个人资料整理 仅限学习使用
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是美国Silicon General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。 个人资料整理 仅限学习使用
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1-2 SG3525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
个人资料整理 仅限学习使用
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1-6 DDC系统构成框图
DDC(Direct Digital Congtrol>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
个人资料整理 仅限学习使用
?1tde(t)?u(t)?KP?e(t)??e(t)dt?TD?0TdtI?? 式中 e(t)?r(t)?c(t)
2、PID调节器的传输函数
D(S)?
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，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
e(n)?r(n)?c(n) e(t)?r(t)?c(t)
??U(S)1?KP?1??TDS?E(S)?TIS?de(t)dT
t0e(n)?e(n?1)
Tnni?0?e(t)dt
2.数字PID控制器的差分方程
?e(i)T?T?e(i)i?0
??TTnu(n)?KP?e(n)??e(i)?D?e(n)?e(n?1)???u0TIi?0T???uP(n)?uI(n)?uD(n)?u0
式中 uP(n)?KPe(n) 称为比例项
TuI(n)?KPTIuD(n)?KP?e(i)i?0n 称为积分项
TD?e(n)?e(n?1)?T 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
u(n)?uP(n)?u0 u(n)?uP(n)?uI(n)?u0
u(n)?uP(n)?uD(n)?u0 u(n)?uP(n)?uI(n)?uD(n)?u0
4.PID控制
PID算法的程序流程
1.增量型PID算法的程序流程