【PID控制】直流双闭环调速系统模糊PID控制仿真研究

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🔥 内容介绍

直流调速系统凭借调速范围宽、启动转矩大、响应速度快等优势，在轧钢机、数控机床、电梯等工业领域中占据重要地位。其中，双闭环调速系统（转速外环 + 电流内环）通过分层控制实现了转速与电流的精确调节，是直流调速的经典方案。然而，传统 PID 控制在面对系统参数时变（如电枢电阻随温度变化）、负载扰动（如突然加载）等情况时，难以保持稳定的控制精度。本文聚焦模糊 PID 控制在直流双闭环调速系统中的应用，通过仿真分析验证其在动态响应、抗干扰能力与参数鲁棒性方面的优势，为高性能直流调速系统设计提供参考。

直流双闭环调速系统的构成与控制瓶颈

直流双闭环调速系统通过内环电流控制与外环转速控制的协同，实现了 “快速响应 + 过载保护” 的双重目标。但其控制性能受限于传统 PID 的线性调节特性。

双闭环调速系统的基本架构

直流双闭环调速系统以直流电动机为控制对象，核心由五大模块构成：

• 转速外环：包含转速给定器、转速调节器（ASR，通常为 PI 控制器）、转速反馈环节（如测速发电机或编码器）；

• 电流内环：包含电流给定器（接收 ASR 的输出）、电流调节器（ACR，通常为 PI 控制器）、电流反馈环节（如霍尔传感器）；

• 功率变换装置：晶闸管整流器或 PWM 变换器，将交流电转化为可调直流电驱动电机；

• 直流电动机：电枢回路存在电阻

  Ra

  与电感

  La

  ，励磁方式通常为他励（磁场恒定）；

• 负载模块：包括恒转矩负载（如传送带）或变转矩负载（如风机）。

其工作流程为：转速给定信号与反馈信号的偏差经 ASR 调节后，作为电流内环的给定信号；电流给定与反馈的偏差经 ACR 调节后，控制功率变换器的输出电压，最终实现电机转速的稳定控制。电流内环的存在不仅限制了最大电流（保护作用），还加快了系统的动态响应。

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