专题讲座资料（2021-2022年）单片机控制直流双闭环调速系统设计.doc

【直流双闭环调速系统设计】是武汉理工大学《运动控制系统》课程的一项重要实践环节，旨在提升学生的实际操作能力和理论知识的综合运用。设计目的是通过设计一个由单片机控制的直流电机调速系统，使学生深入理解控制技术，并将之前学习的《传感与检测技术》、《自动控制原理》、《仪表与过程控制系统》、《计算机控制技术》等课程内容融会贯通。设计要求是构建一个双闭环系统，包括转速环和电流环，确保电机速度的精确控制并具备过电流保护功能。 **系统构成与工作原理：** 1. **双闭环控制**：直流电机通常采用转速和电流双闭环控制，以实现最佳性能。PI单闭环虽可保证稳定但动态性能不足。双闭环系统由电流环（内环）和转速环（外环）组成，电流环负责快速响应和过电流保护，转速环则实现速度的精确控制。 2. **启动过程**：理想的启动过程中，电流应保持恒定以达到最快的启动速度。电流负反馈用于维持恒流，而转速负反馈在达到稳态转速后才介入，以避免电流负反馈的影响。 3. **控制策略**：采用PI调节器，ACR调节器调节电流，ASR调节器调节转速，两调节器串级连接。ASR的输出控制ACR，然后由ACR的输出控制电力电子变换器。 **系统分析：** 1. **电路原理**：图3展示了直流双闭环调速系统的电路结构，包括ASR和ACR两个调节器，电流环在内，转速环在外。 2. **传递函数**：图4展示了系统的动态结构图，其中和分别代表转速调节器和电流调节器的传递函数。PI调节器的使用简化了控制策略，方程式(1)和(2)描述了这两个调节器的动态特性。 **设计任务**： 1. **空载启动转速超调量**：需控制在10%以内。 2. **系统设计**：包括总体和数字系统设计。 3. **电路设计**：单元电路和总电路的设计。 这个设计项目不仅锻炼了学生的实践技能，还强化了他们对电机控制、负反馈原理和PI调节器应用的理解，为未来在控制领域的工作奠定了基础。通过这样的综合实践，学生能更好地理解和应用理论知识，解决实际工程问题。