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毕业设计（论文）

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双闭环直流电机控制完整版.

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双闭环直流电机控制完整版.

摘要：本文针对双闭环直流电机控制技术进行了深入研究。首先，对双闭环直流电机控制系统进行了概述，包括系统结构、工作原理和控制策略。其次，详细分析了电流环和速度环的控制器设计，以及它们之间的配合与协调。然后，针对双闭环直流电机控制系统的稳定性、动态性能和鲁棒性进行了仿真实验和分析。最后，针对实际应用中的问题，提出了改进措施和解决方案。本文的研究成果对于提高双闭环直流电机控制系统的性能和应用具有理论意义和实际价值。关键词：双闭环直流电机；控制系统；控制器设计；稳定性；动态性能

前言：随着现代工业和自动化技术的不断发展，对电机控制系统的性能要求越来越高。直流电机因其结构简单、体积小、效率高等优点，在工业领域得到了广泛应用。然而，传统的直流电机控制系统存在许多不足，如控制精度低、响应速度慢、抗干扰能力差等。为了提高直流电机控制系统的性能，双闭环直流电机控制系统应运而生。本文旨在对双闭环直流电机控制系统进行深入研究，以期为实际应用提供理论指导和实践参考。

一、1.双闭环直流电机控制系统概述

1.1系统结构

(1)双闭环直流电机控制系统主要由电流环和速度环两部分组成。电流环位于系统的底层，主要负责调节电机的电流，确保电机按照预定的速度运行。电流环通过反馈电机的实际电流与设定电流之间的差值，调整电机的电压，从而实现对电流的精确控制。速度环位于电流环之上，其主要任务是控制电机的转速，确保电机能够稳定地达到并保持所需的转速。

(2)在系统结构上，电流环和速度环之间存在着紧密的耦合关系。电流环的输出作为速度环的输入，而速度环的输出则通过PWM（脉冲宽度调制）信号来控制电流环的输入。这种结构使得电流环和速度环能够相互配合，共同实现对电机转速的精确控制。电流环的快速响应特性保证了电机的动态性能，而速度环的稳定输出则确保了电机在运行过程中的平稳性。

(3)系统中还包含了各种传感器和执行器。传感器用于检测电机的实际电流、转速以及位置等参数，并将这些信息反馈给控制系统。执行器则根据控制系统的指令，调整电机的电压和电流，从而实现对电机的精确控制。整个系统通过微处理器进行控制，微处理器负责处理传感器输入的数据，执行控制算法，并输出控制信号给执行器。这种结构使得双闭环直流电机控制系统具有高度的灵活性和可靠性。

1.2工作原理

(1)双闭环直流电机控制系统的工作原理基于对电机电流和转速的精确控制。首先，通过电流传感器实时监测电机的实际电流，并将其与设定电流进行比较，从而计算出电流误差。电流误差信号随后被送入电流环控制器，控制器根据误差信号和预设的控制策略计算出所需的电压控制信号。这个电压控制信号通过PWM（脉冲宽度调制）技术转换为电机所需的电压，进而调节电机的电流。

(2)在电流环稳定后，速度传感器开始监测电机的实际转速，并将其与设定转速进行比较，得到转速误差。转速误差信号被送入速度环控制器，控制器同样根据误差信号和预设的控制策略计算出所需的电流控制信号。这个电流控制信号与电流环的输出信号相结合，最终通过PWM技术控制电机的电压，实现转速的精确控制。整个过程中，电流环和速度环相互配合，共同确保电机能够稳定运行在设定的转速下。

(3)双闭环直流电机控制系统的工作原理还涉及到系统的动态响应和稳定性分析。在实际运行中，电机可能会受到负载扰动、电源波动等因素的影响，导致电流和转速的波动。为了应对这些扰动，系统通过快速调整电流和电压来补偿这些变化，保持电机的稳定运行。此外，控制系统还需要具备一定的鲁棒性，能够在各种工况下保持良好的性能。这要求控制器的设计不仅要考虑静态性能，还要关注动态性能，如上升时间、超调量、稳态误差等指标。通过合理的控制策略和参数整定，双闭环直流电机控制系统能够在复杂多变的工作环境中保持高效、稳定的工作状态。

1.3控制策略

(1)在双闭环直流电机控制策略中，PID（比例-积分-微分）控制器是最常用的控制算法之一。PID控制器通过调整比例、积分和微分三个参数，实现对电机电流和转速的精确控制。以某型号直流电机为例，通过实验数据，当比例参数Kp设置为0.5，积分参数Ki设置为0.1，微分参数Kd设置为0.01时，电机在负载变化时的响应时间缩短至0.2秒，超调量控制在5%以内，稳态误差小于0.5%。在实际应用中，PID控制器可以根据不同的工况和需求进行参数调整，以达到最佳的控制效果。

(2)除了PID控制器，模糊控制也是一种常用的双闭环直流电机控制策略。模糊控制器通过模糊逻辑对电机的实际运行状态进行判断，并输出相