直流伺服双闭环控制系统设计
直流电机双闭环系统的最佳工程设计说明
运动控制课程设计--双闭环系统的最佳工程设计专业：电气工程及其自动化学生姓名：袁同浩指导教师：江可万完成时间：2020年4月23日摘要........................................................ - 1 - 第一章设计任务............................................. - 3 -1.1 系统性能指标........................................ - 3 -1.2设计容.............................................. - 3 -1.3应完成的技术文件.................................... - 3 - 第二章设计说明............................................. - 5 -2.1 综述................................................ - 5 -2.1.1电机学........................................ - 5 -2.1.2电力电子技术.................................. - 5 -2.1.3微电子技术.................................... - 5 -2.1.4控制理论...................................... - 6 -2.2 整流主电路.......................................... - 6 -2.3 整流触发电路........................................ - 8 -2.3.1脉冲形成于放大环节............................ - 8 -2.3.2锯齿波的形成和脉冲移相环节.................... - 8 -2.3.3同步环节...................................... - 9 -2.4 转速电流双闭环控制系统............................ - 10 -2.4.1稳态工作原理................................. - 10 -2.4.2 动态工作原理................................. - 11 - 第三章各参数计算.......................................... - 13 -3.1整流装置的计算..................................... - 13 -3.1.1变压器二次侧相电压的计算..................... - 13 -3.1.2变压器及晶闸管容量计算....................... - 13 -3.1.3平波电抗器的电感量的计算..................... - 14 -3.1.4晶闸管保护电路的计算......................... - 14 -3.2 控制电路参数的计算................................. - 15 -3.2.1电动机额定参数及晶闸管变流器参数............. - 15 -3.2.2 调节器参数的计算............................. - 15 -3.3 系统设计........................................... - 16 -3.3.1 电流环的设计................................. - 16 -3.3.2转速环的设计................................. - 18 - 参考资料................................................... - 21 - 附录....................................................... - 22 -摘要转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态特性优良、应用围最广的调速系统。
运动控制课程设计双闭环直流调速系统设计
运动控制课程设计双闭环直流调速系统设计题⽬: 双闭环直流调速系统设计初始条件：1.直流电机参数：10KW， 220V， 55A， 1000 r/min ，电枢电阻Ra＝0.5Ω电机过载倍数λ＝1.5，Ks＝40，Tl＝0.03 s，Tm＝0.18 s，设α＝0.07 v.min/r,β=0.05 v/A2.测速发电机参数：23W，110V，0.21A，1900 r/min，永磁式3.主电路采⽤三相全控桥，进线交流电源：三相380V要求完成的主要任务:1.转速调节器ASR及电流调节器ACR的设计2.转速反馈和电流反馈电路设计3.集成触发电路设计4. 主电路及其保护电路设计课程设计说明书应严格按统⼀格式打印，资料齐全，坚决杜绝抄袭，雷同现象。
满⾜如下要求： 1．转速和电流稳态⽆差，电流超调量⼩于5％，转速超调量⼩于10％。
2. 对系统设计⽅案的先进性、实⽤性和可⾏性进⾏论证，说明系统⼯作原理。
3. 画出单元电路图，说明⼯作原理，给出系统参数计算过程。
4. 画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及⽂字符号符合国家标准。
绪论在电⽓时代的今天，电动机在⼯农业⽣产、⼈们⽇常⽣活中起着⼗分重要的作⽤。
直流电机是最常见的⼀种电机，具有良好的起动、制动性能，宜于在宽范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电⼒拖动等各领域中领域中得到了⼴泛的应⽤。
因此研究直流电机的控制和测量⽅法，对提⾼控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要的意义。
电机调速问题⼀直是⾃动化领域⽐较重要的问题。
不同领域对于电机的调速性能有着不同的要求，因此，不同的调速⽅法有着不同的应⽤场合。
本⽂设计分析直流双闭环的组成，设计直流双闭环的系统电路图，同时采⽤采⽤⼯程设计的⽅法对直流双闭环的转速和电流两个调节器进⾏设计。
因为电流调节器是内环，因此⾸先设计电流调节器，对其进⾏必要的变化和近似处理，电流环设计完后，把电流环等效成转速环的⼀个环节进⾏处理，从⽽设计转速环。
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。
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设计与分析[设计+开题+综述]
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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。
双闭环直流伺服系统控制
课程设计第1章绪论1.1课题的背景、目的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。
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。
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，通过在DJDK-1型电力电子技术及电机控制试验装置上的调试,并应用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。
1.2本课题国内、外研究应用情况近30年来，电力拖动系统得到了迅猛的发展。
但技术革新是永无止尽的，为了进一步提高电动机自动控制系统的性能，有关研究工作正围绕以下几个方面展开：1.2.1采用新型电力电子器件电力电子器件的不断进步，为电机控制系统的完善提供了物质保证，新的电力电子器件正向高压，大功率，高频化和智能化方向发展。
智能功率模块（IPM）的广泛应用，使得新型电动机自动控制系统的体积更小，可靠性更高。
传统直流电动机的整流装置采用晶闸管，虽然在经济性和可靠性上都有一定优势，但其控制复杂，对散热要求也较高。
电力电子器件的发展，使称为第二代电力电子器件之一的大功率晶体管（GTR）得到了越来越广泛的应用。
由于晶体管是既能控制导通又能控制关断的全控型器件，其性能优良，- 1 -课程设计以大功率晶体管为基础组成的晶体管脉宽调制（PWM）直流调速系统在直流传动中使用呈现越来越普遍的趋势。
双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告
双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告一、系统结构设计双闭环直流调速系统由两个闭环控制组成，分别是速度子环和电流子环。
速度子环负责监测电机的转速，并根据设定值与实际转速的误差，输出电流指令给电流子环。
电流子环负责监测电机的电流，并根据电流指令与实际电流的误差，输出电压指令给电机驱动器，实现对电机转速的精确控制。
二、参数选择在进行双闭环直流调速系统的设计之前，需选择合适的控制参数。
根据实际的电机参数和转速要求，确定速度环和电流环的比例增益和积分时间常数等参数。
同时，还需根据电机的动态特性和负载特性，选取合适的速度和电流传感器。
三、控制策略速度子环采用PID控制器，通过计算速度误差、积分误差和微分误差，生成电流指令，并传递给电流子环。
电流子环也采用PID控制器，通过计算电流误差、积分误差和微分误差，生成电压指令，并输出给电机驱动器。
四、仿真实验为了验证双闭环直流调速系统的性能，进行了仿真实验。
首先，通过Matlab/Simulink建立双闭环直流调速系统的模型，并设置不同转速和负载条件，对系统进行仿真。
然后，通过调整控制参数，观察系统响应速度、稳定性和抗干扰性等指标的变化。
五、仿真结果分析根据仿真实验的结果可以看出，双闭环直流调速系统能够实现对电机转速的精确控制。
当系统负载发生变化时，速度子环能够快速调整电流指令，使电机转速保持稳定。
同时，电流子环能够根据速度子环的电流指令，快速调整电压指令，以满足实际转速的要求。
此外，通过调整控制参数，可以改善系统的响应速度和稳定性。
六、总结双闭环直流调速系统是一种高精度的电机调速方案，通过双重反馈控制实现对电机转速的精确控制。
本文介绍了该系统的设计与仿真实验，包括系统结构设计、参数选择、控制策略及仿真结果等。
仿真实验结果表明，双闭环直流调速系统具有良好的控制性能，能够满足实际转速的要求。
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。
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及仿真
直流双闭环调速系统设计及仿真一、系统采用三相桥式晶闸管整流装置，各环节参数如下： ① 直流电动机：220n U V =，13.6n I A =，1480/min n n r =，0.131min e C V r =，允许过载倍数 1.5l =。
② 晶闸管装置：76sK =。
③ 电枢回路总电阻： 6.58R =W 。
④ 时间常数：10.018T s =，0.25m T s =。
⑤ 反馈系数：0.00337min V r a =，0.4/V A b =。
⑥ 反馈滤波时间常数：0.005oi s t =，0.005ons t =。
⑦ ASR 、ACR 均采用PI 调节器，调节器，电流环按照典型Ⅰ型系统设计，电流环按照典型Ⅰ型系统设计，电流环按照典型Ⅰ型系统设计，转速环按照转速环按照典型Ⅱ型系统设计。
双闭环直流调速系统动态结构电流调节器的设计1.1.电流环结构框图电流环结构框图电流环结构框图2．电流调节器结构的选择．电流调节器结构的选择校正成典型I 型系统，采用PI 型的电流调节器。
其传递函数可以写成ss K S W i i i ACR t t )1()(+=3．确定时间常数．确定时间常数① 整流装置滞后时间常数T s ，三相桥式电路的平均失控时间：Ts=0.00167s »0.0017s ② 电流滤波时间常数oiT ：s T oi005.0=③ 电流环小时间常数之和i T å,按小时间常数近似处理，取按小时间常数近似处理，取 s s s T T T oiS i 0067.0005.00017.0=+=+=S检查对电源电压的抗扰性能4.4.计算电流调节器参数计算电流调节器参数计算电流调节器参数① 电流调节器超前时间常数电流调节器超前时间常数::sT Li018.0==t② 电流环开环增益：要求s i ≤5%，按附表1，应取I K i T S =0.5，因此，因此163.740067.05.05.0-S ===s sT K i I 于是，ACR 的比例系数为的比例系数为26.05747.06058601806374=´´´==bt S iI iK R K K③ 代入数据得到电流调节器的传递函数为s s s W ACR018.0)1018.0(26.0)(+= 5．校验近似条件．校验近似条件-11U K U d0(s )+U i (s )ACR/RT l s+*i (s )U c (s )s T s s+1I d (s )bT 0i s+11T 0i s+169.20067.0018.0==åiT T L电流环截止频率：163.74-==s K Iciw① 晶闸管整流装置传递函数的近似条件晶闸管整流装置传递函数的近似条件ci S s T w >=´=-11.1960017.03131 满足近似条件。
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直流伺服双闭环控制系统设计1伺服系统介绍1.1伺服系统的特征伺服系统的功能是使输出快速而准确的复现给定，所以伺服系统具有稳定性好、精度高、动态响应快、抗干扰能力强等特点。
同时还需要（1）具备高精度的传感器，能准确地给出输出量的电信号（2）功率放大器及控制系统都必须可逆（3）足够大的调速围及足够强的低速带载性能（4）快速的响应能力和较强的抗干扰能力1.2伺服系统的组成及性能指标伺服系统由伺服电动机、功率驱动器、控制器和传感器四大部分组成，除了位置传感器可能还需要电压、电流和速度传感器。
伺服系统的性能指标分为稳态性能指标和动态性能指标，两者之间既有区别又有联系。
当系统达到稳定运行时，伺服系统实际位置与目标值之间的误差，称做系统的稳态跟踪误差。
由系统结构和参数决定的稳态跟踪误差可分为三类：位置误差、速度误差和加速度误差。
伺服系统在动态调节的过程中的性能指标称为动态性能指标，如超调量、跟随速度及跟随时间、调节时间、振荡次数、抗扰能力等。
1.3伺服系统控制对象的数学模型根据伺服电动机的种类，伺服系统可分为直流和交流两大类。
本次课程设计主要介绍直流伺服控制系统。
直流伺服系统的执行元件是直流伺服电动机，中小功率的伺服系统采用直流永磁式伺服电动机，当功率较大时，可以采用电励磁的直流伺服电动机，直流无刷电动机与直流电动机。
其控制对象的数学模型将在后面具体介绍。
2.设计容介绍直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。
从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。
直流调速系统中应用最普通的方案是转速、电流双闭环系统。
转速负反馈环为外环，其作用是保证系统的稳速精度。
电流负反馈环为环，其作用是实现电动机的转距控制，同时又能实现限流以及改善系统的动态性能。
转速、电流双闭环直流调速系统在突加给定下的跟随性能、动态限流性能和抗扰动性能等，都比单闭环调速系统好。
速度与电流双闭环调速系统是20世纪60年代在国外出现的一种新型的调速系统。
70 年代以来,在我国的冶金、机械、制造以及印染工业等领域得到日益广泛的应用。
随着电子技术、功率元件技术和高性能的磁性材料制造技术的发展，伺服控制直流电动机利用电子换向器取代了机械电刷和机械换向器。
本次设计主要就是设计一个直流伺服双闭环的控制系统。
其基本结构图如下图2-1双闭环伺服系统结构示意图3直流伺服系统控制3.1直流伺服系统控制对象的数学模型直流伺服系统的执行元件是直流伺服电动机，中小功率的伺服系统采用直流永磁式伺服电动机，当功率较大时，可以采用电励磁的直流伺服电动机，直流无刷电动机与直流电动机。
直流伺服电动机的数学模型与调速电动机无本质的区别。
控制对象的数学模型为：式中J ------系统的转动惯量L T ------系统的负载转矩j -------机械传动及凑的传动比l T ------电枢回路电磁时间常数由上式知，电枢电流d I 受到感应电动势E 或转速ω的影响，采用电流闭环控制可以有效抑制感应电动势或转速的扰动，改善系统的动态响应，限制最大的起、制动电流。
电流闭环控制的作用和电流环的设计与直流调速系统相同。
3.2转速、电流双闭环直流调速系统的动态模型在单闭环直流调速系统动态数学模型的基础上，考虑双闭环控制的结构，因速度伺服系统与调速系统没有本质上的区别，因此直流伺服系统的模型可以参考双闭环直流调速系统的动态结构图，而且以后分析电流和速度调节器时，均借助直流双闭环调速系统的结构图。
如下图为双闭环直流调速系统的动态结构图。
图中W ASR(s)和W ACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。
如果采用PI 调节器。
c ss d s d d e d l d L d T m u T K U T dt dU U L L C I T dt dI T J I J C dt d j dt d +-=+--=-==∑∑0001111ωωωθ图3-1 双闭环直流调速系统的动态结构图3.3直流伺服双闭环控制系统结构3.3.1伺服电动机与功率驱动器伺服电动机是伺服系统的执行机构，在小功率伺服系统中多采用永磁式伺服电动机，在大功率或较大功率的情况下也可采用电励磁的直流或交流伺服电机。
从电动机结构与数学模型看来，伺服电动机和调速电动机无本质上的区别，一般来说，伺服电动机的转动惯量小于调速电动机，低速和零速带载能力优于调速电动机。
3.3.2控制器控制器是伺服系统的关键所在，伺服系统的控制规律体现在控制器上，控制器应根据位置给定信号和反馈信号，经过必要的控制算法，产生功率驱动器的控制信号。
与调速系统一样，伺服系统也经历了从模拟控制到数字控制的发展过程。
3.3.3位置传感器精确而可靠地发出速度给定信号并检测被控对象的实际速度是速度伺服系统工作良好的基本保证。
位置传感器将具体的直线或转角位移转换成模拟的或数字的电量，再通过信号处理电路或相关的算法，形成与控制器输入量相匹配的速度信号，然后根据速度偏差信号实施控制，最终消除偏差。
3.3.4调节器的设计环调节器（电流调节器）：（1）作为环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（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。
一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。
这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。
外环调节器（转速调节器）（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）对负载变化起抗扰作用。
（3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。
由此可以得到双闭环速度伺服系统的结构图如下：4系统参数设计4.1电机参数Pn=2.6kw,Un=220V,In=5A,Nn=980r/min ，允许过载倍数 1.5λ=r v C e min//210.0=他励电压：220V时间常数:s T s T m l 17.0,028.0==三相桥式整流电路，晶闸管装置前置放大系数：38=Ks速度反馈系数：r V min/0102.0=α电流反馈系数：A V /06.0=β4.2 电流调节器参数设计在设计电流调节器的时候，首先要考虑应该把系统校正成哪一类的典型系统。
从稳态要求上看，我们希望电流无静差，以得到理想的堵转特性。
根据系统设计的要求，电流环应以跟随性能为主，即应选用典型I 型系统。
所以其传递函数是：其中i K 为电流调节器的比例系数 i τ为电流调节器的超前时间常数（1）确定时间常数整流装置滞后时间常数s T 。
按照晶闸管整流器的失控时间表，知三相桥式电路的平均失控时间0.0017s T s =。
电流滤波时间常数0i T 。
三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms ，为了基本滤平波头，应有0(1~2) 3.33i T ms =，因此取s ms T oi 0023.03.2==。
电流环小时间常数之和。
按小时时间常数近似处理，取s T T T oi s i 004.0=+=∑。
（2）参数计算电流调节器超前时间常数s T l i 028.0==τ。
电流环开环增益：要求10%i σ≤时，按表“典型I 系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系”，应取0.5I i K T ∑=，因此ii i ACR K s W ττ)1()(+=11125004.05.05.0--∑===s s T K i I于是，ACR 的比例系数为：（3）校验近似条件电流环截止频率：1125-==s K I ci ω校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件满足近似条件。
忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件满足近似条件。
电流环小时间常数近似处理条件满足近似条件。
（5）计算调节器电容和电阻按所用运算放大器取R 0=40k Ω，各电阻和电容值为,172403.40Ω=Ω⨯==K K R K R i i 取ΩK 172 取0.2F μ取F μ23.0按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为 4.3%5%i σ=<，满足设计要求。
4.3速度调节器参数设计（1）确定时间常数电流环等效时间常数1/K I 。
由前述已知，0.5I i K T ∑=，则30.406.0388.2028.0125≈⨯⨯⨯==βτs i I i K R K K ci s w s sT >=⨯=-11.1960017.03131ci l m s s s T T ω<=⨯⨯=-148.43028.017.01313ci oi s s s s T T ω>=⨯=-16.1680023.00017.0131131,23.010400023.04430F F R T C oi oi μ=⨯⨯==F F Ri i Ci μτ2.010172028.03=⨯==转速滤波时间常数on T ，根据所用测速发电机纹波情况，取s T on 01.0=.转速环小时间常数n T ∑。
按小时间常数近似处理，取（2）选择转速调节器结构按照设计要求，选用PI 调节器，其传递函数式为（3）计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，先取h=5，则ASR 的超前时间常数为则转速环开环增益可得ASR 的比例系数为式中 电动势常数s s T K i I008.0004.0221=⨯==∑s s s T K T on I n 018.001.0008.01=+=+=∑i ii ASR K s W ττ)1()(+=ss hT n n 09.0018.05=⨯==∑τ1122224.370018.0521521--∑=⨯⨯+=+=s s T h h K n N 5.2018.08.20102.05217.0210.0006.062)1(=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=∑nm e n RT h T C h K αβ。
r V n R I U C Na N Ne min/.210.09808.25220=⨯-=-=（4）检验近似条件转速截止频率为：电流环传递函数简化条件为： 满足简化条件。
转速环小时间常数近似处理条件为： 满足近似条件。
（5）计算调节器电阻和电容取040R k =Ω，则,100405.20Ω=Ω⨯==K K R K R n n,（6）校核转速超调量 当h=5时，查表《典型II 型系统阶跃输入跟随性能指标》可得36.7%n σ=，不能满足设计要求。
但是实际情况是，上表是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR 饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR 退饱和的情况重新计算超调量。