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PWM直流双闭环调速系统设计

引言

PWM（PulseWidthModulation）直流双闭环调速系统是一

种常用于电动机调速的控制系统。在许多应用中，需要对电动

机的速度进行精确控制，以满足不同的工作需求。PWM直流

双闭环调速系统通过不断调整电动机输入电压的占空比，使电

动机保持稳定的转速，具有快速响应、良好的稳定性和较大的

负载适应能力等优点。

本文将介绍PWM直流双闭环调速系统的设计原理、硬件

电路和控制算法，并提供代码示例和性能分析。

设计原理

闭环控制系统

PWM直流双闭环调速系统由两个闭环控制回路组成：速度

闭环和电流闭环。速度闭环通过反馈电动机的实际转速来调整

电动机输入电压，以使其达到期望转速。电流闭环通过反馈电

动机的实际电流来调整PWM信号的占空比，以使电动机输出

的扭矩与负载要求相匹配。

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速度闭环控制

速度闭环控制由速度传感器、比例积分控制器和电动机驱

动器组成。速度传感器通常采用编码器或霍尔传感器来测量电

动机转速，并将其转换为电压信号。比例积分控制器根据速度

误差和积分误差来计算控制器输出，并将其输入给电动机驱动

器。

电流闭环控制

电流闭环控制由电流传感器、比例积分控制器和PWM模

块组成。电流传感器用于测量电动机的电流，并将其转换为电

压信号。比例积分控制器计算电流误差和积分误差，并生成控

制器输出，将其输入给PWM模块。

硬件电路设计

PWM直流双闭环调速系统的硬件电路设计包括电源模块、

电流传感器、速度传感器、比例积分控制器、PWM模块和电

动机驱动器等。

电源模块

电源模块用于提供系统所需的直流电压。它可以采用稳压

稳流电路来稳定输出电压和电流。

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电流传感器

电流传感器用于测量电动机的电流。常用的电流传感器包

括霍尔传感器和电阻传感器。它将电动机的电流转换为电压信

号，并输入给比例积分控制器。

速度传感器

速度传感器用于测量电动机的转速。常用的速度传感器有

编码器、霍尔传感器和光电传感器等。

比例积分控制器

比例积分控制器是PWM直流双闭环调速系统的核心控制

模块。它根据输入的速度误差和积分误差，计算控制器输出，

并将其输入给PWM模块和电动机驱动器。

PWM模块

PWM模块用于生成PWM信号，控制电动机的输入电压。

它根据控制器输出的占空比，调整信号的高电平和低电平的持

续时间，从而控制电动机的平均输入电压。

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电动机驱动器

电动机驱动器用于接收PWM信号并驱动电动机。它根据

PWM信号的占空比控制电动机的转速和输出扭矩。

控制算法设计

PWM直流双闭环调速系统的控制算法包括速度控制和电流

控制两个部分。

速度控制算法

速度控制算法计算速度误差和积分误差，并根据比例和积

分参数来调节控制器输出。一种常用的速度控制算法是PID

控制器。PID控制器的输出可以表示为：

u(t)=Kp\cdote(t)+Ki\cdot\int_0^te

(\tau)d\tau+Kd\cdot\frac{d}{dt}e(t)

其中，e(t)为速度误差，Kp、Ki和Kd为比例、积分和微

分参数，分别控制控制器的比例、积分和微分作用。

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电流控制算法

电流控制算法计算电流误差和积分误差，并根据比例和积

分参数来调节控制器输出。一种常用的电流控制算法是PI控

制器。PI控制器的输出可以表示为：

u(t)=Kp