计算机控制技术直流电机调速控制实验报告,pid直流电机转速控制实验报告（31页）-原创力文档...
课程设计
课程名称计算机控制技术
题目名称 PID 直流电机转速控制
学生学院
专业班级
学号
学生姓名
指导教师
2013 年 06 月17日
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目录
一、 系统总体设计 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
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二、 硬件设计 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
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三、 软件设计 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
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四、结果分析 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
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五、实验总结及体会 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
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六、附录 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
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一、系统总体设计
1.1 直流电机转速开环控制与闭环控制的选取
实现直流电机转速调节的方法大致可分为两类,一类为开环控制系统,另一类则为闭环控制系统。在实际应用中,若系统内部各组成部分特性较为恒定且外部干扰较小,则开环控制系统能够提供较好的精度保障水平,具有操作简便、运行稳定以及可靠性强等显著优点。然而,其主要缺陷在于精度不高,无法进行自动误差校正等操作。相比之下,闭环控制系统具有较高的精度特点,不仅能够在一定程度上抑制外界干扰以及系统参数变化带来的不利影响,并通过输出反馈机制优化调控过程;但这种系统存在稳定性问题以及可能出现振荡或超调等现象的情况,使得其在性能分析与设计方面相对复杂得多
在权衡利弊后
基于直流电机转速闭环控制的选择,我们可以大致构建其控制模型.
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R(t) +e(t)c(t)
PID算法输出直流电机
—
测速装置
1.2 直流电机调速方式的选取
直流无刷电机主要由电动机、转子位置传感器以及电子开关线路三个组成部分构成。其中直流电源通过开关线路供电至电动机定子绕组，并通过位置传感器检测后提供信号以控制开关线路中的功率开关元件切换状态以实现电机的旋转运动控制。在实际应用案例中，在磁极旋转的情况下（电枢固定不动），电枢绕组中的电流方向变化依赖于位置传感器与电子换向电路协同运作完成换向操作。同时该系统采用三相设计确保电磁特性均匀性以及驱动效率最大化
霍尔传感器。 3600 范围内，两两相差1200 安装，共安装三个。
为了提高电机的特性，电机采用二相导通星形三相六状态的工
作方式。开关电路采用三相桥式接线方式。
本试验基于直流电机的特性采用了脉宽调制(PWM)方法。采用数字信号替代模拟信号的技术称为脉宽调制(PWM)，它在电机速度调节中表现出色，并且具有良好的抗噪声能力，并且具有体积小和成本低等优势。模拟电路存在时序漂移问题会导致系统性能下降
在使用PWM技术后产生了不必要的热量损耗，并且对噪声较为敏感等问题。通过这一改进消除了这些缺点，并实现了通过数字方法精确调节模拟信号的功能。
号，可以大幅度降低成本和功耗。PWM 对调速系统来说， 系统
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该系统具有良好的响应速度和稳定精度指标。在电枢电流方面表现为波动幅度较小且运行平稳，并且由于无需附加滤波电抗而能够实现稳定的运行状态。系统具备较宽的调速调节范围，并且结构简单且所用元器件数量较少
PWM 的原理：
理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上
时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环
节的输出响应波形基本相同。 低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N 等
分，看成 N 个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲
代替，等幅，不等宽，中点重合，面积(冲量)相等，宽度按正弦规
律变化。脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其
占空比与信号的瞬时采样值成比例。图 1 所示为脉冲宽度调制系统的
原理框图和波形图。该系统有一个比较器和一个周期为Ts 的锯齿波
发生器组成。语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数A，
若输出置零，则由图所示可知，在此情况下可观察到比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。
1.3
直流电机测速装置的选取
经过查阅了大量资料，发现目前常用的测速装置有三种。
1.3.1
直流测速发电机测速
直流测速发电机主要包含励磁式和永磁式两种类型。其中的他激式发电机通常通过自激方式供电，而永磁式则采用矫顽力优异的高碳钢制成的永久磁场系统。相较于其他类型，在永磁式的结构设计中避免了额外的激 magnetic power source配置，并且对激 magnetic windings温度的变化敏感度较低，在运行稳定性方面表现更为突出
根据已学过的直流发电机的工作原理知，电刷两端的感应电势 ：
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Ea = Ceфn=Ke n 可知
电刷两端的感应电势与电机的转速成正比。
直流发电机能够把转速信号换成电势信号，从而用来测
速。
对于测速发动机而言，在采用自动控制时需要满足以下条件：其输出电压随转速变化呈现线性关系，并且其斜率值较大；同时要求温度变化对输出特性的影响较小；此外还应保证输入端或控制端口的稳定性