单闭环直流电机速度控制系统研究报告 - 图文

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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

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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

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?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

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