直流电机PID控制与仿真.

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基于DSP的直流电机模糊PID控制系统的研究与仿真

红等人采用ＡＲＭ９作为直流电机的控制器『２１陈桂等
人设计了基于ＦＰＧＡ的直流电机速度控制器［３１。杨隆梓
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
等人设计了一种由上位机和ＡＴ８９Ｃ５２相互通信控制
直流电机。以上学者尽管采用了不同的处理器，但是
高、超调量小等特点，较好地满足变量喷雾的控制要求。
关键词：直流电机，ＤＳＰ，模糊ＰＩＤ控制，ＭＡＴＬＡＢ仿真，变量喷雾
中图分类号：ＴＰ２７３
文献标识码：Ａ
文章编号：２０９５ — ５５５３（２０１３）０６ — ０２７３ — ０６
ｍｏｔｏｒｂａｓｅｄｏｎＤＳＰｆＪ１．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｌａＭｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ，２０１３，３４（６）：２７３￣２７８
理．阐述该控制系统的硬件结构、软件流程和控制算法，并使用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ搭建控制系统的原理图，对控制系统进行仿真试验。结果分析表明：以ＤＳＰ为控制器并结合参数自适应模糊ＰＩＤ控制的控制系统，具有响应速度快、稳定性

无刷直流电机的神经网络PID控制及其仿真

ＰＤ控制是最早发展起来的控制策略之一、Ｉ由
于它具有算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点被广泛用于工业过程控制；它尤其适用于可建立精确数
学模型的确定性控制系统，以一般需要预先知道所
关键词：［ＰＤ控制；经卿缉；神无刷直赢电机 ∞真
中图分类号：Ｍ０Ｔ３１２文献标识码：Ａ
摘
要：简单介绍神经网络ＰＤ的基础之上．ＭＡＬＢ对无刷百流电机艘了神经网缉ＰＤ控制的仿真，果使一些控制带统的参数达到了有效、Ｉ鲁捧和最优化
ＴｈｅｎｅｒｌｎｔｒＩｃｎｒｌｒａｄｕａｅｗｏｋＰＤｏｔｏｌｎｅｓｍｕａｉｎｔｒｓｌｓＣｏｏｉｌｔｏｏｂｕｈｅｓＤｍｔｔ
输
一
ｃ为三相绕组感生电动势；为无刷直流电机极对Ｐ数：为无剧直流电机角速度．，
辅
出层
Ｉ
２神经网络ＰＤＩ
２１传统ＰＤ控制．Ｉ
众所周知，按偏差的比例、分和微分线性组合积
进行控制的方式就是ＰＤ控制．规ＰＤ控制系统Ｉ常Ｉ原理框图如图１示．据不同被控对象适当地整所根
Ｍｒｈ．０２ｃ２０
Ｖｉｌ．Ｎｏ１
文章编号：０４７２２０）１０５１０ —９６（０２０ — ０５—０４

PID仿真实验报告

PID仿真实验报告PID控制算法是一种重要的控制算法，被广泛应用于工业控制系统中。

本文通过仿真实验的方式，对PID控制算法进行了验证和分析。

一、实验目的1.了解PID控制算法的基本原理和调节方法；2. 掌握MATLAB/Simulink软件的使用，进行PID控制实验仿真；3.验证PID控制算法的稳定性和性能。

二、实验内容本次实验选择一个常见的控制系统模型，以电感驱动的直流电机控制系统为例。

通过PID控制算法对该系统进行控制，观察系统的响应特性。

三、实验步骤1.搭建电感驱动的直流电机控制系统模型，包括电感、直流电机、PID控制器等组成部分；2.设置PID控制器的参数，包括比例增益Kp、积分时间Ti、微分时间Td等；3.进行仿真实验，输入适当的控制信号，观察系统的响应曲线；4.调节PID控制器的参数，尝试不同的调节方法，观察响应曲线的变化，寻找合适的参数。

四、实验结果与分析1.首先，设置PID控制器的参数为Kp=1，Ti=1，Td=0，进行仿真实验。

观察到系统的响应曲线，并记录与分析曲线的特点；2.其次，调整PID控制器的参数，如增大比例增益Kp，观察系统的响应曲线的变化；3.最后，调整积分时间Ti和微分时间Td，观察系统的响应曲线的变化。

通过实验结果与分析，可以得到以下结论：1.PID控制算法能够有效地控制系统，并实现稳定的控制；2.比例增益Kp对系统的超调量有较大的影响，增大Kp可以减小超调量，但也会增加系统的稳定时间；3.积分时间Ti对系统的稳态误差有较大的影响，增大Ti可以减小稳态误差，但也会增加系统的超调量；4.微分时间Td对系统的响应速度有较大的影响，增大Td可以增加系统的响应速度，但可能会引起系统的振荡。

五、实验总结通过本次实验，我深入理解了PID控制算法的原理和调节方法。

同时，通过对实验结果的分析，我也了解了PID控制算法的稳定性和性能。

在实际工程应用中，需要根据具体的控制对象，合理选择PID控制器的参数，并进行调节优化，以获得理想的控制效果。

直流电机仿真

一、仿真建模过程
仿真波形如下图：
图1-1 转速的波形，蓝色是PID，红色是Fuzzy SIMULINK仿真图：
图1-2 模型仿真图
仿真计算过程：
某直流电机确知参数：
24od U V =
P=50W
=0.57
R
L=0.57mh
n=3000 2GD 0.066=
具体的模型用传递函数表示如下
222
0.0260.570.078530303753750.007259m e GD R T s C ππ
⨯===⨯⨯⨯ 24 3.90.570.007259.min/3000
od d e U I R C v r n −−⨯=== 3
10.57100.0010.57
L T s R −⨯=== 传递函数
1：111/1/0.57 1.754410.00110.0011
R F T S S S ===+⨯++ 2：20.5710.07850.1377m R
F T S S S =
==⨯
说明：
图1-3 仿真波形说明1
图1-3红框中的波形下凹是在1S 钟处发生的，原因是我们在1S 钟左右加入了负载，如下
图1-4所示。

加入负载的一瞬间电机转速会变慢，然后由于控制算法，转速会自动调节至正常的速度。

图1-4 仿真波形说明2
二、仿真软件打开步骤
1、设置路径
图1-5 设置路径
2、打开仿真文件件
图1-6 打开Simulink仿真文件
图1-7 将Fuzzy导入matlab变量空间中
3、开始仿真
图1-8 按顺序设置Fuzzy并开始仿真4、仿真效果
图1-9 波形仿真效果图。

BUCK电路的PID控制设计及仿真

BUCK电路的PID控制设计一、实验目的DC/DC 变换器可将不可控的直流输入变为可控的直流输出，广泛应用于可调直流开关电源及直流电机驱动中. Buck 变换器是DC/DC 变换器中最具代表性的拓扑结构之一.在工程实际中， Buck变换器的控制方式可以开环和闭环来实现。

其中闭环控制方式又可分为PI校正，PID控制，fuzzy控制等方式。

本文首先会建立Buck 变换器的模型，然后会分别进行开环、PI控制器校正，PID控制器校正，并在MATLAB/SIMULINK上进行仿真，最后对得出的结果进行比较。

二、设计内容及要求U)：24V（ 20%）1、输入电压(iU)：12V（1%稳定度）2、输出电压(oI)：1A3、额定电流(oV≤70mV4、输出电压纹波峰-峰值ppV≤150mV 6、开关5、满载与半载之间的切换时，输出电压纹波峰-峰值pp频率(f)：无要求，本设计设定为20kHz三、Buck 主拓扑电路3.1开环Buck 电路图图（1）开环Buck 电路3.2 参数计算与选择（1）占空比 50%o i U D U == （2）滤波电感滤波电感的选择与负载电流的变化范围及希望的工作状态有关，假设电路要求工作在电感电流连续工作状态，则临界电感(1)2f o s oD U L I -= 根据公式代入计算可得：-4s (1)(10.5)*12 1.5*102f 2*20000o o U D L H I --===此时L 值为电感电流连续与否的临界值，实际电感值可选为（2～3）倍的临界电感。

这里L 取4*104H 。

（3）滤波电容电容的容量，会影响输出纹波电压和超调量的大小。

在开关关断时为负载供电和减小输出电压的纹波，滤波电容C 的选择直接关系开关稳压电源输出中纹波电压分量o U 大小。

滤波电容C2(1)8o o U D C U Lf-= 根据纹波要求代入计算-42-442(1)12*0.5==1.79*1088*0.07*1.5*10*(2*10)o o U D C U Lf -= F 这里电容C 取7.5*104F 。

基于SIMULINK无刷直流电机模糊PID控制的建模与仿真

ｍｏｔｏｒ，ｃｏｍｂｉｎｅｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ａｎｄｐｒｏｐｏｓｅａｆｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄＢｕｉｌｔｕｐｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｐｅｒｆｏｒｍｅｄａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｏｔｈｅｓｙｓｔｅｍ
ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｏａｃｔｕａｌｌｙｂｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣｍｏｔｏｒｓｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＢｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣＭｏｔｏｒ；Ｄｏｕｂｌｅ — ｌｏｏｐＣｏｎｔｒｏｌ；ＦｕｚｚｙＰＩＤＣｏｎｔｒｏｌ
ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｔｗｏ－－ｐｈａｓｅｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｓｔａｒｔｈｒｅｅ－－ｐｈａｓｅｓｉｘｗｏｒｋｓｏｆｂｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣ
统的ＰＩＤ控制方法相比有更好的稳定性和抗干扰性。
变量、强耦合、非线性的复杂系统 …，
因此传统ＰＩＤ控制器难以获得满意
态响应等优点，基于无刷直流电机具有一系列优点，已在交通、工业、家电、航空航天、军工、伺服控制等领域都被广泛地使用，因此对其控制方式的研究可以更广泛的挖掘其

51单片机PID控制直流电机实验报告

char code table[] = { 0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, //0~7 对应数码 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71}; //8~F 对应数码 long int n=num; P0 = 0; P2 =0x7f; P0 = table[n % 1000/100]; delayms(2);//百位加小数点 P0 = 0; P2 =0xbf; P0 = table[n % 100 / 10]; delayms(2);//十位
iError = sptr->SetPoint - NextPoint; //计算增加量
iIncpid = sptr->Proportion * iError //E[k]项
- sptr->Integral * sptr->LastError //E[k－1]项
+ sptr->Derivative * sptr->PrevError; //E[k－2]项
static PID *sptr = &sPID;
void IncPIDInit()
{
sptr->SumError = 0;
sptr->LastError =0; //Error[-1]
sptr->PrevError =0; //Error[-2]
sptr->Proportion =0.5; //比例系数
sptr->Integral =0.3; //积分系数
sptr->Derivative = 0.3; //微分系数
sptr->SetPoint =sudu_lilun; Nhomakorabea}

开关模糊神经PID控制的无刷直流电机仿真

摘要：无刷直流电机是一种时变性的、非线性的以及强耦合性的系统。对于控制精度要求高的场合，传统的ＰＩＤ控制难以满足对无刷直流电机控制的性能要求。模糊ＰＩＤ控制器虽然具有一定的自适应性，但是模糊规则主要靠经验制定具有一定局限性。为解决上述问题，研究了基于双闭环的开关模糊神经ＰＩＤ控制的无刷直流电机，该方法综合了模糊、神经网络和ＰＩＤ的优点，具有适应能力强，控制精度高，专家知识利用较好等。仿真结果表明模糊神经ＰＩＤ控制相对于模糊ＰＩＤ具有转速响应快、超调量小、抗干扰能力强等优点。关键词：无刷直流电机；模糊神经网络；仿真；双闭环
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＣｈｉｎａＪｉｌｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨａｎｇｚｈｏｕＺｈｅｊｉａｎｇ３１００１８，Ｃｈｉｎａ）
中图分类号：ＴＰ２来自７３＋．４文献标识码：Ｂ
ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｗｉｔｃｈＦｕｚｚｙＮｅｔｗｏｒｋＣｏｎｔｒｏｌｏｆＢＬＤＣＭ
ＬＩＵＹｕ —ｈａｎｇ
ｖｅｒｓｈｏｏｔ，ａｎｄｓｔｒｏｎｇａｎｔｉ－ｉｎｔｅｆｒｅｒｅｎｃｅａｂｉｌｉｔｙ．
ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ＢｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣｍｏｔｏｒ；Ｆｕｚｚｙｎｅｔｗｏｒｋ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｄｏｕｂｌｅｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐ

基于单片机pid算法的直流电机速度控制方法

基于单片机pid算法的直流电机速度控制方法基于单片机PID算法的直流电机速度控制方法是一种常用的技术，其基本原理是通过调节PWM（脉宽调制）信号的占空比来控制电机的输入电压，从而实现电机的速度控制。

以下是基于单片机PID算法的直流电机速度控制方法的基本步骤：1.设定目标速度：首先，需要设定电机的目标速度。

这可以通过按键或其他输入设备来实现。

2.采集实际速度：为了实现精确的控制，需要实时获取电机的实际速度。

这可以通过在电机转轴上安装光电编码器或霍尔传感器来实现，这些传感器可以实时检测电机的转速并将其转换为电信号。

3.计算偏差：单片机通过比较目标速度和实际速度，计算出速度偏差。

如果实际速度小于目标速度，偏差为负；反之，偏差为正。

4.应用PID算法：单片机使用PID算法来处理速度偏差。

PID控制器通过比例、积分和微分三个环节来计算控制量，以尽可能消除偏差。

具体的PID参数（如Kp、Ki、Kd）可以根据实际情况进行调整，以获得最佳的控制效果。

5.生成PWM信号：基于PID控制器的输出，单片机生成PWM信号来调节电机的输入电压。

占空比决定了电机输入电压的大小，进而影响电机的转速。

6.实时调整：在整个控制过程中，单片机不断采集电机的实际速度，计算偏差，并调整PWM信号的占空比，以使电机尽可能接近目标速度。

7.显示和保存数据：为了方便调试和观察，可以通过单片机的显示屏实时显示电机的实际速度和偏差。

此外，也可以将重要的数据保存在单片机的内部或外部存储器中。

8.安全保护：为了防止电机过载或意外事故，单片机应具备安全保护功能。

例如，当电机实际速度超过设定速度一定时间时，单片机应自动切断电源或发出报警信号。

基于单片机PID算法的直流电机速度控制方法具有精度高、稳定性好、适应性强等优点，广泛应用于各种需要精确控制电机速度的场合。

直流电机控制(PID)实验报告

b = speed1 / 100;
s = speed1 % 100 / 10;
g = speed1 % 100 % 10;
sent(table[b]);
sent(table[s]);
sent(table[g]);
sent(0); sent(0);//预期值
sent(table[speedset/100]);
out=0;
uk1=uk;//为下一次增量做准备
e2=e1;
e1=e;
PWMTime=out; //out对应于PWM高电平的时间
return(0);
}
void PWMOUT()
{
//PWM=1;
if(cnt<PWMTime)//若小于PWM的设定时间，则输出高电平
PWM=1;
else//否则输出低电平
三、仪器及原理图
实验仪器：THKL-C51仿真器
四、实验代码
%增量式
#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ufloat unsigned float
sbit PWM=P1^2;
sbit DIN=P1^0;
sbit CLK=P1^1;
uint num;
float count=0;
uint cnt,n=0;
uint out;
uint PWMTime;
uchar code table[] = { 0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x7B,0x71,0x00,0x40 };

无刷直流电机控制系统的仿真与分析

无刷直流电机控制系统的仿真与分析一、本文概述随着科技的不断进步和电机技术的快速发展，无刷直流电机（Brushless Direct Current, BLDC）因其高效、低噪音、长寿命等优点，已广泛应用于电动汽车、无人机、家用电器等众多领域。

然而，无刷直流电机的控制系统设计复杂，涉及电子技术、控制理论、电机学等多个学科领域，因此，对其进行深入研究和仿真分析具有重要意义。

本文旨在探讨无刷直流电机控制系统的基本原理、仿真方法以及性能分析。

将简要介绍无刷直流电机的基本结构和控制原理，包括其电机本体、电子换向器、功率电子电路等关键部分。

将详细介绍无刷直流电机控制系统的仿真建模过程，包括电机模型的建立、控制算法的设计以及仿真环境的搭建。

通过对仿真结果的分析，评估无刷直流电机控制系统的性能，包括动态响应、稳态精度、效率等指标，并提出优化建议。

本文的研究不仅有助于深入理解无刷直流电机控制系统的运行机制和性能特点，还可为实际工程应用提供理论支持和指导。

通过仿真分析，可以预测和优化无刷直流电机控制系统的性能，提高系统的稳定性和可靠性，推动无刷直流电机在更多领域的应用和发展。

二、无刷直流电机控制系统基本原理无刷直流电机（Brushless DC Motor, BLDCM）是一种采用电子换向器替代传统机械换向器的直流电机。

其控制系统主要由电机本体、电子换向器（也称为功率电子电路或逆变器）以及控制器三部分组成。

无刷直流电机控制系统的基本原理，就在于如何准确地控制逆变器的开关状态，从而改变电机内部的电流流向，实现电机的连续旋转。

控制器根据电机的运行状态和用户的输入指令，生成适当的控制信号。

这些控制信号是PWM（脉宽调制）信号，用于控制逆变器的开关状态。

逆变器一般由六个功率开关管（如MOSFET或IGBT）组成，分为三组，每组两个开关管串联，然后三组并联在直流电源上。

每组开关管分别对应电机的一个相（A、B、C），通过控制每组开关管的通断，可以改变电机每相的电流大小和方向。

无刷直流电机模糊PID智能控制的建模方法及仿真

1. 2 PID 智能控制系统仿真模型的建立
本无刷直流电机的调速系统采用双闭环调节。内环 (电流环) 采用三角波比较控制方式的滞环调节 ,滞环控制器工作原理简单 ,响应速度快 ,能对电压波动起到及时抗扰作用。外环 (速度环) 采用模糊 PID 调节 ,对负载变化起抗扰作用 ,PID 控制器一旦饱和 ,起着饱和非线性的作用 ,其输出幅限值决定于被允许的最大电流。系统的仿真模型在 Matlab7. 0/ Simulink[4]上构建 ,利用 Simulink 建立仿真模型如图 1 所示。
1 . 1 无刷直流电机的数学模型
无刷直流电机的工作离不开电子开关电路 ,因此电动机本体、控制电路和电子开关电路三部分组成了无刷直流电机控制系统[2 ,3] 。为了便于分析 , 先作如下假设 :
1) 三相绕组完全对称 ; 2) 忽略齿槽、换相过程和电枢反应等影响 ;
3) 不计涡流和磁滞损耗 ;
无刷直流电机是随着电力电子技术及新型永磁材料的发展而迅速成熟起来的一种新型电机。它实际上是一个由电动机本体、功率管主回路及转子位置传感器等部分组成的闭环系统。无刷直流电机采用电子换相器替代直流电机的机械换相器 ,实现直流到交流的逆变 ,采用位置传感器控制绕组电流的切换 ,既有直流电机的良好调速特性 ,又有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便的特点 ,再加上其体积小、速度高、可靠性好等优点 ,目前 ,无刷直流电机得到了广泛的应用。随着无刷直流电机在工业应用领域的推广 ,比如伺服系统和调速驱动系统中 ,对系统的动静态性能和控制精度要求越来越高[1] 。
ua
0 r 0 ib + eb + ub
( 4)
0 0 r ic

焊接机器人直流电机控制系统PID仿真比较

２．美国肯塔基大学电子显微技术中心，肯塔基州摘
莱克星顿４０５０６）
要：焊接机器人所使用的无刷直流电机控制系统中的控制器直接影响到自动化焊接的性能，利用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕ —
ｌｉｎｋ建立了分别设计了基于常规ＰＩＤ控制器、积分分离ＰＩＤ控制器、模糊ＰＩＤ控制器的焊接移动机器人的无刷直流电机系统模型，并对模型进行了多方面的仿真研究。仿真结果表明，常规ＰＩＤ、积分分离ＰＩＤ、模糊ＰＩＤ相比较，模糊ＰＩＤ具有更高的精度和更好的系统动、静态特性、使系统获得更良好的综合性能。
ｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｗｅｌｄｉｎｇ．ＴａｋｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｆＭａｔｌａｂ／ＳｉｍｕｌｉｎｋｄｅｓｉｇｎｅｄｗｅｌｄｉｎｇｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔｂｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣｍｏ — ｔｏｒｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｗｈｉｃｈｂａｓｅｄｏｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎｌａＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、ｉｎｔｅｇｒａｌｓｅｐａｒａｔｉｏｎＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｆｕｚｚｙ．
第４６卷第１１期
２０１３拄
Ｖｏ１．４６．Ｎｏ．１ｌ月
焊接机器人直流电机控制系统ＰＩＤ仿真比较

直流电机三环控制系统的设计与仿真

引言轧钢、造纸、纺织、印染和化纤生产中，其加工物都是带状的，并且全都卷绕成圆筒形，为使加工物不断传送，既不堆叠又不拉断，卷绕紧密、整齐，并且保证产品加工质量，在卷绕过程中，要求在加工物内建立适宜的张力并保持恒定，这就需要张力控制系统，这种张力控制系统通常都是在转速、电流双闭环系统外再加一个张力环成为张力三环控制系统。

张力控制是指能够持久地控制料带在设备上输送时张力的能力。

这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速，即使在紧急停车情况下，它也有能力保证料带不产生丝毫破损。

张力控制基本上分手动张力控制、开环式半自动张力控制和闭环式全自动张力控制三大类。

闭环式全自动张力控制是由张力传感器直接测定料带的实际张力值，然后把张力数据转换成张力信号反馈回张力控制器，通过此信号与控制器预先设定的张力值对比，计算出控制信号给自动控制执行单元，使实际张力值与预设张力值相等，以达到张力稳定的目的，它是目前较为先进的张力控制方法。

工程自动控制中，有三种张力控制系统：直接法张力控制系统，间接法张力控制系统和复合张力控制系统。

按张力偏差调节的闭环控制张力系统是直接法调节系统，这种张力闭环控制需要张力检测环节，其控制最为简便有效。

为保证此控制系统运行平稳，超调量小而准确，可以使用数字PID控制器。

PID 调节器结构简单，参数易于调整，在长期应用中积累了丰富的经验。

其实质是根据输入的偏差值，按比例、积分、微分的函数关系进行计算，其运算结果的增量用以控制输出。

目前绝大多数国产的诸如造纸、纺织、印染以及化纤等设备，都是不带张力调节的控制系统，不但车速上不去，而且生产效率也很低，并且还会影响产品质量。

如果采用张力调节系统，所添元件和设备的成本低廉，可大大提高产品质量和生产效率。

这种张力闭环控制系统，不仅可以提高自身理论和实际相结合的能力，还可以应用到生产实际中，为企业创造利润，使之在竞争激烈的环境中能够有充足的发展，因此对有关工业设备的更新与改造有着广泛的应用前景。

直流电动机PID控制的仿真研究

现代商贸工业
ＮＯ．１４，０ｌ２２
ＭｏｅｎＢｓｅｓｒｄｄｓｙｄｒｕｉｓＴａｅＩｕｔｎｎｒ
２１０２年第１４期
直流电动机ＰＤ控制的仿真研究Ｉ
唐海旭孙航张修鹏
（州大学电气工程学院，州贵阳５００）贵贵５０３
一
４２工作面支护改造方案的选择．采煤工作面目前采用摩擦式金属支柱、属铰接梁支金护，进工作头采用砌碹、墙、支柱支护。现有支护不掘做木能满足安全生产需要。为了安全生产需要，对现采煤工需作面采用的ＨｚＡ一８５型摩擦金属支柱支护和掘进工作Ｊ６头木支柱、碹支护进行改造。采煤工作面更换为Ｄ１ — 砌Ｚ０２／０型单体液压支柱配金属铰接梁，单体液压支柱初掌５８该力为７～１０Ｎ，进工作头改为锚杆、索、网喷支护，５０ｋ掘锚锚能满足安全生产需要。４３矿井通风系统改造方案的选择．矿井采用中央边界式通方式，井安装有两台ＢＫ５矿Ｄ４６１＃（０ — ３３ＫＷ ×２轴流式对旋主通风机，台工作，）一一台备用。该主通风机电机功率３ｋ × ２风量９２— ０Ｗ，１２２ｍ３ｒｉ，压４３１５Ｐ。从计算的矿井负压与需０２／ｎ风ａ６ — ７０ａ

无刷直流电动机单神经元自适应PID控制系统仿真

２无刷直流电机的数学模型
由于无刷直流电机的反电动势为梯形波，有含
较多的高次谐波，其电感为非线性，接用电动机且直
的相变量建立数学模型比较方便。以两相导通星形
蚪＋Ｌｂｌ（￡Ｊ）ＩＬｂ１￡Ｌｌｂｂ十ＬＪＩＬｃ＋ｌｅ。ｉ］ｊｂＩＩ
中图分类号：Ｍ３１Ｔ８文献标识码：Ｂ文章编号：０１０７２１）１— ０８— ３１０ — ８４（０１００００
ＳｉｌｔｎｏＤＣＭｎｒｌｓｅｏｍｕａｉｆＢＬｏＣｏｔｏＳｙｔｍｒｎＳｅｆａｔ・ｖＤ
的影响，到快速控制的目的。并在ＭｔｂＳｍｌｋ环境下研究控制系统。仿真结果表明：制达ａａ／ｉｕｉｌｎ控器自适应能力好，鲁棒性强，有比单纯ＰＤ控制更好的系统静态和动态特性。具Ｉ
关键词：无刷直流电动机；单神经元自适应ＰＤ控制器Ｉ
ＫＮａ－ｃｇＹＮｅｇＣＡＧＹｎｚ。ＨＮＧＣｅｇａ，ａｇＪｎｗｉＡＧＨｉ吼，ＡＧＦｎ，ＨＮｕ — ＺＡｈｎ－Ｗｎｉ — ｅｅｆａ
（ｃｏｌｆｎｏｍｔｎａｄＣｍｎｃｔｎＥｇｅｒｇＮｒｎｖｒｔｏＣｉ，ａｕｎ００５，ｈｎ）Ｓｈｏｏｆｒａｏｎｏｍｕｉａｏｎｉｅｉ，ｏｈＵｉｓｙｆｈｎＴｉａ３０１ＣｉＩｉｉｎｎｔｅｉａｙａ

直流电机双闭环PID调速系统仿真设计

目录直流电机双闭环PID调速系统仿真 (1)1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成及工作原理 (2)2 双闭环调速系统的动态数学模型 (2)3 调节器的设计 (4)3.1 电流调节器的设计 (4)3.2 转速调节器的设计 (6)4 搭建模型 (8)5 参数计算 (10)5.1 参数的直接计算 (10)5仿真具体参数 (13)6 仿真结果 (13)7 结束语 (14)8 参考文献 (16)直流电机双闭环PID调速系统仿真摘要在工程的应用中，直流电动机的占有很大的比例，同时对于直流系统的调速要求日益增长。

在直流调速系统中比较成熟并且比较广泛的是双闭环调速系统，本文对于直流双闭环的PID调速系统作简要的设计，同时利用Matlab/Simulink 仿真软件进行仿真处理。

关键词: 直流双闭环 PID调速在现代化的工业生产过程中，许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。

而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频率的无级快速起制动和反转等良好的动态性能，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求。

在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。

开环直流调速由于自身的缺点几乎不能满足生产过程的要求，在应用广泛地双闭环直流调速系统中，PID控制已经得到了比较成熟的应用。

Matlab是目前国际上流行的一种仿真工具，它具有强大的矩阵分析运算和编程功能，建模仿真可视化功能Simulink是Matlab五大公用功能之一，他是实现动态系统仿真建模的一个集成环境，具有模块化、可重载、图形化编程、可视化及可封装等特点，可以大大提高系统仿真的效率和可靠性。

Simulink提供了丰富的模型库供系统仿真使用，它的仿真工具箱可用来解决某些特定类型的问题，也包括含有专门用于电力电子与电气传动学科仿真研究的电气系统模型库。

此外，用户可根据自己的需要开发并封装模型以扩充现有的模型库。

直流电机PWM调速系统的设计与仿真

直流电机PWM调速系统的设计与仿真一、引言直流电机是电力传动中最常用的一种电动机，具有调速范围广、响应快、结构简单等优点。

而PWM（脉宽调制）技术是一种有效的电机调速方法，可以通过改变占空比控制电机的转速。

本文将介绍直流电机PWM调速系统的设计与仿真，包括建模分析、控制策略、电路设计和仿真实验等内容。

二、建模分析1.直流电机的模型直流电机的数学模型包括电动势方程和电机转矩方程。

电动势方程描述电机的输出电动势与供电电压之间的关系，转矩方程描述电机的输出转矩与电机转速之间的关系。

2.PWM调速系统的控制策略PWM调速系统的控制策略主要包括PID控制和模糊控制两种方法。

PID控制是一种经典的控制方法，通过比较实际输出与期望输出，计算出控制量来调整系统。

模糊控制则是一种基于模糊逻辑的控制方法，通过模糊推理，将输入量映射为输出量。

三、电路设计1.电机驱动电路设计电机驱动电路主要由电流传感器、逆变器和滤波器组成。

电流传感器用于测量电机的电流，逆变器将直流电压转换为交流电压，滤波器用于消除电压中的高频噪声。

2.控制电路设计控制电路主要由控制器、比较器和PWM信号发生器组成。

控制器接收电机转速的反馈信号，并与期望转速进行比较，计算出控制量。

比较器将控制量与三角波进行比较，生成PWM信号。

PWM信号发生器将PWM信号转换为对应的脉宽调制信号。

四、仿真实验1.系统建模与参数设置根据直流电机的模型，建立MATLAB/Simulink仿真模型，并根据实际参数设置电机的转矩常数、转矩常数、电机阻抗等参数。

2.控制策略实现使用PID控制和模糊控制两种方法实现PWM调速系统的控制策略。

通过调节控制参数，比较不同控制方法在系统响应速度和稳定性上的差异。

3.仿真实验结果分析通过仿真实验，分析系统的静态误差、动态响应和稳定性等性能指标。

比较不同控制方法的优缺点，选择合适的控制方法。

五、结论本文介绍了直流电机PWM调速系统的设计与仿真，包括建模分析、控制策略、电路设计和仿真实验等内容。

中南大学机电一体化系统设计实验——直流电机PID控制

DBUF0 EQU 30H ;显示第一位的缓冲地址，设为30H~37HTEMP EQU 38H ;A/D转换暂存地址，设为38H-3FHPWMH EQU 4AH ;T1定时器高八位装载值PWML EQU 4BH ;T1定时器低八位装载值PWMF EQU 4CH ;T1定时器装载值浮点数WF EQU 46H ;期望频率地址EK0 EQU 59H ;E(K)地址EK1 EQU 56H ;E(K-1)地址EK2 EQU 53H ;E(K-2)地址UK1 EQU 5CH ;U(K-1)地址UK EQU 5FH ;U(K)地址A0 EQU 62H ;A0地址A1 EQU 65H ;A1地址A2 EQU 68H ;A2地址ZC EQU 6BH ;PID运算暂存地址ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHAJMP INT0_PORG 001BHAJMP INT1_PORG 0030HMAIN: ;PWM调速主程序MOV TMOD,#11HMOV TH0,#0FCHMOV TL0,#18HMOV TH1,#0MOV TL0,#0MOV PWMH,#0FDHMOV PWML,#29HMOV 70H,#10MOV 71H,#200SETB TR0SETB TR1SETB EASETB ET0SETB ET1JC2: JNB 00H,JC1CLR 00HLCALL A_DLCALL READLCALL PIDLCALL U_PWMJC1: JNB 01H,JC2CLR 01HLCALL DISP1SJMP JC2INT0_P: MOV TH0,#0FCH ;PWM T0中断MOV TL0,#18HMOV TH1,PWMHMOV TL1,PWMLDJNZ 70H,NZW1SETB 00HMOV 70H,#10NZW1: DJNZ 71H,NZW2SETB 01HMOV 71H,#200NZW2: SETB P1.0SETB P1.2SETB TR1NOPRETIINT1_P: CLR P1.0 ;PWM T1中断CLR P1.2CLR TR1NOPRETI;===================================================================== =============;AD转换主程序;===================================================================== =============A_D: MOV 35H,#11H ;灭不需要的显示位MOV 36H,#11HMOV 37H,#11HMOV R0,#DBUF0MOV @R0,#0AH ;数码管第一位显示：AINC R0MOV @R0,#0DH ;数码管第二位显示：DINC R0MOV @R0,#11H ;数码管第三位不显示INC R0 ;R0=33HMOV DPTR,#0FEF0H ;A/D 置通道IN0地址MOV A,#0 ;设置通道0MOVX @DPTR,AWAIT: JB P3.3,W AIT ;等待转换完成的信号MOVX A,@DPTR ; A/D转换的数字量读入至AMOV 51H,A ;将A/D转换结果放置41H，做双字节定点数MOV B,A ;将A中数值暂存BSWAP A ;交换A的高四位与低四位ANL A,#0FH ;保留交换后的低四位，实际上是高4位XCH A,@R0 ;交换A与33H中的数据，数码管第四位显示为A/D转换的数字量的高四位INC R0 ;R0=34HMOV A,B ;将B中暂存的数字量还回AANL A,#0FH ;保留数字量的低四位XCH A,@R0 ;将保留后的数字量还回34H，数码管第五位显示为A/D转换的数字量的低四位;ACALL DISP1 ;调用显示程序;ACALL DELAY ;调用延时程序，延时260msRETDISP1: ;显示子程序MOV R0,#DBUF0MOV R1,#TEMPMOV R2,#8DP10: MOV DPTR,#SEGTABMOV A,@R0MOVC A,@A+DPTR ;查表程序，查SEGTABMOV @R1,A ;暂存查表结果至40H~47H地址单元中INC R0INC R1DJNZ R2,DP10MOV R0,#TEMPMOV R1,#8DP12: MOV R2,#8MOV A,@R0DP13: RLC AMOV 0B0H,CCLR 0B1HSETB 0B1HDJNZ R2,DP13INC R0DJNZ R1,DP12RETSEGTAB: DB 3FH,6,5BH,4FH,66H,6DH ;0，1，2，3，4，5DB 7DH,7,7FH,6FH,77H,7CH ;6，7，8，9，A，BDB 58H,5EH,79H,71H,0,00H ;C，D，E，F，-DELAY: MOV R4,#0FFH ;延时程序，延时260msAA1: MOV R5,#0FFHAA: NOPNOPDJNZ R5,AADJNZ R4,AA1RET;===================================================================== ===;读取AD转换值子程序;===================================================================== ===READ: MOV 50H,#00H ;AD转换结果浮点化，放置到52H-54H中MOV R0,#50HMOV A,#16 ;为16位整数CLR 1FH ;1FH中存放定点数符号位,暂定为正LCALL DTOFMOV R0,#43H ;AD转换最大值放置到43H-45H，并将其浮点化MOV @R0,#00HINC R0MOV @R0,#0F7H ;最大值为0FA,根据八段数码管显示值为准MOV R0,#43HMOV A,#16CLR 1FHLCALL DTOFMOV R0,#40H ;最大转速对应频率放置到40H-43H，并将其浮点化MOV @R0,#01HINC R0MOV @R0,#0EAH ;最大频率为400(0190H),根据实际显示为准MOV R0,#40HMOV A,#16CLR 1FHLCALL DTOFMOV R0,#46H ;输入预期频率至46H-48H，并将其浮点化MOV @R0,#00HINC R0MOV @R0,#32HMOV R0,#46HMOV A,#16CLR 1FHLCALL DTOFMOV R0,#40H ;指向最大频率地址MOV R1,#43H ;求解实际频率，用浮点数表示,放置到40H-42HLCALL FDIV ;最大频率除以最大AD转换值，结果存在[R0]MOV R1,#50H ;指向AD转换结果地址LCALL FMUL ;结果再乘实际AD转换值，实际频率存在40H-42H RET;===================================================================== ==========;PID运算子程序;===================================================================== ==========PID: MOV R1,#46H ;将期望频率从46H-48H转至EK0MOV R0,#EK0LCALL FMOVMOV R0,#EK0 ;指向期望频率地址MOV R1,#40H ;指向实际频率地址LCALL FSUB ;求差，得偏差e(k),偏差地址暂存在EK0中MOV R0,#A0 ;初始化A0，设A0为浮点BCD码输入，将其转换为格式化浮点数做计算用MOV A0,#7FH ;假设初值为000000HINC R0MOV @R0,#10HINC R0MOV @R0,#34HMOV R0,#A0LCALL BTOF ;将A0转化为浮点数做计算用MOV R0,#A1 ;初始化A1，设A1为浮点BCD码输入，将其转换为格式化浮点数做计算用MOV A1,#7FH ;假设初值为000000HINC R0MOV @R0,#10HINC R0MOV @R0,#00HMOV R0,#A1LCALL BTOF ;将A1转化为浮点数做计算用MOV R0,#A2 ;初始化A2，设A2为浮点BCD码输入，将其转换为格式化浮点数做计算用MOV A2,#00 ;假设初值为000000HINC R0MOV @R0,#00INC R0MOV @R0,#00MOV R0,#A2LCALL BTOF ;将A2转化为浮点数做计算用MOV R1,#EK2 ;将EK2值调到PID运算暂存地址中做运算MOV R0,#ZCLCALL FMOVMOV R1,#A2LCALL FMUL ;ZC=A2*EK2MOV R1,#ZCMOV R0,#UKLCALL FMOV ;将ZC=A2*EK2值暂时赋给UKMOV R1,#EK1 ;将EK1值调到PID运算暂存地址中做运算MOV R0,#ZCLCALL FMOVMOV R1,#A1LCALL FMUL ;ZC=A1*EK1MOV R0,#UKMOV R1,#ZCLCALL FSUB ;UK=-A1*EK1+A2*EK2MOV R1,#EK0 ;将EK1值调到PID运算暂存地址中做运算MOV R0,#ZCLCALL FMOVMOV R1,#A0LCALL FMUL ;ZC=A0*EK0MOV R0,#UKMOV R1,#ZCLCALL FADD ;UK=A0*EK0-A1*EK1+A2*EK2MOV R0,#UKMOV R1,#UK1LCALL FADD ;UK=UK1+A0*EK0-A1*EK1+A2*EK2MOV R1,#UKMOV R0,#UK1LCALL FMOV ;将UK值赋给UK1MOV R0,#UK ;对UK做处理，如UK>5,则UK=5MOV R1,#ZCMOV @R1,#03H ;将5(030A00H)赋给地址ZC，做比较INC R1MOV @R1,#0A0HINC R1MOV @R1,#00HMOV R1,#ZCLCALL FCMPJNC UK_5 ;C=0,表示UK>5,将5赋给UKSJMP GO5 ;否则跳过赋值语句UK_5: LCALL FMOVGO5: CLR CMOV R0,#UK ;对UK做处理，如UK<0,则UK=0MOV R1,#ZCMOV @R1,#00H ;将0(000000H)赋给地址ZC，做比较INC R1MOV @R1,#000HINC R1MOV @R1,#00HMOV R1,#ZCLCALL FCMPJC UK_0 ;C=1,表示UK<0,将0赋给UKSJMP GO0 ;否则跳过赋值语句UK_0: LCALL FMOVGO0: CLR CMOV R1,#EK1MOV R0,#EK2LCALL FMOV ;将EK1值赋给EK2MOV R1,#EK0MOV R0,#EK1LCALL FMOV ;将EK0值赋给EK1RET;===================================================================== =====;输出电压转换为定时器T1装载值子程序;===================================================================== =====U_PWM: ;输出电压值转换成定时器T1的初值MOV R0,#PWMF ;定时器区间长度放在#PWMF中并将其浮点化MOV @R0,#03H ;0FFFFH-0FC29H=03D6HINC R0MOV @R0,#0D6HINC R0MOV @R0,#00HMOV R0,#PWMFMOV A,#16CLR 1FHLCALL DTOF ;转成浮点数MOV R1,#ZC ;电压最大值5V放到ZC中MOV @R1,#03H ;将5(030A00H)赋给地址ZC，做比较INC R1MOV @R1,#0A0HINC R1MOV @R1,#00HMOV R1,#ZCMOV R0,#PWMFLCALL FDIV ;03D6H/5V 结果放在PWMF中MOV R1,#UK ;将UK值挪到PWMF中经行运算MOV R0,#PWMFLCALL FMUL ;UK*03D6H/5V 结果放在PWMF中MOV R0,#ZC ;0FFFFH转成浮点数，暂存在ZC中，做被减数用MOV @R0,#0FFH ;INC R0MOV @R0,#0FFHINC R0MOV @R0,#00HMOV R0,#ZCMOV A,#16CLR 1FHLCALL DTOF ;转成浮点数MOV R0,#ZC ;0FFFFH-UK*03D6H/5V,得到T1定时器初始值浮点数结果MOV R1,#PWMFLCALL FSUB ;结果在ZC中MOV R0,#ZC ;结果取整LCALL FINTMOV R1,#ZC ;将结果转移至PWMFMOV R0,#PWMFLCALL FMOVMOV R0,#ZCLCALL FTOD ;浮点数转双字节定点数，结果存在ZC中MOV R0,#ZC ;将转换后的双字节定点数放到PWMH 和PWML中做定时器T1装载初值MOV R1,#PWMHMOV A,@R0MOV @R1,AINC R0MOV R1,#PWMLMOV A,@R0MOV @R1,ARET;================================================================;================================================================;浮点数运算子程序库;================================================================ DTOF: ;双字节定点数转规格化浮点数MOV R2,A ;按整数的位数初始化阶码MOV A,@R0 ;将定点数做尾数MOV R3,AINC R0MOV A,@R0MOV R4,ADEC R0LCALL RLN ;经行规格化LJMP MOV0 ;传送结果到[R0]RETFMOV: INC R0 ;浮点数传送，从[R1]传到[R0]INC R0INC R1INC R1MOV A,@R1MOV@R0,ADEC R0DEC R1MOV A,@R1MOV@R0,ADEC R0DEC R1MOV A,@R1MOV@R0,ARETFADD: CLR F0;设立加法标志程序功能：浮点加法运算SJMP AS;计算代数和FSUB: SETB F0;设立减法标志程序功能：浮点数减法运算AS: LCALL MVR1;计算代数和。

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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┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊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┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊DC Motor Speed PID Control and SimulationAbstract: In this curriculum design, the work principle of DC motor and DC motor speed control methods are studied. In speed control, we include two parts, one is the open loop control of DC motor, the other is a closed loop DC motor control in DC motor closed-loop control, and introduces the speed closed-loop control and PID control, and each model of the DC motor for modeling and simulation to observe the dynamic performance analysis of DC motor control and the advantages and disadvantages of each.Keywords: DC motor; speed control; PID control; Matlab simulation┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录第一章直流电动机的工作原理及基本结构 (1)1.1 直流电机的结构 (1)1.2 直流电机的基本工作原理 (1)1.3 本章小结 (2)第二章直流电机开环系统仿真 (3)2.1 Matlab简介 (3)2.2 直流电机的稳态模型 (3)2.4 本章小结 (6)第三章直流电机PID控制 (7)3.1 PID控制简介 (7)3.2 比例（P）调节特性 (7)3.3 比例积分（PI）调节特性 (8)3.4 比例积分微分（PID）调节特性 (8)3.5 PID的动态数学模型 (9)3.7 本章小结 (13)总结 (14)参考文献 (15)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊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1-1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。

图1-1 直流电机模型图中N、S为定子的磁极，abcd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dcba，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abcd，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。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊直流电机是电能转换装置，它将电能转换为机械能，当电枢上有直流电通过时，会在电枢绕组上感应电动势，称为电枢电动势，电枢电动势与电机转速成正比，表达式分别为：nCE eΦ=a（1.1）Φ-eKIRUn=（1.2）在上式中，n为直流电机转速、R为电枢电阻、eK为电动机电动势常数、Φ励磁磁通（Wb）。

我们可以看出，电动机转速与电枢电压、电枢电流和励磁磁通有关，当电压不变时，增大电枢电流，转速n就会下降，当电枢电流不变时，减小电枢电压转速n也会下降。

1.3 本章小结我们从直流电机的结构中可以看出，直流电机的结构复杂，工艺复杂，但是直流电机相对节能，功率因素高，和交流电机相比，直流电机用的是直流电，如今大多数用的电是交流的，所以在使用直流电机的时候需要交直转换器，从而增加了成本，最重要的是直流电机中存在换向器，在换向器工作中会产生火花，当速度增大到一定的值后，换向器中的火花会形成环火，从而影响直流电机的转速，使不能转的很快。

但是直流电机独特的工作方式使它的调速范围广、带负载能力大、震动小、噪音低、通用性强、维护方便，而且直流电机对环境的适应能力强，可在有腐蚀等恶劣环境中工作，所以直流电机在我们生产生活中也得到了广泛的使用，研究直流电机控制不仅关系着国民生产，更是一种对未知事物的探索。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第二章直流电机开环系统仿真2.1 Matlab简介现在我们用到最多的仿真软件是MATLAB，，它是由美国The MathWorks 公司编写的一款数学软件。

它是一种可用于数据分析、数据可视化、算法开发以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。

除了可以进行绘制、矩阵运算函数/数据图像等常用功能外，还可以使用其它语言（包括C，C++和FORTRAN）编写的程序。

虽然MATLAB主要时用于数学上的数值运算，但是由于它集成了很多的附加工具箱使它也适合不同的领域，比如应用在图像处理、控制系统设计与分析、金融建模和分析、信号处理与通讯等。

在建模仿真中，我们常用的是Simulink，Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。

我们可以在该环境中通过简单直观的鼠标操作构造出复杂的系统，而不需要很繁琐的键盘鼠标操作，基于以上优点，所以Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计领域。

它具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点。

2.2 直流电机的稳态模型通过上面的式子Φ-eKIRUn=，外加电压由PWM控制，当忽略晶闸管的延迟时间，在额定励磁下，直流电机的开环调速系统稳态结构图如下图2-1所示。

图2-1直流电机开环稳态结构图假设电机的各个参数为：额定电压U n=220V，额定电流I n=55A，空载转速为560r/min,那么电动机电动势系数C e=nnu=0.393V·min/r,电枢总回路电阻R=1Ω，当放大系数K s为22，U c=snku为10。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊图2-2 阶跃信号模块我们知道了直流调速系统中的各个参数后，打开Matlab，点击图上面的运行按钮，进入Simulink操作窗口，从上面的仿真框图中我们知道要有比例环，在Simulink中，我们从Math Operations组中找到Sum和Gain，这就是我们要的比例和求和环，除此外，我们在Source中找到STEP，即阶跃模块，我们将找到的模板拖入在Simulink中新建的窗口中，其中Scope1为阶跃相应，因为我们的U c为10，双击Scope1，将10填入其中，得到如上2-2图，Gain2为放大环节，双击它，因为K s为22，填入数据22，得到如下图2-3所示。

图2-3 放大信号模块因为我们的电枢电阻R=1，所以Gain3里面填入1，C e=0.393V·min/r,我们打开Gain2,填入数据1/0.393，填入数据完成，我们将各个环节连接起来后就可┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊以进行仿真了。

当电枢电流I d=0，即不带负载，我们得到转速如下图2-4所示。

图2-4 直流电机转速图我们可以看出，点击空载时电机的转速稳定在560r/min左右。

当我们增大电枢电流I d=5时，进行仿真，仿真图如下图2-5所示。

图2-5 直流电机转速图我们可以看出这时候转速下降到547r/min左右，当我们在0-5S设置I d=10,5s┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊后I d=20，仿真图如图2-6所示。

图2-6 直流电机转速图我们从图上可以看出，电机转速为535下降到510，当我们增大电流时，转速下降很快。

2.4 本章小结通过我们对直流电机的学习，我们知道电机转速与电机的电枢电流成反比关系，在仿真过程中也印证了这一事实，电机的转速随着电机的电流增大而下降，然而电流的大小是和负载大小息息相关的，负载大电枢电流就大，负荷小电枢电流就小，换句话说就是负载大转速就小，负载小转速就大，在直流电机开环控制中，电机转速下降非常快，当负载为零时，它与输入电压成正比，在仿真图中我们也可以明显的看到这种现象，由于电机的这种随负荷转速降落很快的特点，所以这种电机只能胜任对转速没有特别要求的工作中，但是在对转速要求很高的场合下就不适用了，所以这种调压控制方式只能在我们不需要直流电机转速要求很稳定的情况下用到。

但是，在很多的生产中，很多工艺都严格要求电机的转速保持稳定，不然就会对生产造成损失，所以我们急需找到一种控制方式来替代传统的调压调速，使电机的转速可以保持稳定。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第三章直流电机PID控制3.1 PID控制简介PID调节即比例、积分、微分控制，这种调节器是将设定值与输出值进行比较，通过比较得到的偏差值来进行比例、积分和微分的控制它不仅用途广泛、使用灵活，而且使用中只需设定三个参数（K p，T i和T d）。