直流电机速度闭环控制系统设计报告

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1、华中科技大学---计算机控制原理课程设计电气0505班刘全伟直流电动机速度闭环控制系统设计目录一、课题简介2二、方案设计21.系统整体设计22.电机的传递函数33．集成H桥驱动器44.发电机传递函数55.信号整形电路56.显示电路67.D/A转换电路78．51单片机最小系统8三、电机实验模型的建立8四、控制系统仿真分析111.电机的开环特性仿真分析112.闭环控制器的设计123.离散域对控制系统的仿真分析143.1PI调节器的离散化153.2零阶保持器与电机传函的离散化153.3离散域仿真分析15五、系统实际效果与理论分析的比较161.电机的开环特性162.电机系统的

2、闭环特性172.1闭环系统消除稳态误差172.2正阶跃响应特性182.3正、负阶跃响应特性192.4闭环系统抗扰动能力19六、控制算法的实现20七、总结211.实验过程中存在的问题211.1电机模型的测量不够精确2135华中科技大学---计算机控制原理课程设计电气0505班刘全伟1.2电机模型的降阶处理211.3电机转速的测量211.4微处理器的选择222.实验收获与体会22附录一23附录二23附录三(离散域仿真补充)............................................................................

3、..................................33直流电动机速度闭环控制系统设计报告（华中科技大学电气学院武汉）一、课题简介现代化生产和生活中，电动机的作用十分重要，无论是交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、农业生产、商务与办公设备，还是日常生活中的家用电器，都大量地使用各种各样的电动机。据有关资料介绍，现有90%以上的动力源来自于电动机，我国生产的电能大约有60%消耗于电动机。因此，研究电动机的控制系统是有较大的现实意义的。目前电动机的主流控制都是由微机完成的。电机微机控制系统主要用于一下两个方面：（1）发电机励磁系统的控制用于保证正常工作时发

4、电机电压稳定，发生故障后尽可能保持稳定运行，达到最优化控制的目的。（2）电动机调速及伺服控制用于鼓风机、水泵的调速以及数控机床、机器人、计算机磁盘驱动器等位置控制系统。目前，直流电机调速控制策略有很多，如PID控制，伪未分反馈控制(PDF)和伪微分反馈次变量控制(PDFSV)等。其中传统的PID控制的直流电动机调速系统仍然是工业应用中大多数调速控制系统的首选。本文将采用51单片机对直流电动机的转速进行数字PID控制。本设计主要包含一下几个方面的内容：（1）直流电动机的建模。（2）硬件系统的设计。（3）在S域对闭环系统进行仿真分析。（4）在Z域对闭环系统进行仿真分析。（

5、5）在Z域分析的基础上得到数字控制算法，并用微处理器实现。（6）实测波形的分析，以及与理论仿真分析波形的对比。（7）设计总结。（8）程序代码附录35华中科技大学---计算机控制原理课程设计电气0505班刘全伟二、方案设计1.系统整体设计框图系统整体设计框图如图2-1所示微控制器(外设接口、运算、数字PID)键盘速度设定设定速度、实测速度实时显示D/A实时将速度信号转为电压信号PWM电机驱动模块(集成H桥)直流电动机M交流测速发电机G三相交流输出取单相信号分压、加直流偏置迟滞比较测周期图2-1由于所选的微控制器功能有限，上图中虚线框所示的键盘速度设定未做，速度指令值直接

6、由程序给出。2.电机的传递函数设直流电动机各参数如下：输入电压为U，电枢电流Ia，电枢电阻r，输出转矩T，转速n，电枢感应电势E，电势时间常数Ce，转矩时间常数Ct，电枢电感L，负载转矩TL，则直流电动机的电势微分方程和运动微分方程为：35华中科技大学---计算机控制原理课程设计电气0505班刘全伟整理得：式中：——电枢回路电磁时间常数(s)；——电力拖动机组的机电时间常数(s)。将以上两式作拉氏变换，得：综合Ea=Cen，可得：实际的电机通常满足Te<

7、/DC降压电路及其传递函数)L298是专门为小型直流电机设计的驱动芯片，它单片集成2路H桥，可驱动2路直流电机四象限运行。工作电压可达46V，输出总电流可达4A，比较适合小型直流电机的驱动用。考虑到电机回路的大信号可能会对逻辑控制系统造成干扰而出线逻辑错误，驱动系统中使用了光电耦合芯片TLP521将控制回路和电机回路隔离开来。主电路电路图如图2-2所示：35华中科技大学---计算机控制原理课程设计电气0505班刘全伟图2-2其中H桥的内部电路如图2-3所示:35华中科技大学---计算机控制原理课程设计电气0505班刘全伟图2-3其基本工作原理为：In