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摘

要：在转速反馈单闭环控制的基础上，设计增加了电流负反馈，形成了转速、电流反馈控制的双闭环调速系统，并在该系统中设计了两个调节器分别调节转速和电流，提高了直流电机调速系统的调速性能、调速精度、系统稳定性等。关键词：直流电机；调速系统；双闭环；PI调节

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引言在机械工程中，由于生产需要，电机频繁处于启动、制动、反转过程，因此电机的启动和制动时间在很大程度上决定了其生产效率。为了缩短时间，采用转速负反馈的单闭环调速系统很难达到要求，而双闭环直流调速系统在单闭环控制的基础上增加了电流负反馈，获得了良好的性能。1

他励直流电机的调速方法他励直流电机的机械特性是指在励磁电流、电枢电压和电枢回路总电阻一定的条件下，转速与电磁转矩的关系，即n=f（T）。他励直流电动机的机械特性表达式为：式中，n0为理想空载转速；UN为电机额定电压；CE为直流电机的电动势常数；CT是电磁转矩常数；Ф是励磁磁通；Ra是电枢电阻；Tem为电磁转矩；β为机械特性斜率，β越小，机械特性越硬。他励直流电动机固有机械特性如图1所示。图中nN为电机额定转速，TN为额定电磁转矩。他励直流电动机的调速方法有降低电枢电压的调速、降低电枢回路串电阻的调速和减弱磁通的调速3种。2

双闭环直流调速系统的设计电动机调速系统（V-M系统）是通过调节晶闸管的控制角改变电动机电枢电压进而实现调速的，转速受负载影响比较大，因难以保持转速的稳定而无法满足生产工艺要求。所以，本文设计引入转速负反馈，根据转速的偏差自动调节整流电路的输出电压，从而保持转速稳定。为缩短启动时间，又加入了电流负反馈电路，形成双闭环控制电路，如图2所示。图2中的电流环ACR以跟随性能为主，采用PI型的电流调节器，其传递函数如下：式中，为电流调节器的比例系数；为电流调节器的超前时间常数，s是拉普拉斯变换参数。环ASR也采用PI型的转速调节器，其传递函数如下：式中，为转速调节器的比例系数；为转速调节器的超前时间常数]，s是拉普拉斯变换参数。根据上述原理及分析，结合晶闸管构成的三相全桥整流电路，可获得双闭环直流电机调速系统的电路图，如图3所示。其中，调节器Ⅰ为速度调节器，调节器Ⅱ为电流调节器，系统工作时，改变给定电压Ug的大小就可以改变电动机的转速，速度调节器的输出作为电流调节器的给定，利用速度调节器的输出限幅达到限制启动电流的目的。电流调节器的输出作为触发电路的控制电压Uct。实验中利用示波器观察波形，如图4所示，从波形上可以看出，全桥整流波形稳定，采用本文设计的双闭环调速系统，电机启动的超调量小。3

结语本文在转速控制单闭环调速系统的基础上，加入了电流负反馈，形成双闭环调速系统，设计PI调节器采用具有输入、输出限幅的电路，在电机启动和过载时能够限制电流，并且确

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