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2017年第11期
1、引言
当今的时代，电机成为人们生活应用中越来越不可或缺的
部件，不同的领域对直流电机的性能要求不同，
的驱动装置有好多种，尤数直流电机使用方便，具有良好的启动性和调速性，是目前使用最广泛的一种[1-4]。
2、双闭环直流调速系统的建模
选用双闭环直流调速系统，内环为电流环，
外环为转速环。主要构成环节有：给定环节、电流调节器（ACR ）、转速调节器
（ASR ）、速度和电流电测环节、触发和整流装置等。转速、
电流双闭环直流调速系统原理图如图1所示[5-6]。
2.1调速系统的物理模型
依据电动汽车对电动机的选型主要有功率和电压等，
电动机功率的选择要考虑到电动车的最高转速、
爬坡、满载加速性能等要求。本文中直流伺服电机选取的参数如下：额定功率
10kW 、额定电压220V 、额定电流4.5A 、额定转速1500r/min ，
电动机反向电势系数C e =0.1356V ·min/r 、最大过载量λ=1.5。设计要求：稳态指标无净差，动态指标，电流调节超调σi %小于5%，转速调节超调σn %小于10%。
根据系统各环节的工作原理和各环节之间的相互作用，
可得如图2所示的双闭环调速系统的结构图。
2.2系统模型的建立
2.2.1电流内环的设计（1）确定各环节的时间常数
反馈滤波环节时间常数T oi =0.002s
电流环时间常数T i =T oi +T s =0.002+0.0017=0.0037s 机电时间常数T l =L R =0.0040.31=0.0129s
（2）确定电流调节器（ACR ）的类型
根据设计指标：σi %≤5%，已知T l T i =0.01290.0037=3.49<10
故可选择设计为I 型系统，选择PI 调节器，传递函数模型
为：
W ACR(S)=K i （τi s +1）τi s
（3）其他参数的选择
τi =T l =L R =0.0040.31
=0.0129s
使K I T i =0.5，故可得K I =0.5T i =0.50.0037
=135.1
K i =K I τi R βK s =135.1×0.0129×0.310.072×40
=0.1876
（4）电流调节器传递函数
W ACR(S)=K i （τl s +1）τl s =1.876（0.0129S +1）0.0129S
（5）电流调节器参数的选择
图3所示为电流调节器原理图。令R 0=40K Ω，则R i =K i R 0=1.876×40=75.04K Ω，可选取R i =75K Ω
C i =τi R i =0.012975×103
=0.172μF ，可选取C i =0.17μF
C oi =4T oi R 0=4×0.00240×103
=0.2μF ，可选取C oi =0.2μF
满足σi %=4.3%<5%的要求。
2.2.2转速外环的设计（1）确定各环节的时间常数
电动汽车直流电机调速的双闭环控制
王美蕴
（鹤壁职业技术学院电子信息工程学院河南鹤壁458030）
【摘要】为节省能源，电动汽车开始进入人们的视野，本文则是对电动汽车直流电机进行控制的仿真研究。对直流电机进行物理建模，采用双闭环调速系统，分别对电流环和转速环进行设计。仿真结果证明其具有良好的动静态性能。
【关键词】直流电机；调速；双闭环控制图1转速、电流双闭环直流调速系
统
图2双闭环系统的结构
图
图3电流调节器原理图
DOI:10.16707/jki.fjpc.2017.11.075
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参考文献：
［1］刘志，耿凡，徐健剑．互联网+现代农业［M ］．北京：我国农业科学技术出版社，2015
［2］王文生，郭雷．风农业大数据及其应用展望［J ］．江苏农业科学，2015，43(9)：43-46
［3］韩楠．促进农业大数据在现代农业应用的途径分析［J ］．农业经济，2017(8)：25-27
［4］袁芬，徐从富．基于机会协作的农业物联网大数据处理系统设计［J ］．计算机应用，2014，34(7)：2136-2139
［5］李贺强，王纯龙，
王莹莹．机会协作视角下农业物联网大数据处理系统的的构建思路［J ］．电子技术与软件工程，2017(16)：153-153［6］植凤寅．走出农村电商困境［J ］．中国金融，2016(7)：96-99
作者简介：
丁莲（1984-），女，硕士在读，成都农业科技职业学院，讲师，主要研究方向：计算机应用技术、多
媒体技术、图形图像制作；杜巍（1983－），男，本科，成都农业科技职业学院，讲师，主要研究方向：数字媒体应用技术。
转速反馈滤波时间常数T on =0.01S
转速环等效时间常数T n =2T i +T on =0.0074+0.01=0.0174s
（2）选择转速调节器（ASR ）的结构类型
W ASR(S)=K n （τn s +1）τn s
（3）确定参数τn 、K n 选取幅值裕度h =5，则τn =5T n =5×0.0174=0.087S
K n =（h+1）
βC e T m 2h αRT n
=6×0.072×0.1356×0.0422×5×0.0067×0.31×0.0174=6.8078（4）确定调节器的传递函数
W ASR(S)=K n （τn S +1）τn S =6.8078（0.087S+1）0.087S
（5）转速调节器参数的选取
转速调节器的原理图如图4所示。
令R 0=40K Ω，可得R n =K n R 0=6.8078×40=272.312K Ω可选取R n =275K Ω
C n =τn R n =0.087275×103×106=0.315μF
可选取C n =0.3μF C on =4T on R 0=4×0.0140×103
×106=1μF
当满足幅值裕度h =5时，ΔC max C b
=81.2%，可得符合设计目标。
3、系统仿真与实现
系统的仿真基于MATLAB 软件，在Simulink 中进行仿真建模，并进行参数调试，以期获得良好的控制效果。在负载变化
情况下，对直流调速系统进行仿真分析，
结果如图5所示。由控制响应曲线可见，其调节时间较短，误差小，稳定性较强且上升阶段无震荡，控制效果也比较好，
且性能稳定。4、结论
电动汽车电机驱动控制技术是电动汽车核心技术之一，本文把外环转速控制与内环电流控制相结合应用到直流电机的
汽车电机调速系统中。从仿真结果可以看出，
系统的动静态性能良好，具有较强的实际意义。
参考文献：
［1］马宪民.电动汽车的电气驱动系统［J ］.西安公路交通大学学报,2001,(03):83-86.
［2］王海仙，陈福民.电动汽车的电气驱动技术及其发展［J ］.电工电能新技术,1996,(04):16-20.
［3］胡浩.混合动力汽车驱动系统控制方法及控制策略研究［D ］.湖南大学,2007
［4］翟丽，张壮志，郑兴伟.电动汽车驱动系统牵引电机及其控制技术［J ］.汽车电器,2003,(03):9-12.
［5］陈伯时．电力拖动自动控制系统—运动控制系统［M ］．北京：机械工业出版社,2003
［6］唐介．电机与拖动［M ］．北京：高等教育出版社,2005
［7］刘金琨．先进PID 控制及其MATLAB 仿真［M ］．北京：电子工业出版社,2011
图4转速调节器原理
图
图5控制系统响应曲
线
（上接第139页）
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