在转速闭环直流调速系统中，只有电流截止负反馈环节对电枢电流加以保护，缺少对电枢电流的精确控制，也就无法充分发挥直流伺服电动机的过载能力，因而也就达不到调速系统的快速起动和制动的效果。通过在转速闭环直流调速系统的基础上增加电流闭环，即按照快速起动和制动的要求，实现对电枢电流的精确控制，实质上是在起动或制动过程的主要阶段，实现一种以电动机最大电磁力矩输出能力进行启动或制动的过程。 一、
设计要求
设一个转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H桥PWM方式驱动，已知电动机参数为：
空载起动到额定转速时的转速超调量 过渡过程时间
电流反馈滤波时间常数 转速反馈滤波时间常数 转速调节器和电流调节器的最大输入电压 两调节器的输出限幅电压为 PWM功率变换器的开关频率 放大倍数 电流超调量 允许电流过载倍数 电势系数 电磁时间常数 机电时间常数 额定功率 额定转速 额定电流 额定转速 电枢回路总电阻 200W 48V 4A 500r/min R?8? ?=2 Ce?0.04Vmin/r TL?0.008s Tm?0.5s Toi?0.2ms Ton?1ms **Unm?Uim?10V 10V f?10kHz Ks?4.8 ?i?5% ? ? 25% ts?0.5 s 二、 电流环、转速环设计仿真过程
双闭环直流调速系统的设计及其他多环控制系统的设计原则一样：先设计内环（即电流环），在将内环看成外环的一个环节，进而设计外环（即转速环）。
1. 稳态参数计算
*Uim10电流反馈系数：?=??1.25V/A
?Inom2?4*Unm10转速反馈系数：?=??0.02Vmin/r
?Inom5002. 电流环设计 1) 确定时间常数
Ts?11??0.1msf10kHz
由电流滤波时间常数Toi?0.0002s，按电流环小时间常数环节的近似处理方法，取
Ti?Ts?Toi?0.0001?0.0002?0.0003s ?2) 选择电流调节器结构
电流环可按典型Ⅰ型系统进行设计。电流调节器选用PI调节器，其传递函数为
GACR(s)?Ki3) 选择调节器参数
超前时间常数: ?i?Tl?0.008s 由于?i?5%，故KlT故Kl??is?1 ?is?i?0.5
0.50.5??1666.6667s?1 Ti0.0003?电流调节器比例系数为：
Ki?Kl4) 检验近似条件
?iR0.008?8?1666.7??17.78 ?KS1.25?4.8?1电流环的截止频率：wci?Kl?1666.6667s
i. 近似条件一：
11??3333.3333?wci（满足近似条件） 3Ts3?0.0001ii.
近似条件二：
3iii.
11?3??47.43?wci（满足近似条件） TmTl0.5?0.008近似条件三：
1111???2357.02?wci（满足近似条件）
3TsToi30.001?0.0002
3. 转速环设计 1) 确定时间常数
电流环等效时间常数：2T
小时间常数近似处理：T?i?0.0006s
?i?Ton?0.0006?0.001?0.0016s
2) 选择转速调节器结构
由于转速稳态无静差要求，转速调节器中必须包含积分环节，又根据动态要求，应按典型Ⅱ型系统校正转速环，因此转速调节器应选择PI调节器，其传递函数为：
GASR(s)?Kn?ns?1 ?ns3) 选择调节器参数
按跟随型和抗扰性能均比较好的原则，取h=5，则转速调节器的超前时间常数为：
?n?hT转速环开环增益：
?n?5?0.0016?0.008s
KN?h?15?1??46875s?2 22222hTn2?5?0.0016?于是，转速调节器比例系数为：
Kn?4) 校验近似条件
(h?1)?CeTm6?1.25?0.04?0.5??58.59
2h?RTn2?5?0.02?8?0.0016?KN转速环开环截止频率：?cn??1?KN?n?46875?0.008?375s?1
i. 近似条件一：
1??cn 5Ti?11??666.67??cn（满足近似条件） 5Ti5?0.0003?ii.
近似条件二：11??cn
32TiTon?1111??430.33??cn（满足近似条件）
32TiTon30.0006?0.001?三、 MATLAB仿真
1. 电流环仿真 1) 频域分析
在matlab/simulink中建立电流环动态结构图及校正成典型Ⅰ型系统的电流环开环动态结构图（如图1-1、1-2、所示），建模结果如下：
2) 图1-1 经过小参数环节合并近似后的电流开环动态结构图
3) 图1-2 未经过小参数环节合并近似处理的电流开环动态结构图
命令窗口分别输入以下命令分别得到Bode图
%MATLAB PRGRAM L584.M
n1=1.25*4.8;d1=[0.0003 1];s1=tf(n1,d1); n2=[0.008 1];d2=[0.008/17.78 0];s2=tf(n2,d2); n3=1/8;d3=[0.008 1];s3=tf(n3,d3); sys=s1*s2*s3; margin(sys); grid on
和
%MATLAB PRGRAM L582.M
n1=1;d1=[0.0002 1];s1=tf(n1,d1);
n2=[0.008 1];d2=[0.008/17.78 0];s2=tf(n2,d2); n3=4.8;d3=[0.0001 1];s3=tf(n3,d3); n4=1/8;d4=[0.008 1];s4=tf(n4,d4); n5=1.25;d5=[1];s5=tf(n5,d5); n6=1;d6=[0.0002 1];s6=tf(n6,d6); sys=s1*s2*s3*s4*s5*s6; margin(sys); grid on
得到频域分析曲线（如图1-3、1-4所示）
图1-3 实际电流环开环bode图
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