度的变化率也就是加速度。由电动机的运动方程可知，加速度与电动机的转矩成正比关系，而转矩又与电动机的电流成正比。因而同时对速度和电流进行控制，成为实现高动态性能电机控制系统所必须完成的工作。因而也就有了转速、电流双闭环的控制结构。
2 文献综述
2.1 文献简介
（1）在由阮毅、陈维钧主编的《运动控制系统》[1]一书中，以控制规律为主
线，按照交流到直流、从开环到闭环（单闭环、双闭环）、从调速到伺服循序渐进，系统简介的介绍了运动控制系统所涉及的基本知识。涵盖了自动控制理论、电力电子技术、机电与拖动基础、计算机控制系统、检测技术、电路等多方面。通过性能分析与比较，解决电动机控制问题使其达到良好的启动与调速性能，一步步由电源选择、调速方法选择、调速系统选择、单闭环双闭环的选择等逐层递进介绍了多种调速方案的优点、缺点和改进措施。其中闭环控制的直流调速系统一章对我帮助很大，涉及了基于MATLAB软件的系统仿真。但是由于篇幅有限，很多地方介绍过于粗浅，比如触发脉冲相位角控制部分没有提及具体的控制大小的实现电路和原理。
（2）邓星钟教授在其主编的《机电传动控制》[2]中突出机电结合、电为机用的特点，力求理论联系实际，元器件的介绍着重于外部特性和在拖动控制系统中的应用。内容包含：机电、控制电器、检测元件、拖动基础、传动系统的过渡过程、有触点控制、电力电子技术、直流伺服、交流伺服、步进电动机的开、闭环控制系统等。其中对电机的控制过程有清晰全方面的介绍，对于理解电机启动和调速控制很有帮助。在电力电子器件方面注重在实际应用，并对控制电路、控制原理都有深入的解析。比如详细得论述了触发脉冲相位角的控制。
（3）在杨叔子 杨克冲主编的《机械工程控制基础》[3]侧重于让读者对系统设计有一个完整的了解，从系统所需的基本概念、系统的数学模型的建立、时间响应的分析、频率特性分析、系统的稳定性、系统的性能指标与校正、非线性系统、线性离散系统及系统辨识等。并介绍了MATLAB的使用实例。对于系统模型的建立和稳定性分析校正很清晰。在设计中对于整个系统的理解很重要。但是侧重于系统的问题。
（4）曾令琴、赵胜会主编的《电工学（II）》[4]介绍电工学的电子技术部分，内容大多为电子技术的传统内容，包括晶闸管的结构和特性、放大电路及其工作原理与特点、用途、集成运算放大电路、稳压电路、整流电路、滤波电路等。还涵盖了数字电子技术部分。整体上内容较为单一，不像以上基本著作那么覆盖多学科交叉内容。
2.2 总结
以上专著包含多方面知识，有电机学、电力电子技术、微电子技术、计算机
控制技术、控制理论、电路等都是设计电流、转速双闭环直流调速系统所必需。首先，《运动控制系统》为我解决了为什么选择双闭环系统，为什么选择直流电源的问题，知道了设计该课题的必要性和优越性，其对双闭环直流调速系统的特性详细得接受，更有助于理解。其次，《机械工程控制基础》回答了怎样建立系统模型得出系统的传递函数、怎样判定系统稳定性、怎样进行校正等问题。而《机电传动控制》和《电工学（II）》解决所涉及的系统怎么实现的问题，即对各种原件和电路选型和参数要求。总之，本设计课题是一个多学科交织的，涉及的只是很广，需要参考多门专著学习基本知识技能才能完成最终的设计任务。
3 设计思路
3.1 设计方框图
设计方框图[5]如下图所示，这是大体的设计思路，供后续细致设计过程参考。
图3-1 设计方框图
3.2 设计任务和要求
设计电流、转速双闭环直流调速系统并校正系统稳定性。 生产机械运动的驱动电动机D：
PN=10kW，UN=220V，IN=Id=55A， nN=1000r/min，Ra=0.5Ω， Ce=0.192V·min/r，GD2=10N·m2，L=17Mh，Ts=1.67ms，Cm=30/π 生产机械要求：调速范围[6]D=10，静差率s=5%
3.3 系统总体结构设计
3.3.1转速、电流双闭环调速系统概述
采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快起动，
[7]
件下实现转速无静差。
关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就应该能得到近似的恒流过程。问题是希望在起动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输人端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主要的作用。怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈作用，又使它们只能分别在不同的阶段起作用呢?双闭环调速系统正是用来解决这个问题的。
3.3.2双闭环直流调速系统的组成
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，如图3-2所示。
图 3-2 转速、电流双闭环直流调速系统
ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—转速测量装置
TA—电流互感器 UPE—电力电子变换器
把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置[8]。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速 调节环在外边，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。