直流电机调速设计报告.doc

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1、西安郵電學院控制系统课程设计报告书系部名称：自动化学院学生姓名：23号：帖东杰19：赵立龙31：王泉27号：张翻35号：赛力汗专业名称：自动化班级：自动0804时间：2010年12月5日至2010年12月17日直流电机的闭环调速系统设计一、设计要求利用PID控制器、光电传感器及F/V转换器设计直流电机的闭环调速系统。二、设计方案分析器材：电路板、PID控制器、小型直流电机、LM331、ST151各一片电阻、电容若干、导线、LM324若干原理框图：输入输出减PID控制器直流电机F/V转换器Lm331光电传感器ST151注：1.输入电源信号与反映电机转速变化的电压信号的反馈调节电压信

2、号，作为共同输入，通过PID控制器调节，驱动电机工作。2.电动机转动叶轮，叶轮通过转动在光电传感器处产生脉冲信号并输入给F/V转换器；F/V转换器将频率信号转换为电压信号，将此作为反馈信号然后通过PID控制器对输出电压进行校正。四、硬、软件设计及背景知识介绍PID比例积分微分控制器1、PID控制器的简单介绍PID是比例P(Proportional)、积分(Integral)、微分D(DifferentialorDerivative)控制的简称。在PID调节器作用下，我们可以对误差信号分别进行比例、积分、微分控制，调节器的输出作为被控对象的输入控制量。PID调节器的传递函数和电路连

3、接如下图所示，在式中，Kp为比例增益，Ti为积分时间，Td为微分时间。PID传递函数：PID电路连接：1、PID控制器参数的确定PID控制是比例、积分、微分控制的总体，而各部分的参数KP、TI、TD大小不同则比例、微分、积分所起作用强弱不同。在工业过程控制中如何把三参数调节到最佳状态需要深入了解PID控制中三参量对系统动态性能的影响。以单闭环调速系统为例，讨论各参量单独变化对系统控制作用的影响。在讨论一个参量变化产生的影响时，设另外两个参量为常数。PID参数对系统的影响：通过仿真PID控制器参数确定如下KP=20TI=0.5TD=0.1PID参数的确定的详细步骤：见附件《基于MA

4、TLAB仿真下PID参数整订》LM324放大器LM324为四运放集成电路，它采用了14脚双列直插塑料进行封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324引脚排列见图。Lm324管脚图在电路设计时，将F/V转换器LM331输出的电压反馈信

5、号经Lm324放大反馈到电路中；4和11管脚分别接+12V,-12V电源。光电转换器ST151光电转换器ST151是单光束直射取样式光电传感器，采用高发射功率红外光电二极管和复合晶体管组成，性能可靠；体积小，结构简单.多应用于多费率电能表，IC卡电度表等各种需测量计数的场合。ST151实物图ST151内部结果图在本实验中，当电机驱动转动叶轮时，通过光电传感器将光信号转换为具有一定频率的脉冲信号，再将该脉冲信号传送给F/V转换器LM313。频率－电压变换器LM331LM331是美国NS公司生产的性能价格比比较高的集成芯片。它是当前最简单的一种高精度V/F转换器、A/D转换器、线性频

6、率调制解调、长时间积分器以及其它相关的器件。LM331双列直插式8引脚芯片，其引脚框图如图1所示。Lm331逻辑框图Lm331各引脚功能说明如下:脚1为脉冲电流输出端,内部相当于脉冲恒流源,脉冲宽度与内部单稳态电路相同;脚2为输出端脉冲电流幅度调节,RS越小,输出电流越大;脚3为脉冲电压输出端,OC门结构,输出脉冲宽度及相位同单稳态,不用时可悬空或接地;脚4为地;脚5为单稳态外接定时时间常数RC;脚6为单稳态触发脉冲输入端,低于脚7电压触发有效,要求输入负脉冲宽度小于单稳态输出脉冲宽度Tw;脚7为比较器基准电压,用于设置输入脉冲的有效触发电平高低;脚8为电源Vcc,正常工作电压范

7、围为4～40V。线性度好,最大非线性失真小于0.01%,工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性;变换精度高数字分辨率可达12位;外接电路简单,只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路,并且容易保证转换精度。由LM331构成的频率－电压转换电路如图4所示，输入脉冲fi经R1、C1组成的微分电路加到输入比较器的反相输入端。输入比较器的同相输入端经电阻R2、R3分压而加有约2Vcc/3的直流电压，反相输入端经电阻R1加有Vcc的直流电压。当输入脉冲的下降沿到来时，经微分