直流调速系统概述
直流电动机调速系统
直流电动机调速系统的能耗分析
能效比
直流电动机的能效比通常较高，可以在较高的效率下运行，减少 能源浪费。
功率因数
直流电动机的功率因数较高，可以减少无功损耗，提高电网效率。
热效率
直流电动机的热效率也较高，可以在长时间运行下保持稳定的性 能。
直流电动机调速系统的稳定性分析
抗干扰能力
直流电动机的调速系统通常具有较强的抗干扰能力，可以在复杂 的工作环境下稳定运行。
直流电动机调速系统的调速性能
调速范围
直流电动机的调速范围通常较大，可以在较 宽的转速范围内实现平滑调节，满足不同工 况下的需求。
调速精度
直流电动机的调速精度较高，可以通过精确的控制 算法实现转速的精确控制，提高生产过程的稳定性 和产品质量。
动态响应
直流电动机的动态响应较快，可以在短时间 内达到稳定转速，满足动态负载变化的需求 。
输标02入题
调压调速是通过改变电枢电压来控制电动机的转速， 具有调节方便、平滑性好等优点，但调速过程中能量 损失较大。
01
03
串级调速是通过改变转子回路的电阻来控制电动机的 转速，具有调节方便、能量损失较小等优点，但调节
范围较小且对电机结构有特殊要求。
04
调磁调速是通过改变励磁电流来控制电动机的转速， 具有调节方便、能量损失较小等优点，但调节范围较 小。
系统调试
在系统集成完成后，进行全面的 调试，确保各部分工作正常，满 足设计要求。
性能测试
对系统的性能进行测试，包括调 速范围、动态响应、稳态精度等 指标，确保系统性能达标。
优化改进
根据测试结果和实际应用情况， 对系统进行必要的优化和改进， 提高系统的稳定性和可靠性。
04
交直流调速系统
交直流调速系统•引言•交直流调速系统基本原理•交直流调速系统组成与结构目录•交直流调速系统控制策略•交直流调速系统性能分析•交直流调速系统设计与实践•交直流调速系统应用与展望引言01CATALOGUE调速系统概述调速系统的定义调速系统是一种能够改变电动机转速的控制系统，通过调整电动机的输入电压、频率等参数，实现对电动机转速的精确控制。
调速系统的分类根据电动机类型不同，调速系统可分为直流调速系统和交流调速系统两大类。
其中，直流调速系统具有调速范围广、静差率小等优点，而交流调速系统则具有结构简单、维护方便等特点。
交直流调速系统的发展与应用发展历程交直流调速系统经历了从模拟控制到数字控制的发展历程。
早期的调速系统主要采用模拟控制技术，随着计算机技术的发展，数字控制技术逐渐取代了模拟控制技术，使得调速系统的性能得到了显著提升。
应用领域交直流调速系统广泛应用于工业生产的各个领域，如机械制造、冶金、化工、纺织等。
在现代化生产线中，交直流调速系统是实现自动化生产的关键技术之一，对于提高生产效率、降低能耗具有重要意义。
交直流调速系统基本原理02CATALOGUE直流电机通过电枢电流和磁通量的相互作用产生转矩，实现电机的旋转运动。
直流电机原理调速方式控制策略直流调速系统通过改变电枢电压、电枢电阻或磁通量来调节电机的转速。
直流调速系统常采用PID 控制、模糊控制等策略，实现电机转速的精确控制。
030201交流电机通过定子电流产生的旋转磁场与转子电流的相互作用，实现电机的旋转运动。
交流电机原理交流调速系统通过改变定子电压、频率或改变电机结构等方式来调节电机的转速。
调速方式交流调速系统常采用矢量控制、直接转矩控制等策略，实现电机转速的精确控制。
控制策略交直流混合调速系统原理混合调速原理交直流混合调速系统结合了直流和交流调速系统的优点，通过交直流变换器实现能量的双向流动和转速的精确控制。
能量转换交直流混合调速系统通过交直流变换器将直流电能转换为交流电能，或将交流电能转换为直流电能，以满足不同负载的需求。
《直流调速控制系统》课件
02
直流调速控制系统的主要技术指标
调速范围与静差率
调速范围
指控制系统能够调节的最高和最低转速之比。例如，如果最高转速为1000转/分，最低转速为10转/分，则调速 范围为100:1。
静差率
指在给定的转速变化下，系统的输出转速变化与输入转速变化的比值。例如，如果输入转速变化1%，输出转速 变化2%，则静差率为2%。
03
控制器选择
选择合适的控制器，如单片机、 DSP等，用于实现控制算法和控 制逻辑。
04
软件设计
控制算法选择
选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制 等。
控制逻辑设计
设计合适的人机界面，方便用户对系统进行 操作和控制。
人机界面设计
根据控制算法和控制需求，设计控制逻辑， 实现系统的自动控制。
数据处理程序设计
调速平滑性
调速平滑性
指系统在调节过程中，输出转速变化的连续性和平滑程度。平滑性好的系统， 输出转速变化连续、无突变，对被控对象的振动和冲击小。
调节时间
指系统从某一转速调节到另一转速所需的时间。调节时间越短，系统的响应速 度越快。
动态响应时间与超调量
动态响应时间
指系统在阶跃输入下，达到稳态值的 90%所需的时间。动态响应时间越短 ，系统的快速性越好。
选择合适的仿真软件，如MATLAB/Simulink等，用于建立直流调速控制系统的仿真模 型。
仿真模型建立
根据直流调速控制系统的原理，建立仿真模型的各个模块，包括电机模型、控制器模型 、测速模型等。
仿真结果分析
对仿真结果进行分析，验证仿真模型的正确性和有效性。同时，通过对比实验结果和仿 真结果，进一步理解直流调速控制系统的性能特点和控制效果。
直流调速系统
GT
Ud
Id
-
- Un +
+ RP2
-
n
+ IG
-
U tg
V-M闭环系统原理框图
-
( a ) 给 定 环 节 —— 产 生 控 制 信 号 ： 由 高 精 度 直 流 稳压电源和用于改变控制信号的电位器组成。 (b)比较与放大环节——信号的比较与放大；由P、I、 PI运放器组成
(c)触发器和整流装臵环节（组合体）--功率放大
nnom 1000r/min、 Ra=0.05Ω
晶闸管整流器的内阻
Ks=30 问 题
Rrec=0.13Ω
要求D=20，s≤5%
问若采用开环V-M系统能否满足要求？ 若采用α=0.015V·min/r转速负反馈闭环系统，问放大 器的放大系数为多大时才能满足要求？
解（1）设系统满足D=20，检验系统是否满足s≤5%？
特点：
损耗较大、有级 调速，机械特性 较软。 (2)弱磁调速 特点： 只能弱磁，调 速范围小
工程上，常将调压与调磁相结合，可以扩大调速范围 。
n
Φn Φ2 Φ1 Φ1 Φ2 Φn nn Un U d3 U d2 U d1 Ten
图1-2 调压和调 磁时的机械特性
U d1 U d2 U d3 U n
①系统结构图
U n
Un U d0
电动机
U n
放大器
U ct 整流器及
触发装置
n
速度检测
②系统中各环节的稳态输入输出关系如下： 电压比较环节 放大器
* U n U n Un
U ct K P U n
晶闸管整流器及触发装臵 U d 0 K sU ct
交直流调速系统之直流调速简介介绍课件
机的转速和电流， 机的转速和电流，
实现转速和电流 实现转速和电流
的闭环控制
的闭环控制
直流调速系统的工作过程
01
输入信号：接收来 自控制器的指令信
号
02
信号处理：将指令 信号转换为控制信
号
03
驱动控制：控制直 流电机的转速和转
矩
04
反馈控制：根据直 流电机的运行状态， 调整控制信号，实
现闭环控制
05
直流调速系统的挑战与机遇
挑战：提高调速系统的效 率和稳定性，降低能耗和 成本
挑战：提高直流调速系统 的智能化水平，实现对复 杂工况的适应性
机遇：随着新能源技术的 发展，直流调速系统在电 动汽车、轨道交通等领域 的应用前景广阔
机遇：随着物联网技术的 发展，直流调速系统可以 实现远程监控和诊断，提 高系统的可靠性和维护性
直流伺服调 速系统：通 过控制直流 伺服电机的 位置和速度 来控制速度
04
直流变频调 速系统：通 过改变直流 变频器的输 出频率来控 制速度
直流调速系统的基本组成
整流器：将交 流电转换为直
流电
滤波器：滤除 直流电中的交
流成分
逆变器：将直 流电转换为交
流电
控制器：控制 逆变器的输出 频率和电压， 实现调速控制
电机的转矩
03
电压控制：通过控制电压的大小来控制
电机的转速
04
速度-电流双闭环控制：通过速度环和电
流环的协调控制来实现对电机的精确控制
直流调速系统的性能指标
0 1
调速范围：指直流调速系统能够实现的最
高转速和最低转速之间的差值
0 2
调速精度：指直流调速系统能够实现的转
双闭环直流调速系统工作原理
双闭环直流调速系统工作原理1.系统结构：双闭环直流调速系统主要由两个闭环控制组成，即速度内环和电流外环。
速度内环控制器接收速度设定值和速度反馈信号，通过计算得到电流设定值，并发送给电流外环控制器。
电流外环控制器接收电流设定值和电流反馈信号，通过计算得到电压设定值，并输出给电源控制器。
电源控制器接收电压设定值和电源反馈信号，通过调节电源输出电压，以确保电机输出的电压和电流符合控制要求。
2.速度内环控制：速度内环控制器是实现速度调节的关键部分。
它通过比较速度设定值和速度反馈信号，得到速度差，然后根据速度差来调节电流设定值。
控制器根据速度差的大小来调整电流设定值的大小，如果速度差较大，则增大电流设定值；如果速度差较小，则减小电流设定值。
通过不断调整电流设定值，使得速度差逐渐减小，最终达到设定的速度。
3.电流外环控制：电流外环控制器是为了保证电流的稳定性而设置的闭环控制。
它接收电流设定值和电流反馈信号，通过比较二者的差异，计算得到电压设定值。
控制器根据电流设定值和电流反馈信号的差异来调整电压设定值的大小，如果电流差较大，则增大电压设定值；如果电流差较小，则减小电压设定值。
通过不断调整电压设定值，使得电流差逐渐减小，最终达到设定的电流。
4.电源控制：电源控制器是为了保证电机输出的电压和电流符合控制要求而设置的。
它接收电压设定值和电源反馈信号，通过调节电源输出电压来实现电机的调速。
当电压设定值与电源反馈信号存在差异时，控制器会相应地改变电源输出电压，使得电机的电压和电源设定值尽可能接近。
通过不断调整电压输出，最终使得电机的电压和电流稳定在设定值。
5.系统优点：双闭环直流调速系统能够实现对电机的精确调节，具有较高的速度和电流控制精度。
通过速度内环和电流外环的联合控制，可以准确地调节电机的转速，并且能够自动调整输出电流，适应不同负载。
此外，该系统还具有较好的稳定性和抗干扰能力，在外界干扰较大时仍能保持较高的控制精度。
直流调速系统基本概念
转换元件：将测速
发电机的转速转换成 电压信号以便与给定 电压进行比较。
测速发电机：与直流电动机 M同轴相连，即两者的速度相 同，测速发电机用来测量电动 机的速度，称检测元件；
由系统的结构分析可知：
❖ 系统的调速方法是改变外加电压调速； ❖ 系统的反馈信号是被控制对象n本身; ❖ 反馈电压和给定电压的极性相反，即:
K2K p( U g U f ) Cen Ia R
K2K pU g K2K pK f n Cen Ia R
n K2K pUg Ia R K2K pK f Ce
令：KG
K2K p ,K
K2K pK Ce
f
则：
n KGU g Ia R Ce(1 K ) Ce(1 K
) nof
n f
直流调速系统基本概念
直流调速系统主要性能指标
机电传动控制系统选择调速方案的依据：
生产机械对调速系统提出的调速技术指标
调速系统的调速技术指标 一、静态技术指标
静态指标 动态指标
1. 静差度S： 静差度表示出生产机械运行时转速稳定的程度。
速度稳定性指标
S n0 ne ne
ne n0 ne 静态速降
可逆系统
无静差直流调速系统 按静态误差的不同：
有静差直流调速系统
任务： ➢ 调节速度； ➢ 扩大调速范围，减小静态误差。
1 单闭环直流调速系统 一、有静差调速系统 单纯由被调量负反馈组成的按比例控制的单闭环系统属有静差的自动调节系
统，简称有静差调速系统；
（一）转速负反馈调速系统 1. 基本组成
放大器：将外加电
Uf Kfn
(2) 静特性
Ud Cen Ia R Ud K2Uk Uk K p ( U g U f ) U f K f n
直流电机调速系统设计与实现
直流电机调速系统设计与实现直流电机调速系统是一种常见的电机控制系统，通过调节电机的转速和输出功率，可以实现对机械设备的精准控制。
在工业生产和机械设备中得到广泛应用。
本文将介绍直流电机调速系统的设计和实现过程。
一、系统设计1. 电机选择：首先需要选择适合的直流电机作为调速系统的执行器。
根据需要的输出功率和转速范围，选择合适的电机型号和规格。
2. 电机驱动器选择：电机驱动器是控制电机转速的核心设备。
根据电机的额定电流和电压，选择合适的电机驱动器。
常见的电机驱动器包括PWM调速器、直流电机驱动模块等。
3. 控制器选择：控制器是调速系统的大脑，负责接收输入信号，并输出控制信号来调节电机转速。
常见的控制器包括单片机、PLC等。
4. 传感器选择：为了实现闭环控制，通常需要使用传感器来检测电机的转速和位置。
根据具体的需求选择合适的传感器，如编码器、霍尔传感器等。
5. 调速算法设计：根据应用需求，设计合适的调速算法。
常见的调速算法包括PID控制、模糊控制等。
二、系统实现1. 硬件连接：根据设计需求，将电机、电机驱动器、控制器和传感器等硬件设备连接起来。
确保电气连接正确无误。
2. 软件编程：根据设计的调速算法，编写控制程序。
在控制器上实现信号的采集、处理和输出，实现电机的闭环控制。
3. 参数调试：在系统搭建完成后，进行参数调试。
根据实际效果，调节PID参数等，使电机能够稳定运行并达到设计要求的转速和功率输出。
4. 性能测试：进行系统的性能测试，包括转速稳定性、响应速度等。
根据测试结果对系统进行优化和改进。
5. 系统应用：将设计好的直流电机调速系统应用到具体的机械设备中，实现精准的控制和调节。
根据实际应用情况，对系统进行进一步调优和改进。
通过以上设计和实现过程，可以建立一个稳定可靠的直流电机调速系统，实现对电机转速和功率的精确控制。
在工业生产和机械领域中得到广泛应用，提高了生产效率和设备的精度。
希望本文对直流电机调速系统的设计和实现有所帮助，让读者对这一领域有更深入的了解。
直流调速系统概述
直流调速系统的未来展望
应用领域：广泛应用于工业、交通、能源等领域 技术发展趋势：智能化、集成化、高效化 市场需求：随着环保和节能要求的提高市场需求将持续增长 技术挑战：需要解决直流调速系统的稳定性、可靠性和效率等问题
06
直流调速系统的优缺点 比较
与交流调速系统的比较
交流调速系统：控制复杂调 速范围窄但成本低维护简单
直流调速系统的原理
直流调速系统的基 本概念：通过改变 直流电动机的转速 来控制机械设备的 运行速度
直流调速系统的组 成：包括直流电源、 直流电动机、调速 器等
直流调速系统的工 作原理：通过改变 直流电动机的电枢 电压或励磁电流来 改变电动机的转速
直流调速系统的应 用：广泛应用于各 种需要精确控制速 度的机械设备中如 电梯、机床、起重 机等
直流调速系统概述
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汇报人：
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01
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04
直流调速系统 的性能指标
02
直流调速系统 的基本概念
05
直流调速系统 的应用场景和 发展趋势
03
直流调速系统 的控制方式
06
直流调速系统 的优缺点比较
01 添加章节标题
02
直流调速系统的基本概 念
直流调速系统的定义
直流调速系统是一种通过改变直流 电动机的转速来控制机械设备运行 的系统。
直流调速系统：控制简单调 速范围广但成本高维护复杂
直流调速系统：适用于大功 率、低速、高精度的场合
交流调速系统：适用于小功 率、高速、低精度的场合
与PWM控制方式的比较
直流调速系统：通过改变直流电机的电枢电压来调节转速具有结构简单、控制方便、调速范 围广等优点。
直流调速系统原理及应用
系统组成与工作原理
系统组成
直流调速系统主要由直流电动机、电源装置、控制器和执行器等组成。
工作原理
通过控制器对电源装置进行控制，改变直流电动机的端电压或电枢电流，从而实 现对电动机转速的调节。控制器根据设定的转速与实际转速的偏差，采用相应的 控制算法对电源装置进行调节，使电动机转速趋近于设定值。
02
粒子群优化算法
通过模拟鸟群觅食行为来寻找最优解。这种方法具有并行 计算和简单易实现的优点，但容易陷入局部最优解。
模拟退火算法
模拟固体退火过程来寻找全局最优解。这种方法可以避免 陷入局部最优解，但需要合适的退火计划和较长的计算时 间。
05
系统设计与实现举例
设计要求与性能指标
调速范围
满足设备在不同工作条件下的 调速需求，通常调速范围应达
• 缺点：需要配合适当的滤波电路以减小电流脉动对电机和电源的影响； 高速时电机特性变硬，输出转矩增大，可能导致电机过载。
04
控制策略及优化方法
传统控制策略简介
转速负反馈控制
通过测量电机转速，并将其与设定值进行比较，产生误差信号来 控制电机转速。这种方法简单有效，但动态响应较慢。
电压负反馈控制
将输出电压作为反馈信号，通过调节输出电压来控制电机转速。这 种方法可以提高系统的稳定性，但调速范围有限。
直流电机原理及特性
直流电机基本结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ定子
电刷与换向器
包括主磁极、换向极、机座和端盖等 部分，主要作用是产生磁场和作为电 机的机械支撑。
电刷与换向器一起构成直流电机的电 流换向装置，使电枢绕组中的电流方 向交变，以产生恒定的电磁转矩。
转子
又称电枢，主要由电枢铁心、电枢绕 组、换向器、轴和风扇等组成，是直 流电机中产生感应电动势和电磁转矩 进行能量转换的部件。
PWM直流电机调速系统设计
PWM直流电机调速系统设计PWM（脉宽调制）直流电机调速系统设计是通过改变电机输入电压的有效值和频率，以控制电机转速的一种方法。
本文将介绍PWM直流电机调速系统的原理、设计过程和实施步骤。
一、PWM直流电机调速系统原理1.电机：PWM直流电机调速系统使用的电机一般是带有永磁励磁的直流电机，其转速与输入电压成正比。
2.传感器：传感器主要用于检测电机转速和转速反馈。
常用的传感器有霍尔传感器和编码器。
3.控制器：控制器通过接收传感器反馈信号，并与用户输入信号进行比较来调整电机输入电压。
控制器一般包括比较器、计数器、时钟和PWM 发生器。
4.功率电源：功率电源负责提供PWM信号的电源。
PWM直流电机调速系统的工作原理是：先将用户输入转速转化为电压信号，然后通过比较器将输入信号与传感器反馈信号进行比较，再将比较结果输入给计数器，由计数器根据输入信号的边沿通过时钟控制PWM发生器，最后通过功率电源提供PWM信号给电机。
二、PWM直流电机调速系统设计过程1.确定电机类型和参数：根据实际需要确定使用的直流电机类型和技术参数，包括额定电压、额定转速、功率等。
2.选择传感器：根据调速要求选择合适的传感器，常用的有霍尔传感器和编码器。
3.设计控制器：根据电机类型和传感器选择合适的控制器，设计比较器、计数器、时钟和PWM发生器电路，并进行连线连接。
4.设计功率电源：根据控制器和电机的电压和电流要求设计适当的功率电源电路。
5.总结设计参数：总结所选器件和电路的技术参数，确保设计完整。
三、PWM直流电机调速系统实施步骤1.进行电路连线：根据设计图将所选器件和电路进行连线连接，包括控制器、传感器、电机和功率电源。
2.进行参数调整：根据需要进行控制器参数的调整，如比较器的阈值、计数器的初始值等。
3.进行调速测试：连接电源后，通过用户输入信号和传感器反馈信号进行调速测试。
根据测试结果进行参数调整。
4.优化系统性能：根据测试结果优化系统性能，如改进控制器参数、调整电机参数等。
第五章-直流电动机调速控制系统精选全文
5.1.2 现代机床控制技术
⑴控制系统的分类
①按照有无反馈测量装置，控制系统可以分为开 环控制系统和闭环控制系统。
②按照信号处理技术，可以分为模拟控制系统和 数字控制系统。
开环控制系统是没有输出反馈的一类控制系统。 开环控制系统的主要优点是简单、经济、容易维 修以及价格便宜。主要缺点是精度低，对环境变 化和干扰十分敏感。
直流电机工作原理：
右图为直流电机的物理模型，
N、S为定子磁极，abcd是固定在
可旋转铁质圆柱体上的线圈，线圈
I
和圆柱体分别称为电枢绕组和电枢
铁心。线圈的首末端a、d连接到
I
两个相互绝缘并可随线圈一同旋转
的换向片上。转子线圈与外电路的
连接是通过与换向片连接、固定不
动的电刷进行的。
如图电刷A接电源正极，且总 与转到上边的换向片接触，所以产 生的电磁转矩使转子总是逆时针旋 转。
对同一个系统 ，有：
S nnom n0nin
nmin
n0min
nnom
பைடு நூலகம்
nnom S
nnom
(1 S)nnom S
由调速范围（对于调压调速 nmax nnom）， D nmax nnom nmin nmin
将上页的 nmin 表达式代入本式，得 D nnomS nnom(1 S)
（5-5）
无反馈控制的开环调速系统，额定负载下的转速降落值为：
nnom
I dnom R Ce
其中，R是电枢回路总电阻，为系统固有参数， Idnom是对应额定负载时的电流， 也是固定的。所以，一般开环系统无法满足一定调速范围和静差率性能指标要求。
如果在负载增加的同时设法增大系统的给定电压 Un，就会使电动机电枢两端的 电压Ud增大，电动机的转速就会升高。若Un增加量大小适度，就可以使因负载增加 而产生的 n被Ud升高而产生的速升所弥补，结果会使转速n接近保持在负载增加前的 值上。
pwm直流调速系统电路工作模式
PWM直流调速系统电路工作模式一、PWM直流调速系统概述PWM（脉宽调制）直流调速系统是一种通过改变电机输入电压的占空比来调节电机速度的电子控制系统。
由于其具有调速范围广、动态响应快、控制精度高等优点，PWM直流调速系统在工业自动化、电动工具、电动车等领域得到了广泛应用。
二、PWM直流调速系统电路工作模式PWM直流调速系统的电路工作模式主要分为以下三种：1.双极性模式在双极性模式下，PWM波形有正负两个电平，占空比在0%～100%之间变化。
这种模式下的电机驱动电路较为简单，但需要使用到H桥或类似的电路结构，以实现对电机正反转的控制。
2.单极性模式在单极性模式下，PWM波形只有正电平或负电平，占空比在0%～100%之间变化。
这种模式下，电机只能在一个方向上旋转，因此需要配合方向控制信号来实现电机的正反转。
3.分段线性模式分段线性模式是一种介于双极性和单极性之间的模式，其PWM波形由多个线性段组成。
这种模式下的电机驱动电路较为复杂，但可以实现更为精确的电机速度控制。
三、PWM直流调速系统电路工作原理PWM直流调速系统的电路工作原理主要基于调节电机输入电压的占空比来实现对电机速度的控制。
具体来说，当占空比增大时，电机输入电压增大，电机转速升高；反之，当占空比减小时，电机输入电压减小，电机转速降低。
这种通过调节占空比来实现电机速度控制的方式称为脉宽调制（PWM）。
在PWM直流调速系统中，通常采用闭环控制方式，即通过反馈电机的实际转速与设定转速的差值来实时调整PWM波形的占空比，以实现对电机速度的精确控制。
这种控制方式可以有效减小系统误差、提高控制精度和响应速度。
此外，为了实现电机的正反转控制，PWM直流调速系统还需要引入方向控制信号。
当方向控制信号为高电平时，电机向正方向旋转；当方向控制信号为低电平时，电机向反方向旋转。
通过调节PWM波形和方向控制信号的配合，可以实现电机的正反转和速度调节。
综上所述，PWM直流调速系统通过调节电机输入电压的占空比来实现对电机速度的控制，具有调速范围广、动态响应快、控制精度高等优点。
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。
单闭环直流调速系统
调速范围 生产机械在额定负载时要求电动机提供的最高转速nmax 与最低转速nmin之比称为调速范围，用D表示。即： 静差率（表征转速的稳定程度） 调速系统在某一转速下稳定运行时，负载由理想空载增 加到规定负载时，所对应的转速降落Δn与理想转速n0 之比，用s表示。即： 两者之间的关系是：
带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统
带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统的框图
Us（S）
N（S）
-
+
K p
+
T(s),负载变化
+
电流载止
-
Ufn
Ufi
由于电流截止负反馈环节在正常工作状况下不起作用，所以系统框图上可以省去。
在如图所示的调速系统中，已知负载变化为： 求：负载变化所产生的转速降。 若此时系统的给定量为： ，此时系统的稳 态输出nN。 该系统是否能满足5%的静差率。
降低速降的实质是什么?
结论： 闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。
转速单闭环调速系统结构图
0
闭环静特性
开环机械特性
0
Id1
Id3
Id2
Id4
O
A
B
C
A′
D
Ud4
Ud3
Ud2
Ud1
n
系统调节过程
闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降。
闭环系统减小速降的物理意义
章节一
例题
思路:根据
在上例中，龙门刨床要求, D = 20，s ≤5%， 已知 Ks = 30， = 0.015V·min/r， Ce = 0.2V·min/r,采用闭环系统,如何设计放大器以满足此要求？
直流调速系统概述
指系统在受到外部干扰时，能够保持稳定运行的 能力。抗干扰能力越强，系统鲁棒性越好。
04 典型直流调速系统分析
单闭环直流调速系统
转速负反馈单闭环调速系统
通过引入转速负反馈，实现转速的无静差调节，提高系统的动态性能和稳态精度 。
电压负反馈单闭环调速系统
通过引入电压负反馈，稳定直流电动机的端电压，从而改善系统的静态特性和动 态性能。
现状
目前，直流调速系统已经广泛应用于各个领域，如工业、交 通、能源等。随着电力电子技术和控制理论的不断发展，直 流调速系统的性能不断提高，应用领域也不断扩展。
应用领域与前景
应用领域
直流调速系统广泛应用于需要精确控制转速的场合，如机床、风机、水泵、压缩机、卷扬机等机械设备，以及电 动汽车、电动自行车等交通工具。
前景
随着工业自动化和智能制造的推进，以及新能源汽车等产业的快速发展，直流调速系统的需求将不断增长。同时， 随着电力电子技术和控制理论的不断进步，直流调速系统的性能将不断提高，应用领域也将不断扩展。未来，直 流调速系统将在更多领域发挥重要作用，推动相关产业的持续发展。
02 直流调速系统组成及工作 原理
流。
多环控制直流调速系统
三环控制直流调速系统
在双闭环的基础上，引入第三个控制环，如位置环、速度环或加速度环等，进一步提高系统的控制精 度和动态性能。
多环串级控制直流调速系统
将多个控制环按照串制。该系统适用于对控制精度和动态性能要求较高的场合。
双闭环直流调速系统
转速、电流双闭环调速系统（ASR+ACR）
在转速负反馈的基础上，引入电流负反馈，构成转速、电流双闭环调速系统。其中， ASR为转速调节器，ACR为电流调节器。该系统具有较快的动态响应和良好的稳态精度。
直流调速系统的工程设计
03
常见的动态特性分析方法包括根轨迹法和频率响应法等。
调速系统的能效分析
能效分析是评价直流调速系统能 源利用效率的重要指标，对于节 能减排和降低运行成本具有重要
意义。
能效分析主要通过分析系统的能 耗和效率来进行，能耗越低，效
率越高，系统的能效越好。
常见的能效分析方法包括功率损 耗分析和效率计算等。
直流电机的选型依据
直流电机的选型应根据实际应用需求进行，需要考虑电机的额定电压、额 定电流、额定转速、额定转矩等参数。
选型时需要考虑电机的负载特性，如转矩、转速等，以及负载的变化范围 和变化规律。
还需要考虑电机的控制精度要求、调速性能要求、环境条件等因素，以确 保电机能够满足实际应用的需求。
03 控制系统设计
05 工程实例与优化方案
工程实例介绍
某钢铁企业轧机直流调速系统
该系统用于控制轧机的速度，以确保产品质量和生产效率。
某城市轨道交通直流牵引传动系统
该系统用于控制列车牵引电机的速度，以确保列车运行的安全和稳定性。
现有系统的问题与不足
轧机直流调速系统存在的问题：调速 精度低，响应速度慢，容易造成产品 质量不稳定。
实时操作系统
选择合适的实时操作系统，如RT-Thread、FreeRTOS等，以提高系 统的实时性和稳定性。
控制策略的选择与实现
控制策略
参数整定
根据直流电机的特性和应用场景，选择合 适的控制策略，如PI控制、模糊控制等。
根据实际运行情况，对控制器的参数进行 整定和优化，以提高系统的动态性能和稳 态精度。
电源
为整个系统提供电能，通常为 直流电源。
电机
执行控制器发出的控制信号， 带动负载转动。