直流调速系统

转速电流双闭环直流调速系统直流调速系统是一种基于电动机转速等控制参数，控制电动机输出转矩和速度，从而实现对生产现场机械化设备的控制，保护和自动化控制的一种电气控制系统。

该系统的作用不仅在于简化操作流程，提高生产效率和产品质量，还能保护成本昂贵的机械设备，提高生产安全性和稳定性。

本文将对传统的直流调速系统进行改进，引入转速电流双闭环控制算法，以提高系统稳定性和性能精度。

一、直流调速系统的基本原理直流调速系统核心是由一组功率电子器件和控制回路组成的控制电路，它通过调节直流电动机电磁场中的旋转子、定子电磁能量转换比例，实现对电机转速和扭矩的调速和控制。

传统直流调速系统由电源、整流器、PWM变换器、逆变器和电机组成。

其中，电源常用交流电源，整流器将其转换为直流电源供给PWM变换器，PWM变换器通过调节开关时间，改变直流电压的大小和方向，输出可控的交流电源。

逆变器将输出的交流电源进一步变换转化为所需的方向、大小和频率的电源供给电机，并通过反馈调速回路实现对电机转速和扭矩的精确控制。

虽然传统直流调速系统具有结构简单、故障率低、性能稳定等优点，但同时也存在缺点，如控制精度低、抗干扰能力差、控制性能难以满足高精度或高动态性能的要求等问题。

因此，我们需要将目光放在对直流调速系统的提升上，寻找解决控制精度低和抗干扰能力差的解决方案。

转速电流双闭环控制系统是在传统直流调速系统的基础上，增加了电流控制环节，并通过转速电流双闭合控制算法，实现对控制性能的提升，具体包括两个闭合回路：（1）速度控制回路：电动机的转速是该传动系统动作的基础，对于常见的机械传动来说，转速的稳定性直接影响机械精度和运动平顺度。

如图1所示，速度控制回路根据电机的实际转速和给定的转速进行比较，求出误差值，然后进行电路调节，调整终端直流电压的大小和方向，从而控制电动机的输出扭矩和速度。

（2）电流控制回路：通过实现比例积分补偿算法，控制实际输出电流与设定电流的误差，从而实现电机负载扭矩的控制。

转速、电流双闭环控制的直流调速系统动态分析

U*n
+
- Un
ASR
±∆Ud
-IdL
Ks Tss+1
Ud0 -
1/R Id Tl s+1
R Tms
E
1/Ce
n
直流调速系统的动态抗扰作用（单闭环系统）
精选2021版课件
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2、双闭环系统电网电压扰动分析
双闭环系统中，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，抗扰性能大有改善。
O Id
t Idm
IdL
O
t1
t2 t3
t4
t
双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形
II
III
保持限幅值 U*im，强迫电流 Id 迅速
n
*
上升。
• 直到，Id = Idm ， Ui = U*im 电流
O
调节器很快就压制 Id 了的增长，标 Id
志着这一阶段的结束。
在这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不精选饱202和1版。课件 O t1
Id
Idm
III t
IdL
O
t1
精选2021版课件
t2
t3
t4
t
10
第 Ⅲ 阶段（ t3 ~ t4 ）工作波形分析
在（ t3 ~ t4 ）时间段内，如图所示，电动机开始减速，
n n* I
II
III
为什么呢？
在（ t3 ~ t4 ）时间段内，
由于此时 Id < IdL ， Te<TL，
所以电动机在负载的阻力 O
2.4 转速、电流双闭环控制的直流调速系统动态分析

转速﹑电流双闭环直流调速系统

图2-4双闭环直流调速系统的稳态结构框图
—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。

闭环-转速电流双闭环直流调速系统

《运动控制系统》
§2.2 转速、电流双闭环直流调速系统
一、双闭环调速系统的控制规律
转速单闭环系统被调节的是n，检测的误差是n，要消除的也是扰动对n的影响。故不能控制电流（转矩）的动态过程。
电流截止负反馈环节只能限制电流的冲击，不能控制电流保持为某一所需值。
经常正、反转运行的调速系统，希望尽量缩短启动、制动和反转过渡过程的时间，即要求系统动态性能好，单闭环就不能满足要求了。
整个系统的本质由外环速度调节器来决定。即：当ASR不饱和时，电流负反馈使静特性可能产生的速降完全被ASR的积分作用所抵消了；一旦ASR饱和，当负载电流过大，系统实现保护作用使n下降过大时，转速环即失去作用，只剩下电流环起作用，这时系统表现为恒流调节系统，静特性便会呈现出很陡的下垂特性。
各变量的稳态工作点和稳态参数计算:
C
IdN
Idm
Id
BC段：描述ASR饱和后（ACR不饱和）的电流单闭环
系统的静特性，转速外环呈开环状态，表现为电流
无静差。
Id
U
* im
Idm
(n < n0 )
ASR的限幅值Uim由设计者选定——限定了最大电流值Idm。
2、稳态参数：
转速调节器输出：
U
* i
Ui
Id
I dL
电流调节器输出：Uc
加快动态过程。（4）电机过载/堵转时，限制Idlmax，起快速自动保护作用。
调节器的输出限幅作用
转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定
电流给定电压的最大值Idm；
电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。
当ASR饱和时，相当于电流单闭环系统,实现 “只有电流负反馈，没有转速负反馈”

转速电流双闭环

Ui* Ui I d
* U d 0 Ce n I d R CeU n / I dL R Uc Ks Ks Ks
* U nm • 转速反馈系数 n max
*ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱU im • 电流反馈系数 I dm
（2.7）
• 两个给定电压的最大值Unm*和Uim*由设计者选定。
• 在最大电流给定下，双闭环系统变成一个电流无静差的单闭环系统，稳态时
Id
* U im

I dm
(2.2)
式(2.2)所描述的静特性是图2.2中的A-B段，即下垂段。 • AB段是两个调节器都不饱和时的静特性， Id<Idm, n=n0。 • BC段是ASR调节器饱和时的静特性， Id=Idm, n<n0。图2.2 双闭环调速系统的静特性
2.2.2 双闭环直流调速系统的抗扰性能
我们希望调速系统能准确、快速地跟随给定信号，而对其它信号(扰动)具有强烈的抑制作用。调速系统中，扰动产生的原因很多，如负载变化、变流器交流电源电压波动、电动机励磁的变化、控制电源变化以及电路中任何物理量的变化等等。下面我们对照转速单闭环系统来分析转速、电流双闭环直流调速系统的抗扰性能。 • 双闭环系统与单闭环系统的差别在于多了一个电流反馈环和电流调节器； • 调速系统，最主要的抗扰性能是指抗负载扰动和抗电网电压扰动性能； • 闭环系统的抗扰能力与其作用点的位置有关。
• 为了实现转速和电流两种负反馈在不同阶段分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接； • 以速度调节器输出作为电流调节器输入，再用电流调节器的输出作为可控整流装置的控制电压 Uct ，那么两种调节作用既是分开调节又能相互配合，从而获得了良好的静、动态性能； • 调速系统是把速度调节器作为主调节器，电流调节器作为副调节器。系统通过主调节回路(外环)调节电动机转速，通过副调节回路(内环)调节电枢电流； • 从闭环反馈的结构上看，电流环置于内环，速度环置于外环，这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。

转速电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性ppt课件.ppt

稳态时：两个调节器均不饱和（输入偏差为零，偏差的积分使调节器
有恒定的电压输出，输出没有达到饱和值）
n
U
* n
n0
U n * U n n n 0 ,
ASR饱和时 : U*i = U*im，
Id
Ui*m
Idm
反馈系数：
U
* nm
n max
U
* im
I dm
U i * U iI dL
• 双环系统PI调节器的特点：
ASR饱和(AB段)：当负载电流达到Idm时，对应于转速调节器的饱和输出Uim*，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。
比较：电流截止负反馈。
cf：带电流截至，转速负反馈无静差直流调速系统的静特性，Idcr和IdbL均小于Idm
5、双环系统稳态参数计算
• P调节器的输出量总是正比于其输入量，而PI调节器未饱和时，其输出量的稳态值是输入的积分，最终使PI调节器输入为零，才停止积分。
• 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。稳态时：
ASR的输出： Ui* Id
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
解：（1）电流反馈系数 β=0.25V/A，
转速反馈系数 α=0.01V.min/r。（2）当电动机在最高转速发生堵转时，看稳态结构图。
转速为0，ASR饱和，Ui*= Uim*=10V。 E为0，Ud0-IdR=0，此时Id=Idm=40A，R=1Ω 所以Ud=40V。Ks=40，Uc=1V Ui= Idmβ=10V。