單閉環(huán)直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)研究

實(shí)驗(yàn)原理直流電機(jī)在應(yīng)用中有多種控制方式，在直流電機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)中，主要采用電樞電壓控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速與方向。功率放大器是電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的重要部件，它的性能及價(jià)格對(duì)系統(tǒng)都有重要的影響。過(guò)去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大機(jī)或可控硅＜晶閘管）?，F(xiàn)在基本上采用晶體管功率放大器。PWM功率放大器與線性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流電機(jī)的靜摩擦等優(yōu)點(diǎn)。PWM調(diào)制與晶體管功率放大器的工作原理：的工作原理+15V1-1PWM的控制電路C2R1圖VcCTVccSYNCRTVKEFDISCOUTACOMPOSC-VOUTBCSSSD+VGND.131-1PWM的控制電路C2R1圖VcCTVccSYNCRTVKEFDISCOUTACOMPOSC-VOUTBCSSSD+VGND.131553.164111D：14IHi15K65反C3||100u 80 I10741484148圖所示為SG3525為核心的控制電路，SG3525是美國(guó)SiliconGeneral公司生產(chǎn)的專用。PWM控制集成芯片，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及各引腳如圖1-2所示，它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，其內(nèi)部包含有精密基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護(hù)電路等。調(diào)節(jié)Ur的大小，在A、B兩端可輸出兩個(gè)幅度相等、頻率相等、相位相互錯(cuò)開(kāi)180度、占空比可調(diào)的矩形波〈即PWM信號(hào)）。它適用于各開(kāi)關(guān)電源、斬波器的控制。.功放電路直流電機(jī)PWM輸出的信號(hào)一般比較小，不能直接去驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，它必須經(jīng)過(guò)功放后再接到直流電機(jī)的兩端。該實(shí)驗(yàn)裝置中采用直流15V的直流電壓功放電路驅(qū)動(dòng)。.反饋接口在直流電機(jī)控制系統(tǒng)中，在直流電機(jī)的軸上貼有一塊小磁鋼，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)。磁鋼的下面中有一個(gè)霍爾元件，當(dāng)磁鋼轉(zhuǎn)到時(shí)霍爾元件感應(yīng)輸出。4．直流電機(jī)控制系統(tǒng)如圖1-3所示，由霍耳傳感器將電機(jī)的速度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡變換成數(shù)字量后送到計(jì)算機(jī)與給定值比較，所得的差值按照一

定的規(guī)律＜通常為PID）運(yùn)算，然后經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡輸出控制量，供執(zhí)行器來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。圖1-2結(jié)構(gòu)圖1-3直流電程控程控過(guò)程的某一或理參數(shù)進(jìn)行的制。模擬控制模擬調(diào)SG3525內(nèi)部機(jī)控制系統(tǒng)理制的基本概定的規(guī)律＜通常為PID）運(yùn)算，然后經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡輸出控制量，供執(zhí)行器來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。圖1-2結(jié)構(gòu)圖1-3直流電程控程控過(guò)程的某一或理參數(shù)進(jìn)行的制。模擬控制模擬調(diào)SG3525內(nèi)部機(jī)控制系統(tǒng)理制的基本概系統(tǒng)制――對(duì)生產(chǎn)某些物自動(dòng)控傳感器V變送器圖1-基4本模擬反饋控制回路被控量的值由傳感器或變送器來(lái)檢測(cè)，這個(gè)值與給定值進(jìn)行比較，得到偏差，模擬調(diào)節(jié)器依一定控制規(guī)律使操作變量變化，以使偏差趨近于零，其輸出通過(guò)執(zhí)行器作用于過(guò)程?？刂埔?guī)律用對(duì)應(yīng)的模擬硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，控制規(guī)律的修改需要更換模擬硬件。微.機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)圖1-5微機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)基本框圖以微型計(jì)算機(jī)作為控制器?？刂埔?guī)律的實(shí)現(xiàn)，是通過(guò)軟件來(lái)完成的。改變控制規(guī)律，只要改變相應(yīng)的程序即可。.數(shù)字控制系統(tǒng)

圖1-6DDC系統(tǒng)構(gòu)成框圖DDC(DirectDigitalCongtrol＞系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)用于過(guò)程控制的最典型的一種系統(tǒng)。微型計(jì)算機(jī)通過(guò)過(guò)程輸入通道對(duì)一個(gè)或多個(gè)物理量進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)確定的控制規(guī)律(算法＞進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)輸出通道直接去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使各被控量達(dá)到預(yù)定的要求。因?yàn)橛?jì)算機(jī)的決策直接作用于過(guò)程，故稱為直接數(shù)字控制。DDC系統(tǒng)也是計(jì)算機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中最普遍的一種形式。模擬PID調(diào)節(jié)器.模擬PID控制系統(tǒng)組成圖5-1-4模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖.模擬PID調(diào)節(jié)器的微分方程和傳輸函數(shù)調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，它將給定值 與實(shí)際輸出值 的偏差的比例、積分、微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。調(diào)節(jié)器的微分方程'調(diào)節(jié)器的傳輸函數(shù)IXI調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用、比例環(huán)節(jié)：即時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào) ，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)飛器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。、積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)、越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。、微分環(huán)節(jié)：能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)變化速率，并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速

度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。數(shù)字控制器模擬 控制規(guī)律的離散化模擬形式離散化形式■=?01x|1X1數(shù)字 控制器的差分方程算法的程序流程增量型 算法的程序流程增量型 算法的算式?7]式中、增量型dw序流程一?x?位置型 算法的程序流程、位置型1的遞推形式、位置型 算法的程序流程一一圖——只需在增量型 算法的程序流程基礎(chǔ)上增加一次加運(yùn)算△和三．實(shí)驗(yàn)參考程序及程序流程圖1.參考程序dimpv,sv,ei,K,Ti,Td,q0,q1,q2,mx,pvx,opsubInitialize(arg> '初始化函數(shù)WriteData0,1mx=0pvx=0endsubsubTakeOneStep(arg> '算法運(yùn)行函數(shù)pv=GetFS '電機(jī)的控制的轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速在20~35左右TTTRACE"轉(zhuǎn)速二%f",pvsv=35K=2Ti=2Td=0Ts=0.05ei=(sv-pv>/20TTRACE"ei=%f",eiq0=K*eiifTi=0thenmx=0q1=0elsemx=K*Ts*ei/Tiendifq2=K*Td*(pvx-pv>/Tsq1=q1+mxifq1>3.5thenq1=3.5endififq1<-3.5thenq1=-3.5'采集周期50ms'比例項(xiàng)'當(dāng)前積分項(xiàng)'微分項(xiàng)'當(dāng)前積分限幅，以防積分飽和endifpvx=pvop=q0+q1+q2 '當(dāng)前輸出值ifop<=1then '輸出值限幅op=1endififop>=3.5thenop=3.5endifWriteDataop,1TTRACE"op=%f",opendsub'退出函數(shù)'退出