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

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

对直流电机转速的控制有一般有两种方式，一种是开环控制，一种是闭环控制。开环控制的优点是简单、稳定、可靠。若组成系统的元件特性和参数值比较稳定，且外界干扰较小，开环控制能够保持一定的精度。缺点是精度通常较低，无自动纠偏能力；闭环控制的优点是控制的精度可以达到很高，而且对外界的干扰和系统的参数变化有很好的抑制作用，且可以通过输出反馈控制系统的控制过程。缺点是存在稳定性，振荡，超调等一系列问题，对系统的性能分析和设计远比开环控制麻烦。

经过利弊的取舍，本次试验选择的是闭环控制，因为准备应用 PID 算法控制电机的转速，故而需要有实际转速进行反馈与给定的转速形成对比，进而通过算法输出 PWM波形来控制直流电机。

既然选择了直流电机转速闭环控制，可根据反馈机制大概做出其控制模型。

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R(t) +e(t)c(t)

PID算法输出直流电机

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测速装置

1.2 直流电机调速方式的选取

直流无刷电机由电动机、 转子位置传感器和电子开关线路三部分组成。直流电源通过开关线路向电动机定子绕组供电，电动机转子位置由位置传感器检测并提供信 去触发开关线路中的功率开关元件使之导通或截止，从而控制电动机的转动。在应用实例中，磁极旋转，电枢静止，电枢绕组里的电流换向借助于位置传感器和电子开关电路来实现。电机的电枢绕组作成三相，转子由永磁材料制成，与转子轴相连的位置传感器采用

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。

基于直流电机的特性 ,本次试验使用的是 PWM 脉宽调制方法。脉宽调制 (PWM)是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量。 PWM 具有很强的抗噪性，且有节约空间、比较经济等特点。模拟控制电路有以下缺陷 :模拟电路容易随时间漂移，会产

生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。而在用了 PWM 技术后，避免了以上的缺陷，实现了用数字方式来控制模拟信

，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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的响应速度和稳定精度等指标比较好 ;电枢电流的脉动量小， 容易连续，而且可以不必外加滤波电抗也可以平稳工作 ;系统的调速范围宽 ;使用元件少、线路简单。

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 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 如果大于锯齿波信 ，比较器输出正常数A，

否则输出 0。因此，从图 1 中可以看出，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

直流测速发电机可分为励磁式和永磁式两种。励磁式由励磁绕组接成他励，永磁式采用矫顽力高的磁钢制成磁极。由于永磁式不需另加励磁电源，也不因励磁绕组温度变化而影响输出电压，故应用较广。

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 换成电势信 ，从而用来测

速。

自动控制系统对测速发动机的要求为： 1. 输出电压与转速的关系曲线为线性。 2. 输出特性的斜率要大。 3. 温度变化对输出特性的影响要小。 4. 输

相关资源：凯利公司 KDZ 系列有刷串励、永磁、他励电机控制器设置软件.rar