(完整word版)直流电机的闭环调速系统设计

1、 控制系统课程设计报告书系 部 名 称 ：学 生 姓 名 ：专 业 名 称 ：班时级 ：间 ： 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。要求：给定直流小电机，设计模拟 PID 控制器，利用传感器检测速度（ST15、LM331），搭建成闭环控制电机转速系统。（1）阶跃响应的超调量：%20%；（2）阶跃响应的调节时间：t =1s0.02s。s二、设计方案分析1、方案设计：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：输入输出减光电传感器ST151

2、Lm331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。2、背景知识介绍： （1）选题背景及意义在电气时代的今天，电动机一直在现代化生产和生活中起着十分的重要的作用。无论是在农业生产、交通运输、国防、医疗卫生、商务与办公设备，还是在日常的生活中的家用电器，都大量地使用着各种各样的电动机。对电动机的控制可分为简单控制和复杂控制两种，简单控制是只对电动机

3、进行启动、制动、正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器、可编程控制器和开关元件来实现。复杂控制是只对电动机的转角、转矩，电压、电流等物理量进行控制，而且有时往往需要非常精确的控制。以前对直流的简单控制的应用很多，但是，随着现代步伐的迈进，人们对自动化的要求越来越高，使直流电机的 PID 控制控制逐渐成为主流，实现对电机转速的精确控制。（2）系统校正系统校正，就是在系统中加入一些参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生改变，从而满足给定的各项性能指标，在系统校正中，当系统的性能指标以单位阶跃响应的峰值时间、调节时间、超调量、阻尼比、稳态误差等时域特征量给 出 时，一 般 采用的

4、 是 根轨迹校 正法， 实验所用软 件为MATLAB、EWB 软件，使用 MATLAB 软件绘制系统校正前后的根轨迹图，系统的闭环阶跃响应，观察系统校正前后的各项性能指标是否满足系统所需性能指标，在 Simulink 界面下或使用 EWB 软件对校正前后的系统进行仿真运行，观察系统输出曲线的变化。在控制系统设计中，常用的校正方法为串联校正和反馈校正，串联校正比反馈校正设计简单，也比较容易对信号进行各种必要形式的转换，特别在直流控制系统中，由于传递直流电压信号，适合采用串联校正。在确定校正装置的具体形式时，根据校正装置所需提供的控制规律选择相应的元件，常常采用比例、微分、积分控制规律，或基本规律的组合，如比例微分、比例积分等。而本次课题选择的正是 PID 即比例积分微分控制器。三、硬件设计：总体仿真电路： 1、PID 比例积分微分控制器电路（1）PID 控制器的简单介绍PID 电路连接： （2）PID 控制器参数的确定 通过仿真 PID 控制器参数确定如下K =50 T =0.47 T =0.02 （2）频率电压变换器 LM331 Lm331 各引脚功能说明如下: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