直流电机三种控制方法示例及比较
直流电机操控方法和操作方法
直流电机操控方法和操作方法直流电机与沟通电机一样，也有两种作业办法:电动作业和制动作业。
假定再以正、回转来分的话，则分为正转作业、正转制动作业和回转作业、回转制动作业四种作业办法。
假定以坐标办法来标明的话，则称为电机的四象限作业坐标，当电机正向作业时，其机械特性是一条横跨1、2、4象限的直线。
其间1象限为电动作业状况，电磁转矩方向与旋转方向一样，第2、4象限为制动作业状况，在此状况内是发作一个与转向方向相反的阻力矩，以使拖动体系活络泊车或束缚转速的添加。
制动状况下转矩的方向与转速的方向相反，此刻电机从轴上吸收机械能并转化为电能耗费于电枢回路电路或回馈于电源。
第3象限为反向电动作业。
当电磁转矩TM与转速n同方向，TM是拖动负载运动的，所以电机作业曲线处于1、3象限，1象限为电机正向作业，3象限为电机反向作业;当TM与转速n的方向相反时，标明电机机处于制动作业办法，其机械特性曲线在坐标的2、4象限内，2象限内为电机正向制动，包括能耗制动进程(OA线段)、电源反接制动进程(-TMB线段)和正向回馈制动进程(-n0C)线段;处于第四象限时为电机反向制动，也包括能耗制动进程(OD线段)、倒拉反接制动进程(TME线段)和反向回馈进程(-n0F线段)。
直流电机调速有三种办法:(1)改动电区电压U:由额外电压向下调低，转速也由额外转速向下调低，调速方案大。
(2)改动磁通量Phi;(即改动ke):改动激磁回路的电阻可改动Phi;。
因为激磁回路电感大，电气时刻常数大，调速活络性差，转速只能由额外转速向上调高。
(3)在电枢回路中串联调度电阻。
转速只能调低，铜耗大，不经济。
直流电机的主张、中止和制动操控:直流电机从接入电源初步，电枢由中止初步翻滚到额外转速的进程，称为主张进程。
恳求主张时刻短、主张转矩大、主张电流小。
主张的恳求是仇视的，比方，用逐步行进供电电压施行软起动，来下降起动电流，但主张时刻又会加长;加大主张转矩，又必定增大的主张电流等。
控制有刷直流电机的方法
控制有刷直流电机的方法
控制有刷直流电机的方法有以下几种：
1. 电压控制方法：通过调节电源电压的大小来控制电机的转速。
增大电源电压可以使电机转速增加，减小电压则使电机转速减小。
2. PWM 控制方法：使用脉宽调制（PWM）技术控制电机的
转速。
通过调节PWM信号的占空比（即高电平时间与周期时
间的比值），可以改变电机的平均电压，从而控制电机的转速。
占空比越大，电机转速越高，反之亦然。
3. 反馈控制方法：使用反馈传感器（如编码器）检测电机的转速或位置，并根据反馈信号进行闭环控制。
通过比较反馈信号与设定值，控制器可以调整电机的电压或PWM占空比，使电
机保持在设定的转速或位置。
4. H桥驱动方法：使用H桥电路控制电机的正反转。
通过控
制H桥的开关状态，可以改变电机的电流流动方向，实现电
机的正反转和制动。
需要注意的是，控制有刷直流电机需考虑到电机的最大电流、功率和电机的特性曲线，选择合适的驱动方式和控制策略，以确保电机的安全运行和性能要求的实现。
直流电机的三种转速控制方法
直流电机的三种转速控制方法
直流电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各种电力设备和工业机械中。
在实际应用中，为了满足不同的工作需求，需要对直流电机的转速进行控制。
下面将介绍直流电机的三种常见转速控制方法。
一、电压调节法
电压调节法是一种简单常用的直流电机转速控制方法。
通过调节电源的输出电压来控制直流电机的转速。
当电源电压增大时，直流电机的转速也会随之增加。
这种方法适用于转速变化范围较小的情况，例如风扇、泵等。
二、电阻调节法
电阻调节法是一种通过改变电阻来控制直流电机转速的方法。
在直流电机的电路中串接一个可调电阻，通过改变电阻的阻值来改变电机的转速。
当电阻增大时，电机的转速会减小。
这种方法适用于转速变化范围较大的情况，但效率较低。
三、PWM调节法
PWM调节法是一种通过改变脉宽调制信号的占空比来控制直流电机转速的方法。
通过控制开关管的导通时间，使得电机得到短时间的高电压和长时间的低电压，从而实现对电机转速的控制。
这种方法具有调速范围广、效率高的特点，适用于对转速要求较高的场合，
例如机械加工、自动化生产线等。
以上是直流电机的三种常见转速控制方法。
不同的控制方法适用于不同的应用场景，根据实际需求选择合适的方法可以提高电机的性能和效率。
同时，随着科技的不断进步，还出现了更多先进的转速控制技术，例如矢量控制、闭环控制等，这些方法在特定的领域中得到了广泛应用。
未来，随着技术的不断发展，直流电机的转速控制方法将会更加多样化和高效化。
4种直流电机控制电路详解,含图
4种直流电机控制电路详解，含图含公式，直观又细致，不懂都难！旺材电机与电控2小时前私信“干货”二字，即可领取138G伺服与机器人专属及电控资料！直流电机在家用电器、电子仪器设备、电子玩具、录相机及各种自动控制中都有广泛的应用。
但对它的使用和控制，很多读者还不熟悉，而且其技术资料亦难于查找。
直流电机控制电路集锦，将使读者“得来全不费功夫”!在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面，直流电机都得到了广泛的应用。
大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等，都不能缺少直流电机。
所以直流电机的控制是一门很实用的技术。
本文将详细介绍各种直流电机的控制技术。
直流电机，大体上可分为四类：第一类为有几相绕组的步进电机。
这些步进电机，外加适当的序列脉冲，可使主轴转动一个精密的角度(通常在1.8°--7.5°之间)。
只要施加合适的脉冲序列，电机可以按照人们的预定的速度或方向进行连续的转动。
步进电机用微处理器或专用步进电机驱动集成电路，很容易实现控制。
例如常用的S A A l027或S A A l024专用步进电机控制电路。
步进电机广泛用于需要角度转动精确计量的地方。
例如：机器人手臂的运动，高级字轮的字符选择，计算机驱动器的磁头控制，打印机的字头控制等，都要用到步进电机。
第二类为永磁式换流器直流电机，它的设计很简单，但使用极为广泛。
当外加额定直流电压时，转速几乎相等。
这类电机用于录音机、录相机、唱机或激光唱机等固定转速的机器或设备中。
也用于变速范围很宽的驱动装置，例如：小型电钻、模型火车、电子玩具等。
在这些应用中，它借助于电子控制电路的作用，使电机功能大大加强。
第三类是所谓的伺服电机，伺服电机是自动装置中的执行元件，它的最大特点是可控。
在有控制信号时，伺服电机就转动，且转速大小正比于控制电压的大小，除去控制信号电压后，伺服电机就立即停止转动。
伺服电机应用甚广，几乎所有的自动控制系统中都需要用到。
简述直流电动机的调速方法。
简述直流电动机的调速方法。
直流电动机是一种无刷直流电机,其工作原理基于电枢的旋转,其调速方法
主要有以下几种:
1. 电阻调速:将直流电动机接入电阻器中,通过改变电阻的大小来控制电动机的转速。
这种方法的优点是调速范围宽,但缺点是调速效率低,而且电阻器易损坏。
2. 电容调速:在直流电动机的转轴上加装电容,通过改变电容的大小来控制电动机的转速。
这种方法的优点是调速效率高,但缺点是需要较大的电容,而且容易引起电动机故障。
3. 串激调速:在直流电动机的转轴上串联一个电阻和一个电感,通过改变它们的相对大小来控制电动机的转速。
这种方法的优点是调速范围宽,但缺点是需要复杂的电路,而且容易引起电动机故障。
4. 反相调速:在直流电动机的转轴上加装一个电容器和一个电阻,通过改变它们的相对大小来控制电动机的转速。
这种方法的优点是调速效率高,但缺点是需要较大的电容器,而且容易引起电动机故障。
除了以上几种调速方法外,还有一些其他的方法,例如脉冲调速、积分调速等。
这些方法在实际应用中要根据具体情况选择使用。
直流电动机的调速方法的选择应该考虑到调速范围、调速效率、电动机的性能和稳定性等因素。
在实际应用中,需要根据具体的情况和要求选择合适的调速方法。
直流电机三种控制方法示例及比较
直流电机的三种控制方法讨论比较了三种跟踪定位点命令及减小负载扰动敏感性的技术。
✓前馈控制✓积分反馈控制✓LQR最优二次型算法控制一、问题描述在电枢控制的直流电动机中，外加电压Va控制电机转轴的转角速度。
如图1所示图1 带负载电机工作示意图图1中显示了两种减小角速度对负载变化（改变电机负载的反向转矩）敏感性的方法。
图2所示的是一个简单的直流电机模型，转矩Td作为电机的负载扰动。
在该扰动下，必须使转速的变化减到最小。
图2 带负载电机结构模型模型参数入下所示：R = 2.0; % OhmsL = 0.5; % HenrysKm = 0.1; Kb = 0.1; % torque and back emf constants转矩和反电势常数Kf = 0.2; % Nms 粘滞摩擦系数J = 0.02; % kg.m^2/s^2 转动惯量首先构造一个直流电机的状态空间模型，有两个输入（Va，Td）和一个输出（w）：h1 = tf(Km,[L R]); % armature电枢传递函数h2 = tf(1,[J Kf]); % eqn of motion 转动负载的传递函数dcm = ss(h2) * [h1 , 1]; % w = h2 * (h1*Va + Td) 角速度函数dcm = feedback(dcm,Kb,1,1); % close back emf loop现在绘制阶跃输入电压为Va的角速度响应曲线，如图3所示。
右键点击图形，选择Characteristics 可查看具体响应参数，上升时间，调节时间，峰值时间等。
stepplot(dcm(1));图3 带负载电机在输入单位阶跃电压信号Va时的响应曲线二、前馈控制设计图4所示，是一个简单的前馈控制结构，通过控制器调节使角速度w达到w_ref的指定值。
图4 前馈控制示意图前馈增益Kff应该设置为电压到角速度的直流增益的倒数Kff = 1/dcgain(dcm(1))。
不同精度控制方法优缺点比较：PID、智能控制与直流电机控制
不同精度控制方法优缺点比较：PID、智能控制与直
流电机控制
不同精度控制方法之间的优缺点比较，需要具体问题具体分析，以下提供一些可能的情况：
对于PID 控制技术而言，其主要依靠目标设置、反馈控制和误差纠正，利用比例、积分、微分这三种控制算法相结合，实现对工业系统的稳态控制。
其优点在于易于实现和调试，适用于大型系统的控制，并且能够稳定地控制大量的过程变量，并提供有效的系统反馈机制。
然而，由于PID 控制技术主要依赖于稳态控制，在控制过程中容易出现超调和振荡的情况，需要人工调节控制参数，消耗大量时间和精力。
另一方面，智能控制技术，如模糊控制、神经网络控制和遗传算法控制等，基于算法的控制方法能够使系统自适应和自我调整，实现更加灵活和高效的控制。
优点在于能够自适应和自我调整，缓解了控制参数调节的问题。
然而，智能控制技术需要学习和优化算法，实现起来相对复杂。
至于直流电机控制，直接电压控制可以通过调节直流电压的大小来改变电机的转速，具有转速可调范围广、控制简单的优点。
而脉冲宽度调制（PWM）控制则通过调节脉冲的宽度和占空比来改变电机的转速和方向，优点在于控制精度高、成本相对较低。
然而，PWM控制在高速运转时容易造成刷子接触电机的摩擦和磨损，需要较高的维护成本，且电机寿命相对较短。
总的来说，每种精度控制方法都有其优缺点，选择哪种方法取决于实际需求和问题特性。
交流与直流电机-调速方法-分类-原理-优缺点-应用
交流与直流电机调速方法分类原理优缺点应用三相交流电机调速有哪些方法1 变极调速。
2变频调速。
3变转差率调速.。
三相交流电机有很多种。
1。
普通三相鼠笼式。
这种电机只能通过变频器改变电源频率和电压调速（F/U)。
2.三相绕线式电机，可以通过改变串接在转子线圈上的电阻改变电机的机械特性达到调速的目的。
这种方式常用在吊车上。
长时间工作大功率的绕线式电机调速不用电阻串接,因为电阻会消耗大量的电能。
通常是串可控硅，通过控制可控硅的导通角控制电流。
相当于改变回路中的电阻达到同上效果。
转子的电能经可控硅组整流后，再逆变送回电网。
这种方式称为串级调速。
配上好的调速控制柜，据说可以和直流电机调速相比美。
3.多极电机.这种电机有一组或多组绕组.通过改变接在接线合中的绕组引线接法，改变电机极数调速.最常见的4/2极电机用(角/双Y）接。
4.三相整流子电机。
这是一种很老式的调速电机，现在很用了。
这种电机结构复杂,它的转子和直流电机转子差不多，也有换向器，和电刷.通过机械机构改变电刷相对位置，改变转子组绕组的电动势改变电流而调速。
这种电机用的是三相流电，但是，严格上来说，其实它是直流机.原理是有点象串砺直流机。
5.滑差调速器。
这种方式其实不是改变电机转速。
而是改变和是电机轴相连的滑差离合器的离合度，改变离合器输出轴的转速来调速的.还有如,硅油离合器，磁粉离合器，等等，一此离合机械装置和三相电机配套，用来调速的方式。
严格上来说不算是三相电机的调还方式.但是很多教材常常把它们算作调速方式和一种。
直流电机的调速方法一是调节电枢电压，二是调节励磁电流,而常见的微型直流电机，其磁场都是固定的，不可调的永磁体，所以只好调节电枢电压，要说有那几种调节电枢电压方法，常用的一是可控硅调压法,再就是脉宽调制法(PWM)。
PWM的H型属于调压调速。
PWM的H桥只能实现大功率调速。
国内的超大功率调速还要依靠可控硅实现可控整流来实现直流电机的调压调速。
直流电机调速的三种方法及公式
直流电机调速的三种方法及公式嘿，朋友们！今天咱来聊聊直流电机调速的那些事儿。
直流电机调速啊，就好比是驾驭一匹烈马，得有合适的方法和技巧才能让它乖乖听话，按照咱的心意跑起来。
先来说说第一种方法，那就是改变电枢电压啦。
就像给马调整缰绳的松紧一样，通过改变电枢电压，就能控制电机的速度。
这就好比你开车的时候，踩油门轻重不一样，车速也就不一样啦。
这其中的公式呢，就是转速和电枢电压成正比关系哦。
再讲讲第二种方法，改变电枢回路电阻。
这就像是给马走的路设置不同的阻力，电阻大了，电机转得就慢些；电阻小了，电机就跑得快啦。
不过这种方法不太常用哦，毕竟改变电阻有时候不太方便呢。
最后说说第三种，改变励磁电流。
这就好像是调整马的精神状态，励磁电流一变，电机的速度也跟着变啦。
咱举个例子啊，想象一下，直流电机就像是一个大力士，电枢电压就是他的力量源泉，决定他能使多大劲儿；电枢回路电阻就是他脚下的绊脚石，多了就跑不快；励磁电流呢，就是他的心情，心情好干劲足，速度就快。
这三种方法各有各的特点和用处呢。
有时候我们根据实际情况，选择最合适的那种来给直流电机调速。
就像我们出门，得根据天气、路程等因素选择是走路、骑车还是开车一样。
在实际应用中，可不能马虎哦。
要仔细研究电机的特性，根据需要来选择调速方法。
不然啊，就像是让马乱了套，可就不好啦。
所以啊，直流电机调速可不是一件简单的事儿，得好好琢磨琢磨。
要把这三种方法都掌握好，就像有了三把钥匙，能打开不同情况下电机调速的大门。
朋友们，你们说是不是这个理儿呀？咱可得把这直流电机调速给玩转咯，让它为我们的各种设备好好服务呀！这就是直流电机调速的三种方法及公式啦，大家都记住了吗？。
直流电机调速方法
1.改变电枢回路电阻调速当负载一定时，随着串入的外接电阻R的增大，电枢回路总电阻增大，电动机转速就降低。
2.改变电枢电压调速连续改变电枢供电电压，可以使直流电动机在很宽的范围内实现无级调速。
3.采用晶闸管变流器供电的调速方法变电枢电压调速是直流电机调速系统中应用最广的一种调速方法。
4.采用大功率半导体器件的直流电动机脉宽调速方法我比较喜欢这种调速方法。
5.改变励磁电流调速当电枢电压恒定时，改变电动机的励磁电流也能实现调速。
电动机的转速与磁通Ф（也就是励磁电流）成反比，即当磁通减小时，转速升高；反之，则降低。
由于电动机的转矩是磁通和电枢电流的乘积，电枢电流不变时，随着磁通的减小，其转速升高，转矩也会相应地减小。
典型恒功率调速。
2.从调整的部位来讲有：1.调整电枢电流。
2.调整励磁电流。
从调整电流的方式来讲有：1.电阻调速。
2.斩波调速。
常用的有：磁场消弱，磁极减对，电枢串联电阻降压。
直流电动机分为有换向器和无换向器两大类。
直流电动机调速系统最早采用恒定直流电压给直流电动机供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。
这种方法简单易行、设备制造方便、价格低廉；但缺点是效率低、机械特性软，不能得到较宽和平滑的调速性能。
该法只适用在一些小功率且调速范围要求不大的场合。
30年代末期，发电机-电动机系统的出现才使调速性能优异的直流电动机得到广泛应用。
这种控制方法可获得较宽的调速范围、较小的转速变化率和平滑的调速性能。
但此方法的主要缺点是系统重量大、占地多、效率低及维修困难。
近年来，随着电力电子技术的迅速发展，由晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统已取代了发电机-电动机调速系统，它的调速性能也远远地超过了发电机-电动机调速系统。
特别是大规模集成电路技术以及计算机技术的飞速发展，使直流电动机调速系统的精度、动态性能、可靠性有了更大的提高。
电力电子技术中IGBT等大功率器件的发展正在取代晶闸管，出现了性能更好的直流调速系统。
电机控制方法
电机控制方法电机控制是现代工业中的重要一环，它涉及到工业生产中的各种设备和机械的运行和控制。
电机控制方法的选择对于设备的运行效率、能耗和寿命都有着重要的影响。
在本文中，我们将介绍几种常见的电机控制方法，并分析它们的特点和适用场景。
第一种电机控制方法是直接启动。
这是最简单、最常见的一种电机控制方法。
直接启动的原理是将电机直接连接到电源上，通过开关控制电机的启停。
这种方法结构简单，成本低，但对电机和电网的冲击较大，启动电流大，容易引起设备震动，影响设备的使用寿命。
因此，直接启动适用于功率较小、启动次数较少的场景。
第二种电机控制方法是星角启动。
星角启动是通过初始时以星形接法，减小电机的起动电流，待电机转速达到一定值后，再切换为三角形接法，使电机达到额定运行状态。
这种方法相比直接启动，能够减小启动电流，减小设备的冲击，延长设备使用寿命，但是操作较为复杂，需要专门的星角启动器。
第三种电机控制方法是变频调速。
变频调速是通过改变电源的频率，控制电机的转速。
这种方法具有启动平稳、转速范围广、能耗低等优点，适用于需要频繁启停、转速调节范围大的场景，如风机、水泵等。
第四种电机控制方法是软启动器。
软启动器是通过控制电压、电流的变化，实现电机的平稳启动。
它能有效减小起动电流，减小设备的冲击，延长设备寿命，适用于对设备要求较高的场景。
总的来说，不同的电机控制方法适用于不同的场景，选择合适的电机控制方法能够提高设备的运行效率，降低能耗，延长设备使用寿命。
在实际应用中，需要根据设备的特点、工作环境、使用要求等因素综合考虑，选择最合适的电机控制方法。
同时，也需要注意电机控制过程中的安全性和稳定性，做好设备的维护和管理工作，确保设备的正常运行。
直流电机的调速方法
第八章直流调速系统概述调速方法通常有机械的、电气的、液压的、气动的几种，仅就机械与电气调速方法而言，也可采用电气与机械配合的方可简化机械变速机构，提高传动效率，操作简单，易于获得无极调速，便于实现远距离控制和自动控制，因此，在生产机械中广由于直流电动机具有极好的运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是然，近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展很快，在许多场合正逐渐取代直流调速系统速系统的主要形式。
在我国许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、海洋钻探、金属加工、纺织、造纸以及高层建筑等需要高性能可控而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。
因此，我们先着重讨8.1.1直流电机的调速方法根据第三章直流电机的基本原理，由感应电势、电磁转矩以及机械特性方程式可知，直流电动机的调速方法有三种：（1）调节电枢供电电压U。
改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩的系统来说，这种方法最好。
变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。
（2）改变电动机主磁通。
改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。
（3）改变电枢回路电阻。
在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。
但是只能进行有级调速没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。
改变电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传压调速配合使用，在额定转速以上作小范围的升速。
因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主，必要时把调压调速和直流电动机电枢绕组中的电流与定子主磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩，电枢因而转动。
直流电机的使用方式
直流电机的使用方式一、启动与停车控制启动直流电机时，应先接通电源，观察电机是否正常转动。
如果电机出现异常响动或无法转动，应立即切断电源进行检查。
停车时，应先逐步降低电机转速，然后切断电源。
二、调速控制直流电机的调速可以通过改变电枢两端的电压或励磁磁场的强度来实现。
调速过程中应注意，速度的调节不宜过快或过猛，以免对电机造成损伤。
三、转向控制直流电机的转向可以通过改变电枢电流的方向或励磁磁场的方向来实现。
具体操作方法应根据电机的型号和电路设计来确定。
四、制动控制直流电机的制动可以通过在电枢两端反向接通电源或改变励磁磁场的方向来实现。
在紧急停车或负载过大时，应使用制动控制，以避免电机过载或失控。
五、保护装置为了保护直流电机不受过载、短路、欠压等故障的影响，应安装相应的保护装置。
常见的保护装置包括熔断器、断路器、热继电器等。
六、监测仪表为了实时监测直流电机的运行状态，应安装相应的监测仪表，如电流表、电压表、功率表、转速表等。
这些仪表可以帮助操作人员了解电机的运行情况，及时发现并处理异常情况。
七、使用环境1. 温度：直流电机应在规定的温度范围内工作。
如果环境温度过高或过低，可能会影响电机的性能和寿命。
因此，应避免在极端温度环境下使用直流电机。
2. 湿度：电机工作的环境湿度应适中，避免在潮湿或过于干燥的环境下使用。
湿度过高可能导致电机内部短路，而过于干燥则可能引起静电问题。
3. 清洁度：保持电机及其周围环境的清洁是至关重要的。
灰尘、污垢或其他杂质可能引起电机内部的磨损或故障。
定期清理和维护是保持电机良好运行状态的必要措施。
4. 腐蚀性环境：在有腐蚀性气体或化学物质的环境中，应选择具有相应防腐蚀能力的直流电机，并采取必要的防护措施，以保护电机不受腐蚀影响。
5. 电磁干扰：在可能存在电磁干扰的环境中，应选用具有抗电磁干扰能力的直流电机，并采取相应的防护措施，以避免电磁干扰对电机性能的影响。
总之，为确保直流电机的正常、安全、高效运行，应选择合适的工作环境，并采取必要的防护措施。
直流无刷电机转速控制
一、 直流无刷电机转速控制1. 模拟PID 控制1.1 模拟PID 控制原理在模拟控制系统中，最常用的控制器就是模拟PID 控制器。
以下图所示直流电机控制系统为例，说明PID 控制器控制电机转速的原理。
图中)(0t n 为转速设定值，)(t n 为转速反馈值，)()()(0t n t n t e -=为偏差信号，偏差信号通过PID 控制器后产生控制作用作用于直流电机从而控制电机转速到设定值。
常见的模拟PID 控制系统如下图所示。
PID 控制器由比例、积分、微分的线性组合构成。
控制规律如下：])()(1)([)(0⎰++=td i p dtt de T d e T t e K t u ττ *其中： p K ——控制器的比例系数 i T ——控制器的积分系数d T ——控制器的微分系数1) 比例部分比例部分的数学表达式：)(t e K p 。
比例部分的作用是对偏差信号做出快速反应，一旦控制器检测到偏差，比例部分就能迅速产生控制作用，且偏差越大，控制作用越强。
但仅存在比例控制的系统存在稳态偏差。
比例系数越大，响应越快，过渡越快，稳态偏差也越小，但系统也越不稳定，因此比例系数必须选择恰当。
2) 积分部分积分部分的数学表达式：⎰tip d e T K 0)(ττ。
从积分部分表达式可以看出，只要系统输出与设定值存在偏差，积分作用就会不断增加，知道偏差为零，因此积分部分可以消除稳态偏差。
但积分作用会降低系统的响应速度，增加系统的超调量。
积分常数越小，积分作用越强，过渡过程容易产生震荡，但回复时间减小；积分常数越大，积分作用越弱，过渡过程不产生震荡，但回复时间增长。
因此应根据具体情况选取积分常数。
3) 微分部分微分部分的数学表达式： dtt de T K dp )(。
微分作用能阻值偏差的变化。
它根据偏差的变化趋势进行控制。
偏差变化越快，微分作用越强，能在偏差变化之前就行控制。
微分作用的引入有助于减小超调量，克服振荡；但微分作用对噪声很敏感，导致系统的错误响应，使系统不稳定。
最全直流电机工作原理与控制电路解析(无刷+有刷+伺服+步进)
最全直流电机工作原理与控制电路解析（无刷+有刷+伺服+步进）直流电动机是连续的执行器，可将电能转换为（机械）能。
直流电动机通过产生连续的角旋转来实现此目的，该角旋转可用于旋转泵，风扇，压缩机，车轮等。
与传统的旋转直流电动机一样，也可以使用线性电动机，它们能够产生连续的衬套运动。
基本上有三种类型的常规电动机可用：AC 型电动机，（DC）型电动机和步进电动机。
典型的小型直流电动机交流电动机通常用于高功率的单相或多相（工业）应用中，需要恒定的旋转扭矩和速度来控制大负载，例如风扇或泵。
在本（教程）中，我们仅介绍简单的轻型直流电动机和步进电动机，这些电动机用于许多不同类型的（电子），位置控制，微处理器，（PI）C和（机器人）类型的电路中。
基本直流电动机该直流电动机或直流电动机，以给它的完整的标题，是用于产生连续运动和旋转，其速度可以容易地控制，从而使它们适合于应用中使用是速度控制，伺服控制类型的最常用的致动器，和/或需要定位。
直流电动机由两部分组成，“定子”是固定部分，而“转子”是旋转部分。
结果是基本上可以使用三种类型的直流电动机。
有刷（电机）–这种类型的电机通过使（电流）流经换向器和碳刷组件而在绕线转子(旋转的零件)中产生磁场，因此称为“有刷”。
定子(静止部分)的磁场是通过使用绕制的定子励磁绕组或永磁体产生的。
通常，有刷直流电动机便宜，体积小且易于控制。
无刷电动机–这种电动机通过使用附着在其上的永磁体在转子中产生磁场，并通过电子方式实现换向。
它们通常比常规的有刷型直流电动机更小，但价格更高，因为它们在定子中使用“霍尔效应”开关来产生所需的定子磁场旋转顺序，但是它们具有更好的转矩/速度特性，效率更高且使用寿命更长比同等拉丝类型。
伺服电动机–这种电动机基本上是一种有刷直流电动机，带有某种形式的位置反馈控制连接到转子轴。
它们连接到PWM型控制器并由其控制，主要用于位置（控制系统）和无线电控制模型。
普通的直流电动机具有几乎线性的特性，其旋转速度取决于所施加的直流电压，输出转矩则取决于流经电动机绕组的电流。
直流电机控制的常用操作技巧与方法
直流电机控制的常用操作技巧与方法作者：杨贤军来源：《电子技术与软件工程》2015年第22期摘要本文通过对直流电机的基本工作原理、直流电机的结构的分析，阐述了直流电机控制的常用操作技巧与方法。
【关键词】直流电机控制操作技巧方法1 直流电机的基本工作原理直流电机就是采用直流电流来转动的电动机。
因为电枢电路连结方式和磁场电路不一样，所以可以分为复激电动机、串激电动机、分激电动机，在实际的直流电机中，也不只有一个线圈，而是有许多个线圈牢固地嵌在转子铁芯槽中，当导体中通过电流在磁场中因受力而转动，就带动整个转子旋转，这就是直流电动机的基本工作原理。
直流电机是由直流电源供电，输入的是电能，输出的是机械能。
直流电动机与发电机的结构相同，当给电刷AB旋加一直流电压，导体中就会有电流流过，由电磁力定律可知导体会受到电磁力作用，因此，导体处于电刷A与N极下接触电流向里流，产生电磁力矩为逆时针；导体处于电刷B与S极下接触电流向外流，产生电磁力矩依旧为逆时针，转子在该电磁力矩作用下开始旋转向外输出机械功率。
2 直流电机的结构直流电机和直流发电机的结构基本是相同的，它们都有可旋转部分和静止部分。
可旋转部分称为转子，静止部分称为定子，在转子和定子之间存在着空气隙。
中小型直流电机结构如图1所示。
图13 直流电机控制的常用操作技巧与方法3.1 直流电机调速的控制现在一般都是直流控制器调速，直流控制器调试可以分为弱磁及调压两部分。
以西威TPD32直流控制器为例来说。
电机升压至440v，485rpm左右，电压与磁场协调控制弱磁后最大转速可以达到1450rpm。
通常会把485rpm称之为基速，1450rpm是最高转速。
0-485rpm采用调压升至电机额定电压，转速随之上升至485rpm，速度再往上调就要弱磁了（减小磁通）。
原理见直流电机转速公式：U=CeΦn+IaRa+2ΔUs n=（U-2ΔUs-IaRa）/（CeΦ）其中n为转速，U为电机端电压，ΔUs为电刷压降，Ia为电枢电流，Ra为电机电枢绕组电阻Ce为电机常数，Φ为电机气隙磁通。
无刷直流电动机的控制方法
无刷直流电动机的控制方法无刷直流电动机的控制方法主要有以下三种：
1、方波控制。
通过霍尔传感器或者无感估算算法获得电机转子的位置，然后根据转子的位置在360°的电气周期内进行6次换向。
方波控制的位置精度是电气60°，适用于对电机转动性能要求不高的场合。
2、正弦波控制。
使用SVPWM波，输出的是3相正弦波电压，电机相电流为正弦波电流。
正弦波控制相比方波控制，其转矩波动较小，电流谐波少。
3、FOC控制。
FOC控制可以认为是正弦波控制的升级版本，实现了电流矢量的控制，也即实现了电机定子磁场的矢量控制。
直流电机基本知识与控制方法
专业资料电机简要学习手册2015-2-3一、直流电机原理与控制方法1直流电机简介直流电机（DM）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。
它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。
当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。
直流电机由转子（电枢）、定子（励磁绕组或者永磁体）、换向器、电刷等部分构成，以其良好的调速性能以至于在矢量控制出现以前基本占据了电机控制领域的整座江山。
但随着交流电机控制技术的发展，直流电机的弊端也逐渐显现，在很多领域都逐渐被交流电机所取代。
但如今直流电机仍然占据着不可忽视的地位，广泛用于对调速要求较高的生产机械上，如轧钢机、电力牵引、挖掘机械、纺织机械，龙门刨床等等，所以对直流电机的了解和研究仍然意义重大。
2 直流电动机基本结构与工作原理2.1 直流电机结构如下图，是直流电机结构图，电枢绕组通过换向器流过直流电流与定子绕组磁场发生作用，产生转矩。
定子按照励磁可分为直励，他励，复励。
电枢产生的磁场会叠加在定子磁场上使得气隙主磁通产生一个偏角，称为电枢反应，通常加补偿绕组使磁通畸变得以修正。
2.2 直流电机工作原理如图所示给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷A 流入，经过线圈abcd，从电刷B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。
如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷A 和换向片2接触，电刷B 和换向片1接触，直流电流从电刷A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷B 流出。
此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。
这就是直流电动机的工作原理。
外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。
直流无刷电机调速系统控制方法的比较与研究
摘
要： 在 了解 直流 无刷 电机 的 结构 、 运 行原 理 以及调 速 指 标 的基 础 上 ， 分 别 对 直 流无刷 电机
采 用单 闭环 Ｐ Ｉ Ｄ调 速控 制 、 Ｐ ＷＭ 调速控 制 以及双 闭环 Ｐ Ｉ Ｄ控 制 ． 比较 了在 三 种 控 制 方法 下直 流
无刷 电机 的运 行特 性． Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ仿 真 结果表 明 ， 与传 统 的单 闭环 Ｐ Ｉ Ｄ调 速 系统 和 Ｐ ＷＭ 调
重 点． 直 流无 刷 电动 机 由于具 有 无 换 向器 和 电刷 组
成的机械接触结构等优点 ， 从而大大降低了电机运 行中的机械摩擦、 噪声 ， 提高了电机的使用寿命 、 运 行稳定 性 ． 正是 因为 以上 优 点 ， 直 流 无 刷 电机 在航 空航 天 、 工业 、 船舶、 和 民用 等领 域 被 广 泛应 用 ， 目 前， 在英 美 日德 中等 几 个 主 要 的 电 机生 产 国 ， 直流 无刷 电机年平 均增 长 率保 持 在 １ ０ ２ ％， 全 球 年 总产 量约 为 ３ ０亿 台左 右 ． 随着 现 代控 制 理 论 以及 现 代 电力 电子 技术 的 高速发展， 诸多智能控制以及大功率 电力 电子器件 随之诞生， 但是 电机在控 制过程 中依 旧有很多难 题， 例如： 电压和电流的随机输入 、 电机参数的改变 以及噪声 的存在等 ， 从而使 得 电机 的稳定 性能降 低． 本文 在单 闭环 Ｐ Ｉ Ｄ调 速控 制 系统 和 Ｐ ＷＭ 调 速 控 制系统 的基础 上 提 出 了一 种 基 于双 闭环 Ｐ Ｉ Ｄ 的 电机 调速 控制 系统 ．
＝ ＝Ｄ （ ４ ）
图２ 直流无刷 电机电流环结 构框 图
直流电动机有哪几种调速方法各有哪些特点答：直流电动机有三种
直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？答：直流电动机有三种调速方法：1）调节电枢供电电压U ；2）减弱励磁磁通Φ；3）改变电枢回路电阻R 。
特点：对于要求在一定范围内无极平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。
改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。
晶闸管—电动机系统当电流断续时机械特性的显著特点是什么？答：电流断续时的电压、电流波形图（Ⅰ10P 、Ⅱ 12P ）（三相零式为例）。
断续时，0d u 波形本身与反电势E 有关，因而就与转速n 有关，而不是像电流连续时那样只由控制角α决定的常值。
机械特性呈严重的非线性，有两个显著的特点：第一个特点是当电流略有增加时，电动机的转速会下降很多，即机械特性变软。
当晶闸管导通时，整流电压波形与相电压完全一致，是电源正弦电压的一部分。
当电流断续后，晶闸管都不导通，负载端的电压波形就是反电势波形。
电流波形是一串脉冲波，其间距为︒120，脉冲电流的底部很窄。
由于整流电流平均值d I 与电流波形包围的面积成正比，如果电流波形的底部很窄，为了产生一定的d I ，各相电流峰值必须加大，因为RE u i d d -=,而整流输出的瞬时电压d u 的大小由交流电源决定，不能改变。
也就是说应使E 下降很多即转速下降很多，才能产生一定的d I ，这就是电流断续时机械特性变软的原因。
第二个特点是理想空载转速0n 升高。
因为理想空载时0=d I ，所以2m a x 02U u E d ==，所以0n 升高。
简述直流PWM 变换器电路的基本结构。
答：直流 PWM 变换器基本结构如图所示，包括 IGBT 和续流二极管。
三相交流电经过整流滤波后送往直流 PWM 变换器，通过改变直流 PWM 变换器中 IGBT 的控制脉冲占空比来调节直流 PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。
Ug0Ton T t 直流PWM 变换器基本结构直流PWM 变换器输出电压的特征是什么？答：频率一定、宽度可调的脉动直流电压。
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直流电机的三种控制方法讨论
比较了三种跟踪定位点命令及减小负载扰动敏感性的技术。
✓前馈控制
✓积分反馈控制
✓LQR最优二次型算法控制
一、问题描述
在电枢控制的直流电动机中，外加电压Va控制电机转轴的转角速度。
如图1所示
图1 带负载电机工作示意图
图1中显示了两种减小角速度对负载变化（改变电机负载的反向转矩）敏感性的方法。
图2所示的是一个简单的直流电机模型，转矩Td作为电机的负载扰动。
在该扰动下，必须使转速的变化减到最小。
图2 带负载电机结构模型
模型参数入下所示：
R = 2.0; % Ohms
L = 0.5; % Henrys
Km = 0.1; Kb = 0.1; % torque and back emf constants转矩和反电势常数
Kf = 0.2; % Nms 粘滞摩擦系数
J = 0.02; % kg.m^2/s^2 转动惯量
首先构造一个直流电机的状态空间模型，有两个输入（Va，Td）和一个输出（w）：
h1 = tf(Km,[L R]); % armature电枢传递函数
h2 = tf(1,[J Kf]); % eqn of motion 转动负载的传递函数
dcm = ss(h2) * [h1 , 1]; % w = h2 * (h1*Va + Td) 角速度函数
dcm = feedback(dcm,Kb,1,1); % close back emf loop
现在绘制阶跃输入电压为Va的角速度响应曲线，如图3所示。
右键点击图形，选择Characteristics 可查看具体响应参数，上升时间，调节时间，峰值时间等。
stepplot(dcm(1));
图3 带负载电机在输入单位阶跃电压信号Va时的响应曲线
二、前馈控制设计
图4所示，是一个简单的前馈控制结构，通过控制器调节使角速度w达到w_ref的指定值。
图4 前馈控制示意图
前馈增益Kff应该设置为电压到角速度的直流增益的倒数Kff = 1/dcgain(dcm(1))。
为了估计消除负载干扰的前馈控制器参数，模拟一个时间从5秒到10秒范围的干扰转矩，干扰转矩为Td=-0.1牛米，设定参考角速度为w_ref＝1。
t = 0:0.1:15;
Td = -0.1 * (t>5 & t<10); % 装在扰动信号T d
u = [ones(size(t)) ; Td]; % 输入信号为指定角速度w_ref=1 and 扰动信号Td
cl_ff = dcm * diag([Kff,1]); % 在系统中增加前馈增益
set(cl_ff,'InputName',{'w_ref','Td'},'OutputName','w');
h = lsimplot(cl_ff,u,t);
title('Setpoint tracking and disturbance rejection')
legend('cl\_ff')
图5 前馈控制系统对干扰信号的响应曲线
显然，前馈控制处理负载扰动不佳。
三、反馈控制设计
图6所示为反馈控制结构示意图。
图6 反馈控制结构示意图
为了实施零状态误差，我们在系统中使用积分控制
C(s) = K/s，式中的K是待确定的。
为了确定增益K，可以在电压到角速度的开环传递函数中使用根轨迹的方法，用1/s乘以开环传递函数。
利用反馈控制系统开环传递函数在根轨迹图中确定积分环节的增益K。
图7所示为加入积分的反馈控制系统的根轨迹图。
h = rlocusplot(tf(1,[1 0]) * dcm(1));
setoptions(h,'FreqUnits','rad/sec');
set(gca,'Xlim',[-15 5],'Ylim',[-15 15]);
图7 加入积分的反馈控制系统的根轨迹图
按下曲线可读取增益值及相关信息。
这里合理的K值选择为K=5。
注意单入单出系统设计工具提供了一个综合的图形用户界面来完成这样的设计。
（相关内容请参考sisotool帮助）
在同一个测试系统中，将这个新的反馈控制设计和前面的前馈设计进行比较。
对应的时域响应曲线如图8所示。
K = 5;
C = tf(K,[1 0]); % 积分控制器的传递函数C=K/s
cl_rloc = feedback(dcm * append(C,1),1,1,1);
h = lsimplot(cl_ff, cl_rloc,u,t);
set(cl_rloc,'InputName',{'w_ref','Td'},'OutputName','w');
title('Setpoint tracking and disturbance rejection')
legend('feedforward','feedback w/ rlocus','Location','NorthWest')
图8 前馈控制与反馈控制响应曲线图
从图中看到绿色线是积分反馈控制的响应曲线，蓝色是前馈控制曲线。
用根轨迹设计的积分反馈控制器对负载扰动的抑制效果比前馈控制要好很多。
三、LQR （线性二次型最优控制算法）控制器设计
为了进一步提高性能，如图9所示，在原反馈控制结构中设计一个线性二次型最优控制器。
图9 LQR 控制系统结构示意图
除了积分误差，LQR 方案还用状态向量x=(i, w)来综合处理驱动电压Va 。
电压处理后表示为：
Va = K1 * w + K2 * w/s + K3 * i
式中的电流i 为电枢电流。
为了有更好的干扰抑制效果，用了一个代价函数对大的积分误差进行处理：
2220(20()()0.01())C q t w t Va t dt ∞
=++⎰
式中()()/。
q s w s s
由这个代价函数计算出最优的LQR增益：
dc_aug = [1 ; tf(1,[1 0])] * dcm(1); % 将输入w/s增加到直流电机模型中
K_lqr = lqry(dc_aug,[1 0;0 20],0.01); %计算最后LQR增益
为仿真实现建立闭环模型：
P = augstate(dcm); % 模型输入为:Va, Td 输出为:w,x
C = K_lqr * append(tf(1,[1 0]),1,1); % 将积分控制器1/s包含到LQR控制器中
OL = P * append(C,1); % open loop 开环传递函数为OL
三中设计的闭环频率响应曲线图如图10所示，左边图为设定角速度的频率响应曲线，右边图中为干扰信号Td的频率响应曲线。
在曲线上点击可确定各曲线所代表的系统或者查看相关数据。
bodeplot(cl_ff,cl_rloc,cl_lqr);
图10 三种控制器波特图
四、设计比较
最后我们在仿真系统中比较这三种设计：
h = lsimplot(cl_ff,cl_rloc,cl_lqr,u,t);
title('Setpoint tracking and disturbance rejection')
legend('feedforward','feedback (rlocus)','feedback (LQR)','Location','NorthWest')
由于其额外的自由度，在这三中控制器中，LQR控制器对负载扰动有最好的抑制作用。