电机实现闭环控制原理
第一章 直流电动机的数学模型及其闭环控制系统
图 1-10 PWM控制器与变换器的框图
图1-9不可逆PWM变换器—直流电动机系统
结合PWM变换器工作情况可以看出：当控制 电压变化时，PWM变换器输出平均电压按线性规 律变化，因此，PWM变换器的放大系数可求得， 即为
4.直流调速系统的广义被控对象模型
（1）额定励磁状态下直流电动机的动态结构图 图1-12所示的是额定励磁状态下的直流电动机动 态结构图。
图1-12 额定励磁状态下直流电动机的动态结构框图
由上图可知，直流电动机有两个输入量，一个是施加在电枢
上的理想空载电压U d0 ，另一个是负载电流 I L 。前者是控制输入量，
它已不起作用，整流电压并不会立即变化，必须等
到 t3时刻该器件关断后，触发脉冲才有可能控制另
一对晶闸管导通。
设新的控制电压
U ct2
U
对应的控制角为
ct1
2 1 ，则另一对晶闸管在 t4 时刻导通，平均整
流电压降低。假设平均整流电压是从自然换相点
开始计算的，则平均整流电压在 t3 时刻从U d01降
Tm
GD2 R
375K
e
K
m
2 d
（1-23）
因其中d 的减小而变成了时变参数。由此 可见，在弱磁过程中，直流调速系统的被控对象 数学模型具有非线性特性。这里需要指出的是， 图1-15所示的动态结构图中，包含线性与非线性 环节，其中只有线性环节可用传递函数表示，而 非线性环节的输入与输出量只能用时域量表示， 非线性环节与线性环节的连接只是表示结构上的 一种联系，这是在应用中必须注意的问题。
Ks
U d U ct
无刷直流电机转速电流双闭环原理
无刷直流电机转速电流双闭环原理哎呀，说起无刷直流电机转速电流双闭环原理，这玩意儿听起来挺高大上的，但其实吧，它就像我们日常生活中的一些小玩意儿，比如你家里的那个电饭煲，按下按钮，它就能自动煮饭，不用你一直盯着火候，这就是因为电饭煲里头有一套控制系统，跟无刷直流电机的双闭环控制差不多。
就拿我上次修理我的电动自行车来说吧，那电机就是无刷直流的。
那天我骑着骑着，突然感觉车子没劲儿了，速度上不去，我心想，这电机是不是出毛病了？于是我就把它拆下来，想看看到底咋回事。
首先得说说这个电机的转速和电流，它们就像是电机的两个“心脏”一样。
转速决定了电机转得多快，电流则决定了电机转得有力不有力。
双闭环控制，就是说，我们得同时控制这两个“心脏”。
这就好比你开车，既要控制油门（电流），又要控制速度（转速），这样才能开得又快又稳。
我检查电机的时候，发现电流有点儿不对劲。
电流不稳，就像是你开车时，油门一会儿大一会儿小，车子就会一冲一冲的。
我得调整一下电流环，让它稳定下来。
电流环就像是你开车时的油门控制，你得根据路况和速度来调整油门，让车子保持在一个合适的速度。
调整好电流环之后，我又看了看转速环。
转速环就像是你开车时的速度表，你得根据速度表来调整油门，让车子保持在一个合适的速度。
我发现转速环的反馈有点儿慢，就像是你开车时，速度表反应迟钝，你踩了油门，车子半天才加速。
我得调整一下转速环，让它反应快一点。
我一边调整，一边想，这电机的双闭环控制，其实跟开车挺像的。
你得同时关注油门和速度，才能让车子开得又快又稳。
电机也是这样，你得同时控制电流和转速，才能让电机转得又快又稳。
经过一番折腾，我终于把电机调整好了。
我把它装回电动自行车，一拧油门，车子就像脱缰的野马一样，嗖的一下就窜出去了。
我心想，这无刷直流电机的双闭环控制，还真是挺管用的。
所以你看，无刷直流电机的转速电流双闭环原理，其实没那么复杂。
它就像是我们日常生活中的一些小玩意儿，只要你细心观察，就能发现它们背后的原理。
转速闭环控制原理
转速闭环控制原理
转速闭环控制原理是在传动系统中，根据监测到的转速信号与设定的目标转速进行比较，通过调节控制器的输出信号来控制电机或发动机的转速，使其与目标转速保持一致的控制方法。
转速闭环控制系统一般包括转速传感器、控制器和执行机构。
转速传感器用于实时监测转轴的转速，并将监测到的信号反馈给控制器。
控制器根据转速传感器的信号与设定的目标转速之间的误差，计算出控制信号，并将其发送给执行机构。
执行机构根据控制信号调节转轴的输入功率或输出阻力，从而使转速逐渐趋近于目标转速。
在转速闭环控制中，控制器一般采用比例-积分-微分（PID）
控制算法。
该算法根据误差的大小、变化率和积分值来计算控制器输出信号，实现转速的精确控制。
比例参数用于控制系统的灵敏度，积分参数用于消除稳态误差，微分参数用于抑制系统的震荡。
通过转速闭环控制原理，可以实现转速控制的精确性和稳定性。
当外部负载发生变化时，控制系统能够及时调整输出信号，使转速保持在目标范围内。
同时，转速闭环控制也可应用于故障检测和故障排除，通过监测转速信号的变化，可以快速判断设备是否存在故障，并及时采取相应的措施。
综上所述，转速闭环控制原理是一种基于转速监测和反馈控制的方法，通过控制器的输出信号调节执行机构，实现对转速的
精确控制。
该原理在各种机械设备和电动机控制系统中得到广泛应用，提高了设备的稳定性和可靠性。
自动控制原理闭环控制实验原理
自动控制原理闭环控制实验原理一、自动控制原理自动控制是指在一定条件下，通过对被控对象进行测量、分析和处理，使其保持在预定状态或按照预定规律运行的一种技术。
自动控制系统由被控对象、传感器、执行机构、控制器和信号处理器等组成。
1.1 控制系统的基本组成（1）被控对象：指需要被调节或者控制的物理量或者过程。
例如，温度、压力、流量等。
（2）传感器：用于将被控对象的物理量转换为电信号。
例如，温度传感器、压力传感器等。
（3）执行机构：根据控制信号调节或者改变被控对象的状态。
例如，电机、阀门等。
（4）控制器：用于对传感器采集到的信号进行处理，并生成相应的控制信号。
例如，PID调节器等。
（5）信号处理器：用于对采集到的信号进行滤波、放大和修正等处理，并将其送入控制器中。
例如，放大电路和滤波电路等。
1.2 控制系统的分类根据反馈方式不同，可以将自动控制系统分为开环系统和闭环系统两种。
（1）开环系统：没有反馈，只能按照预定的规律进行运行。
例如，电风扇。
（2）闭环系统：通过反馈控制，可以使系统保持在预定状态或者按照预定规律运行。
例如，恒温器。
1.3 控制系统的稳定性分析控制系统的稳定性是指当系统受到外部干扰时，能够自动恢复到原来的状态。
稳定性分析是控制系统设计中非常重要的一部分。
常用的稳定性分析方法有：（1）根轨迹法：通过绘制根轨迹图来判断系统是否稳定。
（2）Nyquist法：通过绘制Nyquist图来判断系统是否稳定。
（3）Bode法：通过绘制Bode图来判断系统是否稳定。
二、闭环控制实验原理闭环控制实验是一种基于反馈控制原理的实验，旨在让学生了解闭环控制原理和PID调节器的工作方式，并且通过实验操作来加深对自动控制原理的理解和应用。
2.1 实验器材（1）PID调节器（2）电动机（3）温度传感器（4）温度调节仪（5）电源2.2 实验步骤（1）将温度传感器固定在电动机上，并将其连接到PID调节器的输入端口。
（2）将电动机连接到PID调节器的输出端口，并将其接通电源。
步进电机的开环控制和闭环控制
步进电机的开环控制和闭环控制一、步进电机的开环掌握1、步进电机开环伺服系统的一般构成图1 步进电机开环伺服系统步进电动机的电枢通断电次数和各相通电挨次打算了输出角位移和运动方向，掌握脉冲安排频率可实现步进电动机的速度掌握。
因此，步进电机掌握系统一般采纳开环掌握方式。
图为开环步进电动机掌握系统框图，系统主要由掌握器、功率放大器、步进电动机等组成。
2、步进电机的掌握器1、步进电机的硬件掌握步进电动机在—个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要掌握肯定的脉冲数，即可精确掌握步进电动机转过的相应的角度。
但步进电动机的各绕组必需按肯定的挨次通电才能正确工作，这种使电动机绕组的通断电挨次按输入脉冲的掌握而循环变化的过程称为环形脉冲安排。
实现环形安排的方法有两种。
一种是计算机软件安排，采纳查表或计算的方法使计算机的三个输出引脚依次输出满意速度和方向要求的环形安排脉冲信号。
这种方法能充分利用计算机软件资源，以削减硬件成本，尤其是多相电动机的脉冲安排更显示出它的优点。
但由于软件运行会占用计算机的运行时间，因而会使插补运算的总时间增加，从而影响步进电动机的运行速度。
另一种是硬件环形安排，采纳数字电路搭建或专用的环形安排器件将连续的脉冲信号经电路处理后输出环形脉冲。
采纳数字电路搭建的环形安排器通常由分立元件（如触发器、规律门等）构成，特点是体积大、成本高、牢靠性差。
2、步进电机的微机掌握：目前，伺服系统的数字掌握大都是采纳硬件与软件相结合的掌握方式，其中软件掌握方式一般是利用微机实现的。
这是由于基于微机实现的数字伺服掌握器与模拟伺服掌握器相比，具有下列优点：（1）能明显地降低掌握器硬件成本。
速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现，硬件费用会变得很廉价。
体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。
（2）可显著改善掌握的牢靠性。
集成电路和大规模集成电路的平均无故障时（MTBF）大大长于分立元件电子电路。
（3）数字电路温度漂移小，也不存在参数的影响，稳定性好。
第6章系统闭环控制
图6-19 比照试验测试系统构造示意图
1.异步电机的坐标变换 2.异步电机的定子磁链计算 3.异步电机的电磁转矩计算 4.异步电机的输入功率计算 5.异步电机的功率因数和系统效率计算 6.异步电机输入电压、电流的畸变率计算 7.直流发电机的特性分析 8.低速时异步电机定子磁链观测的数值分析
1.稳态试验 2.转矩动态响应试验 3.鲁棒性试验
图6-1 三相异步电机的物理模型 (加αβ坐标)
(1)定子电压积分模型法 这种方法在电机的定子电压、电流测量 值(如Uab,Ucb,ia,ic等)的根底上，仅仅需要知道电机的定子电阻即 可得到定子磁链的观测值，而定子电阻可以容易的离线测得，因 此该方法容易实现。 (2)电流模型法 即通过定转子电流值和局部电机参数计算定子磁 链的幅值和相位。 (3)状态观测器法 即通过设计全阶或降阶的状态观测器来观测磁 链。
1.稳态试验
图6-20 不同频率电磁转矩稳态纹波系数
1.稳态试验
图6-21 不同频率下VC电磁转矩稳态纹波系数
1.稳态试验
图6-22 不同频率下DTC电磁 转矩稳态纹波系数
1.稳态试验
图6-23 带码盘时50Hz时的 稳态性能
2.转矩动态响应试验
图6-24 转矩动态响应试验电磁转矩波形仿真
图6-2 直接型矢量控制框图 ASR—转速调节器 ATR—转矩调节器 AΨR—磁链调节器
2.间接型矢量控制
图6-3 间接型矢量控制框图
1.电压模型 2.电流模型 3.闭环观测模型
1.电压模型
图6-4 电压模型
2.电流模型
图6-5 电流模型(静止坐标)
3.闭环观测模型
前面介绍的方法都是开环的磁链观测模型，由于 没有引入误差校正项，磁链观测的精度对参数变 化和测量误差等影响十分敏感。更有效的方式是 采用观测器的方法，如Luenberger观测器，扩展 卡尔曼滤波或滑模观测器等现代控制理论中的观 测器理论。限于篇幅这里不再详细介绍。
闭环控制系统的工作原理
闭环控制系统的工作原理随着科技的不断发展，人们对于自动化控制的需求也越来越高。
而闭环控制系统便是其中一种常见的控制方式。
本文将从闭环控制系统的定义、基本组成部分、工作原理等方面进行详细阐述。
一、闭环控制系统的定义闭环控制系统是指通过对被控对象反馈信号的监测和处理，将控制器的输出信号与被控对象的实际输出值进行比较，从而调节控制器的输出信号，使得被控对象的输出值达到预定值的一种控制方式。
简单来说，闭环控制系统就是通过对被控对象的反馈信号进行监测和处理，来达到控制目标的一种控制方式。
与之相对的是开环控制系统，开环控制系统没有反馈信号的监测和处理，只能通过对被控对象的输入信号进行调节来达到控制目标。
二、闭环控制系统的基本组成部分闭环控制系统主要由四个基本组成部分组成，分别是被控对象、传感器、控制器和执行机构。
1.被控对象被控对象是指需要进行控制的物理系统，例如机器人、电机、温度等。
被控对象的输出信号是需要被监测和处理的反馈信号。
2.传感器传感器是用来监测被控对象输出信号的装置，将被控对象的输出信号转换成电信号，并送到控制器进行处理。
3.控制器控制器是对传感器采集到的信号进行处理的装置，将处理后的信号与设定值进行比较，从而调节控制器的输出信号，控制被控对象的输出信号。
4.执行机构执行机构是将控制器输出的信号转换成物理信号的装置，例如电机、气缸等，从而控制被控对象的输出信号。
三、闭环控制系统的工作原理1.控制器的输出信号控制器的输出信号是通过对传感器采集到的信号进行处理得到的，控制器将处理后的信号与设定值进行比较，从而得到控制器的输出信号。
例如，当控制器的设定值为20度，传感器采集到的信号为18度时，控制器会输出一个信号，使得被控对象的输出信号向20度靠近。
2.反馈信号的作用反馈信号是指被控对象的输出信号，通过传感器监测和处理得到的信号。
反馈信号的作用是使得控制器能够实时调节输出信号，使得被控对象的输出信号更加接近设定值。
电机闭环控制系统
运动伺服一般都是三环控制系统，从内到外依次是电流环速度环位置环。
1、首先电流环：电流环的输入是速度环PID调节后的那个输出，我们称为“电流环给定”吧，然后呢就是电流环的这个给定和“电流环的反馈”值进行比较后的差值在电流环内做PID调节输出给电机，“电流环的输出”就是电机的每相的相电流，“电流环的反馈”不是编码器的反馈而是在驱动器内部安装在每相的霍尔元件（磁场感应变为电流电压信号）反馈给电流环的。
2、速度环：速度环的输入就是位置环PID调节后的输出以及位置设定的前馈值，我们称为“速度设定”，这个“速度设定”和“速度环反馈”值进行比较后的差值在速度环做PID调节（主要是比例增益和积分处理）后输出就是上面讲到的“电流环的给定”。
速度环的反馈来自于编码器的反馈后的值经过“速度运算器”得到的。
3、位置环：位置环的输入就是外部的脉冲（通常情况下，直接写数据到驱动器地址的伺服例外），外部的脉冲经过平滑滤波处理和电子齿轮计算后作为“位置环的设定”，设定和来自编码器反馈的脉冲信号经过偏差计数器的计算后的数值在经过位置环的PID调节（比例增益调节，无积分微分环节）后输出和位置给定的前馈信号的合值就构成了上面讲的速度环的给定。
位置环的反馈也来自于编码器。
编码器安装于伺服电机尾部，它和电流环没有任何联系，他采样来自于电机的转动而不是电机电流，和电流环的输入、输出、反馈没有任何联系。
而电流环是在驱动器内部形成的，即使没有电机，只要在每相上安装模拟负载（例如电灯泡）电流环就能形成反馈工作。
谈谈PID各自对差值调节对系统的影响：1、单独的P（比例）就是将差值进行成比例的运算，它的显著特点就是有差调节，有差的意义就是调节过程结束后，被调量不可能与设定值准确相等，它们之间一定有残差，残差具体值您可以通过比例关系计算出。
增加比例将会有效减小残差并增加系统响应，但容易导致系统激烈震荡甚至不稳定。
2、单独的I（积分）就是使调节器的输出信号的变化速度与差值信号成正比，大家不难理解，如果差值大，则积分环节的变化速度大，这个环节的正比常数的比例倒数我们在伺服系统里通常叫它为积分时间常数，积分时间常数越小意味着系统的变化速度越快，所以同样如果增大积分速度（也就是减小积分时间常数）将会降低控制系统的稳定程度，直到最后出现发散的震荡过程。
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电机实现闭环控制原理
介绍
电机是现代工业中广泛应用的一种设备，它将电能转换为机械能，广泛应用于各种机械设备中。
为了实现对电机的精确控制，闭环控制原理被广泛应用于电机控制系统中。
闭环控制原理通过测量电机的输出，并对其进行比较和调整，以实现所需的控制目标。
闭环控制原理的基本概念
闭环控制原理是一种基于反馈的控制方法，它通过测量电机的输出信号，并与所需的控制信号进行比较，以产生误差信号。
然后，根据误差信号，控制系统对电机进行调整，以使输出信号接近所需的控制信号。
闭环控制原理的基本概念可以用下面的步骤来描述：
1.测量电机的输出信号。
2.将输出信号与所需的控制信号进行比较，得到误差信号。
3.根据误差信号，计算并施加控制信号，使输出信号逐渐接近所需的控制信号。
4.反复测量输出信号，并进行比较和调整，直到输出信号达到所需的控制信号。
闭环控制原理的关键是通过不断测量和调整来实现对电机输出的精确控制。
闭环控制原理的应用
闭环控制原理在电机控制系统中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：
1. 位置控制
闭环控制原理可以用于实现对电机位置的精确控制。
通过测量电机的位置，并与所需的位置进行比较，可以计算出误差信号。
然后，根据误差信号，控制系统可以调整电机的运动，使其逐渐接近所需的位置。
2. 速度控制
闭环控制原理也可以用于实现对电机速度的精确控制。
通过测量电机的速度，并与所需的速度进行比较，可以计算出误差信号。
然后，根据误差信号，控制系统可以调整电机的输入信号，以使其速度逐渐接近所需的速度。
3. 力矩控制
闭环控制原理还可以用于实现对电机输出力矩的精确控制。
通过测量电机的输出力矩，并与所需的力矩进行比较，可以计算出误差信号。
然后，根据误差信号，控制系统可以调整电机的输入信号，以使其输出力矩逐渐接近所需的力矩。
闭环控制原理的实现
闭环控制原理的实现通常包括以下几个步骤：
1. 传感器测量
闭环控制原理的第一步是通过传感器测量电机的输出信号。
传感器可以是位置传感器、速度传感器或力矩传感器等，根据所需的控制目标选择相应的传感器。
2. 误差计算
根据测量得到的输出信号和所需的控制信号，计算出误差信号。
误差信号可以通过简单的减法运算得到。
3. 控制算法
根据误差信号，使用适当的控制算法计算出控制信号。
常见的控制算法包括比例控制、积分控制和微分控制等。
控制算法的选择取决于具体的应用场景和控制要求。
4. 控制器输出
将计算得到的控制信号输出给电机控制器。
电机控制器根据控制信号调整电机的输入信号，以实现对电机输出的控制。
5. 反馈调整
控制器输出的信号会影响电机的输出信号。
通过反馈测量电机的输出信号，并与所需的控制信号进行比较，可以得到新的误差信号。
根据新的误差信号，控制系统可以进一步调整控制信号，以使输出信号逐渐接近所需的控制信号。
闭环控制原理的优势和局限性
闭环控制原理具有以下优势：
•精确性：闭环控制原理可以通过不断测量和调整来实现对电机输出的精确控制，使输出信号逐渐接近所需的控制信号。
•稳定性：闭环控制原理可以使系统对外部干扰和参数变化具有一定的鲁棒性，提高系统的稳定性。
•鲁棒性：闭环控制原理可以根据实际情况进行调整，使系统具有一定的鲁棒性，适应不同的工作条件和环境。
然而，闭环控制原理也存在一些局限性：
•成本：闭环控制原理通常需要使用传感器和控制器等额外设备，增加了系统的成本。
•复杂性：闭环控制原理涉及多个环节和参数，需要进行精确的调整和校准，增加了系统的复杂性和难度。
•延迟：闭环控制原理中的测量和调整过程需要一定的时间，可能会引入系统的延迟。
总结
闭环控制原理是一种基于反馈的控制方法，通过测量电机的输出信号，并与所需的控制信号进行比较和调整，实现对电机的精确控制。
闭环控制原理在电机控制系统中有广泛的应用，可以用于位置控制、速度控制和力矩控制等场景。
闭环控制原理的实现包括传感器测量、误差计算、控制算法、控制器输出和反馈调整等步骤。
闭环控制原理具有精确性、稳定性和鲁棒性等优势，但也存在成本、复杂性和延迟等局限性。
通过合理的设计和调整，闭环控制原理可以实现对电机输出的精确控制，提高系统的性能和稳定性。