长点知识， 学点双闭环控制吧 点击：14433 | 回复：268
内容拷贝自 电力拖动自动控制系统（第三版），介绍直流电机的速度电流双闭环控制。
道理相通， 分析及理论计算、设计同样适用于异步电机和PMSM的矢量控制。
有兴趣的可以去下载这本书看看！
2013年9月14日补充主帖相关内容：
坦诚地说我的贴子里非常不喜欢刘志斌大师的回帖，因为我觉得跟刘志斌大师搅到一起是一种非常不明智、并且无益于自身修养提高及展现基本素质的一件事。
在我多次的表达该意愿的回帖后刘志斌大师依旧笔耕不缀的奋笔疾书一些前言不搭后语、张冠李戴、不知所云的论调， 并且将我对部分网友的回帖内容肆意解读、采取不符合科学原理的人为主观评判， 妄图采用刷屏等方式为主的疲劳战术达到别人不再搭理、不再回复的效果来获取其所谓的“胜利”，借此维护其自以为的一点论坛高积分会员的权威。
其实， 刘志斌大师的论调一直是饱受争议的话题。据我所知，从“软启动是个无知的骗局”起经历过很多，有过被众版主联名举荐取消论坛排名第一的事迹，有过在运动控制论坛被禁言的先例，更有过被众人群起轮流批斗的几次经历，甚至屡屡发生讨论到某个话题后不知缘故的躲起一段时间闭关修炼、不见踪迹，过段时间重出江湖的、洗把脸重新战斗的历程，等等等等。。。。。
这些曲折丰富的轶事充分显示了刘志斌大师对科学知识的向往，也许只有经历过上山下乡的那个年代的老一代才明白知识的重要！这份对知识的追求已经达到了宁愿身心受辱也不言放弃的境界！在改革开放的新时代里，"爹亲娘亲不如毛主席亲"的观念得到了升华，“将欲取之必先与之”的理念得到了开拓性的创新，先树立标靶让别人批判、然后潜心在别人的白眼里汲取科学知识，这种忍辱负重、韬光养晦的精神值得我们晚辈学习！
在学术创作上，刘志斌大师也充分的发挥了敢想敢为的英勇魄力， 提出了制动电阻并联电容的新思路，并勇于反驳世俗的看法，并针对恒压供水采用变频控制是否节能的问题上也积极的提出新观点........。
大师探索永无止境，最近涉猎于运动控制领域，对伺服的控制提出了颠覆性的设计思路， 开拓性的提出了刘氏步进伺服的原理、从伺服电机到光电编码器、PLC等完全推翻了现有的体系架构，“结束了祖国现代化技术受制于西方科技制约的瓶颈”。
在进行一系列创新的同时， 刘志斌大师仍旧全身心投入到工控论坛在研项目------“矢量控制是个无知的谎言”的学术研究中去，该项目启动于2008年，至今已达5年之久。刘志斌大师自信的表示，该科研课题的成功将会导致全球几十万甚至上百万从事电机控制科研院校、生产单位技术人员的失业，彻底打破中华工控事业受制于西方的局面！
刘志斌百忙之中不忘参与论坛的发帖回复， 本着诲人不倦的精神积极的畅所欲言、无所畏的冲刷地板， 将不管什么东西都要插一杠子的精神发挥到了极致。
在本人的当前发帖中，刘志斌大师以一个前辈的身份对我帖子中的内容进行评析及判断，并提出了和蔼的建议，对其而言纵然无益却也聊胜于无。
鉴于大师的身份和过去的光辉事迹，纵观其过去，惊世骇俗居多，至于将来，何须展望？
我无意于与大师探讨，只能提供当前相关教科书中的内容供论坛的网友去自我甄别、自加判断。
对于刘志斌大师对本帖技术内容的否定以及质问，我保持沉默！
沉默不是发帖内容有错误、没有话说，沉默是因为其不值得我去辩解、不值得我去探讨，但作为帖子的发帖者，我需要对浏览帖子的网友做一个说明！同时对于提出问题的网友，我会尽量解答！
只要刘志斌大师愿意，就没人能够阻止其在这个帖子的继续回帖！
以上言辞如有不符合客观情况、言辞过激之处， 请刘志斌大师向论坛的管理者举报！同时也欢迎版主及管理员仔细审核该发帖内容，如有违规之处请删除相关内容！
先整理部分教科书中关于双闭环的部分内容如下，便于网友浏览、自我甄别！
然后摘录刘志斌大师的部分开拓性创新（仅限于帖子第一页内容）如下：
5楼中：
“4、在任何情况下，“速度闭环”和“电流闭环”不可能同时工作，因为同一个负载，你不能给定它的速度，又给定它的电流！”
7楼中：
“
3、这个“电流环”是在“速度闭环”饱和时，不起控制作用时工作的，举例说启动时，速度环饱和，起不到调控作用，启动电流很大，这
时电流环起作用，调节电压，限制启动电流的无限增大；
4、如果你不懂原理，但是你只要知道，速度环饱和不起作用时，电流环才起作用，不是同时工作的；
”
8楼：
“5、正常工作状态，速度环未饱和，速度环起调控作用，电流环不工作！”
9楼：
“7、而这个双闭环的内电流环的给定，不是电机的电流，是电机电流大或突变时，速度环饱和输出的限幅电压；”
10楼：
“ 9、举例说，在速度闭环控制模式下，负载过重，电机电流出现严重过载，这时用失速保护来保护电机，就是说，这个时候让电机的速度迅速降下来；
10、谁让电机速度迅速降下来的，当然是电流环，电流环在速度环失去作用时，迅速调低频率，调低电机速度，调低电流！
11、大家看到，速度环和电流环还是不能同时工作的！
”
13楼：
“
4、我上网这么多年了，发言也不少，“征”如果能找到一句错话或者一个错误观点，把它贴上来，指出错的是什么，正确的是什么，我当
众认错！当然我自己已经纠正过的错误就不用了！
”
31楼：
“
10、征贴的“双闭环”，一个环饱和时停止工作，另一个环工作；
11、类似交流变频调速时的失速保护，失速保护时，速度环停止工作电流环调低电机速度，调低过载电流，实现过载保护一样！
”
35楼：
“1、说心里话，“征”如果能虚心学习，不懂就问，这几年我可以把你培养成一个不错的高级专业技术人员；
2、对我来说，这些都是熟透的知识和技能，我可以用简短而有效的文字明白的教你，而且是百问不厌、诲人不倦、鞠躬尽瘁！
3、你不该骂我，我是给你们送知识来的，不仅不要钱，而且是在书里、课堂里、……那里也买不到的知识！？
”
41楼：
“
1、我说的“速度环”和“电流环”是：
1）给定电机速度，检测电机速度，调节控制电机速度为给定速度；
2）给定电机电流，检测电机电流，调节控制电机电流为给定电力；
2、所以，你不可能同时控制一台电机速度为给定速度，电流为给定电流；
3、所以，我的结论是任意时刻“速度环”和“电流环”不能同时起作用！
”
43楼：
“
6、速度的“双闭环”控制中，或者速度的“电流正反馈”控制中，“电流的检测反馈”是与给定速度比较，而不是与给定电流比较，是为
了进一步控制好“速度”，而不是控制电机的电流为给定电流！
”
44楼：
“
8、“双闭环”不是“征”认为的那样，“一个环控制速度，一个环控制电流。”；
9、电流的检测反馈与给定电流比较，是控制电流大小；速度的检测反馈与给定速度比较，是控制速度。
”
回复网友的比分内容：
50楼中：
“转速电流双闭环直流调速系统电流环是只有在转速环饱和时发挥恒流调节的作用，保证电机的安全运行。当转速环不饱和时，电流环没有发挥电流调节的作用，只是随动。这点刘老师讲的是对的啊，我觉得，请赐教。”
解答如下：
转速环的输出是什么？先搞明白这个问题！
（修改后补充内容）转速环的输出是克服速度偏差所需要的电磁转矩， 在直流电机或采用矢量控制的交流电机中，力矩与电流成正比，因此可以简单地理解为转速环的输出是产生需要力矩的电流。在某些高端的驱动器中， 会添加一个转矩控制的计算部分，国内的低端驱动器没有这一部分。
在闭环调节的过程中，由于速度偏差是不停变化的，因此转速环输出的电磁转矩也是变化的， 其最终目的是保证速度的稳定，在负载作用下尽量小的速度跌落和快速的调节时间。
这个转速环一般采用PI控制， 通过PI参数的整定可以达到需要的性能要求。
通电线圈在磁场中受到的电磁力怎么计算、和哪些物理量有关？最基本的公式F=BILSIN(theta)，
如果磁通密度B能够保持恒定，并且导线长度在设计好的线圈中是固定值，而此时在theta为90度时，那么电磁力只与电流I成正比，也就是说电磁力F通过控制电流I后，力的大小是可控的。
只有力是可控的，才能精确控制加速度a，加速度a可控了，速度v才能精确控制。
这就是采用电流内环的目的。
电流内环控制的是电磁力的大小，所以又称为转矩控制。
（修改后补充内容）电流环的输出是保证电流达到速度环要求的电流指令所需要的电压。在上面已经说明了速度环的输出，即电流环的输入指令-------- 产生需要的力矩的电流值，是不断变化的， 跟克服速度偏差所需要的转矩有关。
而电磁转矩可以通过某些控制方法做到只跟电流成比例， 因此电流内环实质上控制电流， 就是控制了电机输出的电磁转矩。
电磁转矩得到了控制， 物体运动的加速度就是可控的， 加速度对时间的积分就是速度， 速度对时间的积分就是位移。
因此只有电磁转矩可控， 才能精确地控制速度和位置。所以电机控制， 归根结底就是对电磁转矩的控制。
内环的作用只管控制电流达到期望的电流就可以了，至于期望电流是多少， 也就是电磁转矩的大小是由外环----速度环控制的， 电流环不需要知道。
如果速度环外面还有位置闭环，位置环可以根据位置偏差计算需要的速度值， 把速度指令发送给速度环。 速度环不需要知道当前位置偏差的大小，速度指令的大小由位置闭环决定，速度环只要按照速度指令执行速度控制就行了，这就是伺服驱动器中的三闭环控制。
单闭环的速度控制， 直接根据速度偏差计算需要的电压，在整个控制过程中不能精确地控制电磁转矩， 因此在不同的速度和负载及负载变化波动下其控制时间和精度是难以保证的、不确定，只用于低端变频器等需要简单调速的应用， 不能应用于高要求的运动控制！
"当转速环不饱和时，电流环没有发挥电流调节的作用，只是随动。"
这句话有点问题，既然“电流环没有发挥电流调节的作用”，又如何“只是随动”， 随什么随动？
你还是没有搞明白问题的本质！
这是采用模拟器件时候的电路原理图， ASR和ACR部分是通过硬件在PCB板上实现的， PCB制作完成后，电路的连接方式不能改变。
从电路图上可以看出，速度环ASR的输出Ui*接到ACR运算放大器的反相输入端上，ACR的输出Uc驱动UPE控制输出到电机的直流电压Ud。
这个电路原理图很容易看出，ASR只能输出电流环的给定输入Ui*， 驱动电机的电压Ud是通过ACR的输出Uc驱动UPE得到的。这两个环是级联的方式。
起动过程已经在主帖的图上分析过了， 两个环的作用也有说明。
现在的你的问题在转速不饱和时， 你认为电流环没有发生调节作用，
首先电流环肯定是工作的， 如果不工作，速度环的输出Ui*怎么输过去改变Uc控制UPE输出的电压Ud？硬件PCB可都是已经焊接固定死了的。
假如当前给定指令是100rpm， 稳定运行后，负载没有变化。速度指令改为110rpm，假定在这种变化的过程中指令变化的速率不足以导致速度环饱和，如果电流环ACR不发挥电流调节作用，那么Uc就不会改变，试问在Uc是一种状态的情况下，Ud怎么被调节到满足在110rpm时速度恒定并且带动负载旋转？
电流内环的调节可以克服以下问题：
1）电机长时间运行的电机参数变化， 如温升导致的电阻和电感变化。
电机运行时铜损I2R， 这个发热会随着时间逐步导致电机相对于环境温度的温升， 温度升高后， 电阻的阻值会变大。
在恒定速度下， 负载不变， 电阻阻值变大， 会导致在恒定电压下电流变小，因此电流内环的ACR要改变输出Uc驱动UPE是输出电压Ud变大，保持电流恒定
2）电源电压的变化
当供电电压变大时，在相同占空比的情况下通过PWM调制输出的Ud电压会升高， 会导致电流变大， 电流内环的ACR要改变输出Uc改变占空比驱动UPE使输出电压Ud变小， 保持电流恒定。
供电电压变小时， ACR同样调节输出Uc保持电流恒定。
这些快速的调节都是通过电流内环来实现的， 电流内环都在起电流的调节作用。以上为什么没有考虑速度环的作用？
应为速度环中有个电机惯量J导致速度不能突变， 也就是速度偏差的形成需要时间， 在速度偏差形成以前就有可能电压波动、电阻变化等已经发生好长时间了。这种快速的扰动之能同快速的电流内环来克服扰动， 避免由于这些扰动导致转速波动！
如果靠转速环来调节， 转速已经发生波动了，调解时已经晚了，如何能更好的保持速度恒定？
双闭环系统内环和外环都是同时工作的， 只不过在某些特殊情况下外环饱和或者内环饱和，但不能说外环和内环不能同时起调节作用！
在某个时刻， 有可能速度环ASR和电流环ACR分别起主导作用， 一个起主导调节器的作用并不意味着另外一个调节器不起作用！
所以：
“5、正常工作状态，速度环未饱和，速度环起调控作用，电流环不工作！”和“我的结论是任意时刻“速度环”和“电流环”不能同时起作用！”之类的问题，实在是勇敢的“创新”！
后续内容看情况添加！
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1、大家不仅要问，闭环调控时，干忧大时怎么就能饱和呢？
2、其实这是闭环控制中最常见的情况！有人企图调P、I、D参数能解决饱和的问题，是无济于事的！
3、先说说闭环控制饱和的物理本质：
1）举例说明，一个热水供热锅炉的恒压力补水变频调速系统；
2）当供热锅炉系统因失水或漏水而压力下降时，通过补水泵补水，维持系统压力守恒；
3）可以采用补水泵压力开关控制模式，但是此系统有压力差，就是说压力只能在一个范围内变化；
4）可以采用恒压力补水变频调速系统，给定一个压力，系统可以维持一个恒定压力不变，原理就是，系统失水多少，就能补水多少，失水快，补水快，失水慢，补水慢，维持压力为给定压力不变；
5）但是，发现恒压力补水变频调速系统工作有时正常，有时就不正常；
6）仔细观察，不正常总是发生在系统短时间漏水量大的时候；
7）其表现是，频率一下就达到50HZ，而压力低于给定压力上不去；
8）其表现是，频率已经就达到50HZ，而系统压力还在下降！
9）这就是一个明显的闭环系统控制达到“饱和”或者“失控”的情况！
10）如果不懂，会以为P、I、D参数没有调整好，这时候如果调P、I、D参数，会越调越乱，不起作用！
11）那是什么原因导致闭环饱和或者失控的呢？明眼人已经知道原因了，那就是失水流量大，失水流量大于补水泵在50HZ运行时的最大补水量！简单说就是补水泵已经来不及补水了！
12）回到主楼的问题，当电机的额定力矩小于负载力矩，或者当电机的最大力矩小于负载力矩时，速度闭环还要稳定电机速度于给定值上，只能出现过载，或者严重过流甚至堵转！
13）这时候就是速度闭环发生“饱和”或者“失控”的时候；
14）也就是这个时候，系统要进行失速保护（过载保护、过流保护），就是说让系统的速度降下来运行！
4、任何一个闭环控制系统，都有一个因电机额定转矩、额定电流的受限制的工作范围！超过这个范围，闭环控制系统“饱和”、“失控”，系统便进入保护！
5、闭环控制必须在动力允许的范围内进行，不可能超出动力允许的范围！
6、或者说，系统的干忧在允许范围内，就能克服，超出范围就无法克服，有人在描述国外产品时，说的非常离奇，那都是违背客观规律的，是骗人的！
引用 onlylm2008 的回复内容：
…… 好的电流环2个pwm周期变可以跟随阶跃响应命令。 而速度环的带宽一般50·200hz,只是比较慢一些。……
1、速度环检测电机速度，调节频率或电压，电机速度下降时，调高频率或电压；
2、电流环检测电机电流，调节频率和电压，电机电流上升时，调低频率或电压；
3、负载增大时，电机速度下降，电机电流上升，速度闭环是调高频率或电压，而电流环是调低频率或电压，是调控方向相反，所以不能同时工作！
4、只要是同一个电机及负载，速度下降与电流上升是同时的，检测反馈没有先后；
5、只要是同一个电机及负载，速度下降与电流上升是同时的，闭环调节器都是调频率或电压，也是同时的，没有响应快慢的问题；
- "位置","速度","转矩"
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