摘 要：本文主要以數(shù)字信號(hào)處理器為主要控制手段設(shè)計(jì)的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。雙閉環(huán)調(diào)速主要是速度調(diào)節(jié)器，另一個(gè)是電流調(diào)節(jié)器。全控型的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)制（PWM）控制形式變成當(dāng)今的一種趨勢(shì)。并且速度反饋元件選用霍爾傳感器，通過檢驗(yàn)霍爾傳感器的指示燈與捕獲端口來讀取的狀態(tài)是否一致。然后是數(shù)字信號(hào)處理器的自動(dòng)調(diào)節(jié)脈沖寬度，輸出脈沖，驅(qū)動(dòng)電路后，控制電機(jī)的速度[1]。

關(guān)鍵詞：直流電機(jī)；雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；霍爾傳感器；DSP

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.164

1 緒論

本文主要以直流電器為研究對(duì)象。我們希望采取工程設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)直流電機(jī)的速度，電流這2個(gè)方面的調(diào)速。這次是以DSP為基礎(chǔ)的來設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，我們做了研究[2]。在CCS3.3軟件環(huán)境，對(duì)F28335的測(cè)試案例細(xì)細(xì)剖析，再次證明了這個(gè)控制方案的可行性。

2 系統(tǒng)的組成

根據(jù)反饋控制律，利用物理量的負(fù)反饋，在一定條件下保持負(fù)反饋量。然后，電流負(fù)反饋可以用來獲得恒定的電流過程。所以，我們期待的是：?jiǎn)?dòng)過程只是當(dāng)前負(fù)反饋，無速度負(fù)反饋；達(dá)到穩(wěn)態(tài)速度后，只有速度負(fù)反饋，以防止當(dāng)前負(fù)反饋發(fā)揮作用。為了讓轉(zhuǎn)速、電流負(fù)反饋都共同體現(xiàn)出自身在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速方面的價(jià)值，最初的想法是在系統(tǒng)中應(yīng)用2個(gè)調(diào)節(jié)器。分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、電流。并且各自引入轉(zhuǎn)速電流負(fù)反饋。兩者之間的嵌套連接的實(shí)現(xiàn)。這構(gòu)成速度，電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)[3]。

3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析

（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽時(shí)[4]。兩個(gè)調(diào)節(jié)器都尚未達(dá)到其穩(wěn)定狀態(tài)。因此輸入偏置電壓為零。如此，

（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和時(shí)。ASR輸出的電壓Uim*達(dá)到極限的狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的外環(huán)通常會(huì)看成開環(huán)。這時(shí)轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)的干擾就微乎其微了。雙閉環(huán)系統(tǒng)也就可以看成是一個(gè)單電流閉環(huán)調(diào)度系統(tǒng)了，且無靜差。穩(wěn)定狀態(tài)：

其中，最大電流是由電機(jī)過載能力和允許最大加速度。通過上述公式，可以知道該段的靜態(tài)特性。這下垂特性僅僅符合nn0），這時(shí)Un>ASR，ASR就會(huì)失去飽和狀態(tài)。

4 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的分析[5]

參考單閉環(huán)調(diào)速所仿真的的模型，對(duì)雙閉環(huán)控制的布局進(jìn)行考量。參考單閉環(huán)調(diào)速所仿真的的模型，對(duì)雙閉環(huán)控制的布局進(jìn)行考量。

（1）第I階段電流上升階段（t～t1）。

1）驟然增加給定電壓Un后，Id會(huì)上漲。并且當(dāng)Id小于負(fù)載電流IdL時(shí)，此時(shí)電機(jī)不會(huì)運(yùn)動(dòng)。

2）當(dāng)Id≥IdL，電機(jī)將會(huì)先轉(zhuǎn)動(dòng)。但是由于電機(jī)具有慣性，轉(zhuǎn)速不會(huì)突然加快。因此，對(duì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入偏置電壓的值比較大。它的輸出電壓保持在限制的幅度U*im，迫使目前的快速增加。

3）當(dāng)Id=Idm時(shí)，電流調(diào)節(jié)器迅速就抑制了Id的增長(zhǎng)，這時(shí)這一階段結(jié)束。

（2）第II階段恒流升速階段（t1-t2）。

1）在當(dāng)前的階段，ASR持續(xù)處在飽和狀態(tài)。速度環(huán)等效于開環(huán)。在給定的恒定電流U*im下，系統(tǒng)成為一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在這一點(diǎn)上，我們必需確保電流Id達(dá)到一個(gè)相對(duì)來說較為恒定狀態(tài)。這也就讓系統(tǒng)的加速度相對(duì)來說處于穩(wěn)定狀態(tài)，這也就使轉(zhuǎn)速的增加呈正比（線性）。這時(shí)系統(tǒng)的加速度通常來說是不變的，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)（見圖1）

2）同時(shí)，電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)E也會(huì)按比例增加。相對(duì)于電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，E同樣是線性緩慢增加的擾動(dòng)量。為了克服干擾，ud0和UC也線性增長(zhǎng)，以維持一個(gè)恒定的電流Id。

（3）第Ⅲ階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t2以后）。

1）當(dāng)速度增加到一個(gè)給定的n*=n0值，速度調(diào)節(jié)器的輸入誤差減小到0。但由于整體功能的影響，使輸出保持在限位，所以電機(jī)繼續(xù)加速。但只要我超過負(fù)荷電流IDL，車速的不斷提高。直到ID = IDL，轉(zhuǎn)速n達(dá)到高峰。（t=t3）

2）之后，電動(dòng)機(jī)開始在負(fù)載的阻力下減速。此時(shí)，在t3-t4內(nèi)Id

5 總結(jié)

恒流加速階段從電流升至最大值起，到轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值為止。在這個(gè)階段中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器一直飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)起到恒定電流調(diào)節(jié)作用，電流基本保持不變。因而電機(jī)控制系統(tǒng)保持加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)。在最后的轉(zhuǎn)速調(diào)整階段內(nèi)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和電流調(diào)節(jié)都不飽和，兩者同時(shí)起到調(diào)節(jié)作用，通過仿真及分析，系統(tǒng)達(dá)到了較好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯天浩.電力傳動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010（04）.

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[3]張斌.軌道交通電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)[M].西南交通大學(xué)出版社，2013.

[4]錢曉龍.電機(jī)傳動(dòng)控制技術(shù)[M].冶金工業(yè)出版社，2013.

[5]潘月斗.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].機(jī)械出版社出版社，2014.

[6]吳貴文.新運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

作者簡(jiǎn)介：林森（1986-），男，吉林人，碩士，助教，研究方向：電力電子與電力傳動(dòng)。