单闭环直流电机速度控制系统研究

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1、一.实验原理直流电机在应用中有多种控制方式，在直流电机的调速控制系统中，主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。功率放大器是电机调速系统中的重要部件，它的性能及价格对系统都有重要的影响。过去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大机或可控硅（晶闸管）。现在基本上采用晶体管功率放大器。PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流电机的静摩擦等优点。PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理：1．PWM的工作原理图1-1PWM的控制电路上图所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是

2、美国SiliconGeneral公司生产的专用。PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图1-2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。2.功放电路直流电机PWM输出的信号一般比较小，不能直接去驱动直流电机，它必须经过功放后再接到直流电机的两端。该实验装置中采用直流15V的直流电

3、压功放电路驱动。3.反馈接口在直流电机控制系统中，在直流电机的轴上贴有一块小磁钢，电机转动带动磁钢转动。磁钢的下面中有一个霍尔元件，当磁钢转到时霍尔元件感应输出。4．直流电机控制系统如图1-3所示，由霍耳传感器将电机的速度转换成电信号，经数据采集卡变换成数字量后送到计算机与给定值比较，所得的差值按照一定的规律（通常为PID）运算，然后经数据采集卡输出控制量，供执行器来控制电机的转速和方向。图1-2SG3525内部结构图1-3直流电机控制系统5.PID原理过程控制的基本概念过程控制――对生产过程的某一或

4、某些物理参数进行的自动控制。1.模拟控制系统图1-4基本模拟反馈控制回路被控量的值由传感器或变送器来检测，这个值与给定值进行比较，得到偏差，模拟调节器依一定控制规律使操作变量变化，以使偏差趋近于零，其输出通过执行器作用于过程。控制规律用对应的模拟硬件来实现，控制规律的修改需要更换模拟硬件。2.微机过程控制系统图1-5微机过程控制系统基本框图以微型计算机作为控制器。控制规律的实现，是通过软件来完成的。改变控制规律，只要改变相应的程序即可。3.数字控制系统DDC图1-6DDC系统构成框图DDC(Direc

5、tDigitalCongtrol)系统是计算机用于过程控制的最典型的一种系统。微型计算机通过过程输入通道对一个或多个物理量进行检测，并根据确定的控制规律(算法)进行计算，通过输出通道直接去控制执行机构，使各被控量达到预定的要求。由于计算机的决策直接作用于过程，故称为直接数字控制。DDC系统也是计算机在工业应用中最普遍的一种形式。模拟PID调节器1.模拟PID控制系统组成图5－1－4模拟PID控制系统原理框图2.模拟PID调节器的微分方程和传输函数PID调节器是一种线性调节器，它将给定值r(t)与实

6、际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。1、PID调节器的微分方程式中2、PID调节器的传输函数3.PID调节器各校正环节的作用1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前，

7、在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。数字PID控制器1.模拟PID控制规律的离散化模拟形式离散化形式2.数字PID控制器的差分方程式中称为比例项称为积分项称为微分项3.常用的控制方式1、P控制2、PI控制3、PD控制4.PID控制PID算法的程序流程1.增量型PID算法的程序流程1.增量型PID算法的算式式中，，2、增量型PID算法的程序流程2.位置型PID算法的程序流程1、位置型的递推形式2、位置型PID算法的程序流程――图5－1－9只需在增量型PID算法的程序

8、流程基础上增加一次加运算Δu(n)+u(n-1)=u(n)和更新u(n-1)即可。3.对控制量的限制1、控制算法总是受到一定运算字长的限制2、执行机构的实际位置不允许超过上(或下)极限二．实验拉线图三．实验参考程序及程序流程图1.参考程序dimpv,sv,ei,K,Ti,Td,q0,q1,q2,mx,pvx,opsubInitialize(arg)'初始化函数WriteData0,1mx=0pvx=0endsubsubTakeOneStep(arg)'算