直流电机PID控制与仿真

长春大学课程设计说明书题目名称直流电机速度PID控制与仿真院（系）电子信息工程学院专业（班级）自动化13403学生姓名张华挺指导教师曹福成起止日期2016.10.24——2016.11.04长春大学长春大学课程设计纸线线I直流电机速度PID控制与仿真摘要：在本次课程设计中重点研究直流电机的工作原理以及直流电机的各种调速方法。在调速控制中，我们包含两个大的部分，一个是直流电机的开环控制，另一个是直流电机的闭环控制，在直流电机的闭环控制中，又分别介绍转速闭环控制和PID闭环控制，并且对直流电机的每个模型进行建模并仿真，观察其动态性能，分析研究直流电机的各个控制的优缺点。关键词：直流电动机；转速控制；PID控制；Matlab仿真DCMotorSpeedPIDControlandSimulationAbstract:Inthiscurriculumdesign,theworkprincipleofDCmotorandDCmotor!speedcontrolmethodsarestudied.Inspeedcontrol,weincludetwoparts,oneistheIiopenloopcontrolofDCmotor,theotherisaclosedloopDCmotorcontrolinDCimotorclosed-loopcontrol,andintroducesthespeedclosed-loopcontrolandPID!control,andeachmodeloftheDCmotorformodelingandsimulationtoobservetheiidynamicperformanceanalysisofDCmotorcontrolandtheadvantagesandiidisadvantagesofeach.iiiiiiiiiKeywords:DCmotor;speedcontrol;PIDcontrol;MatlabsimulationiI目录TOC\o"1-5"\h\z第一章直流电动机的工作原理及基本结构11.1直流电机的结构1!1.2直流电机的基本工作原理1i1.3本章小结2Ii第二章直流电机开环系统仿真3i2.1Matlab简介3Ii2.2直流电机的稳态模型3i2.4本章小结6Ii第三章直流电机PID控制7Ii3.1PID控制简介7Ii3.2比例（P）调节特性7I装3.3比例积分（PI）调节特性8i3.4比例积分微分（PID）调节特性8Ii3.5PID的动态数学模型9i3.7本章小结13I订总结14i参考文献15长春大学课程设计纸长春大学课程设计纸共15共15页第1页第一章直流电动机的工作原理及基本结构1・1直流电机的结构如下图1T所示是直流电机的物理模型，由图可以看出，直流电动机结构中有换向器、电刷，磁极和转子，在实际直流电机中，还包括机座和端盖，换向磁极、主磁极、机座和端盖，电刷装置组成电机的定子，电枢绕组、电枢铁心、转轴、轴承和换向器构成电机的转子。b图1-1直流电机模型图中N、S为定子的磁极，abed是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子，我们又叫它电枢。线圈的a、d端连接到两个相互绝缘的换向片上。换向片上面有不动的电刷，电刷和转子线圈与外电路是连通的。1.2直流电机的基本工作原理当我们在AB相加上直流电压源后，电流方向为deba，我们由楞次定律可知，在N上S下的情况下，电枢有向左的力，是电枢向左运动，当电枢转动180度时，由于换向器的作用，使电流的方向发生改变，电流方向为abed，虽然电流方向发生改变，但是力的方向没有发生改变，仍然是向左的，正因为如此，可以使电机一直朝一个方向运动下去，但是由于转子只有1个磁极的关系，在磁场中的受力并不均匀，所以这样的电机在转的时候会有明显的震颤感觉，所以实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，当线圈增加时，相应的磁极也要增加。长春大学长春大学课程设计纸共15共15页第#页总结通过我们队直流电机的开环仿真、转速单闭环仿真和PID控制的转速闭环仿真图形可以得到如下结论。在直流电机的开环控制中，电机的转速无法稳定在一个给定的数值上，它随着电机的负载变化而变化，当负载增大时，电机的转速就会下降，实际上，当负载超过额定负载的时候，电机就会停止转动，此时电机电流最大，容易损坏。在单闭环转速直流电机的调速中，电机的转速还是会随着电流的增大而减小，因为其稳态速降公式为:An=一琴一-其中放大dC（1+K）e系数K对系统的稳定性影响很大，K值越大，静特性就越硬，稳态速降就越小，如果要在一定的静差率下调速范围越广，则K要越大，当K=w时，此时And=0，这是理想情况，因为设计时不可能将K设计为无穷大，所以稳态速差不能消除，只能无限接近。而在PID控制系统中，由于有积分和微分环节，可以使系统跟随到给定值上，即虽然有误差，也可以迅速调节，使误差在一段时间过后为零。长春大学长春大学课程设计纸共15共15页第15页参考文献［1］张晓华控制系统数字仿真与CAD［M］哈尔滨:哈尔滨工业大学,2011［2］郭一楠等过程控制系统［M］北京:机械工业出版社,2011.［3］李华基于MATLAB环境下控制系统参数的优化设计J］北京：电气传动自化:出版社,2003!［4］顾生杰基于模糊自整定PID控制器的非线性系统仿真J］甘肃:兰州交通大!学出版社,2004I［5］姚俊,马松辉Simulink建模与仿真［M］西安:西安电子科技大学出版社，|20021［6］欧阳黎明Matlab控制系统设计［M］北京：国防工业出版社,2001［7］刘耀，李超良等组态软件构架的研究与设计J］北京:微计算机信息出版社,2005I［8］薛定宇等控制系统仿真与计算