【正文】 內(nèi)部資料 請勿外傳 9JWKf wvGt YM*Jgamp。The system of continuous current motor velocity modulation。 雖然這次畢業(yè) 論文（ 設(shè)計 ） 已經(jīng)結(jié)束了，可這次的經(jīng)歷卻是我永生難忘的。正是因為 老師 的指導(dǎo)，審稿，校正，我才能夠在短時間內(nèi)順利的完成初稿部分。 17 第 1頁 致 謝 本論文是在 老師 的悉心指導(dǎo)下完成的。)。time(s)39。,time,yout,39。 error_2=error_1。y_1=yout(k)。u_2=u_1。 end if u(k)=10 u(k)=10。 15 第 1頁 kd=。 for k=1:1:1000 time(k)=k*ts。y_3=0。u_2=。 [num,den]=tfdata(dsys,39。%采樣周期 sys=tf(,[,1])。 8 數(shù)字 PID 的仿真 還以上述中的電機為例。但采樣周期越短，對計算機的運算速度和存儲容量要求越高。系統(tǒng)的控制度與采樣周期 Ts 有關(guān)，此外，控制度還與被控對象的時間常數(shù)、時滯有關(guān)。 3) 數(shù)字控制器采用采樣控制，引入采樣周期，即引入一個純時滯為 Ts/2 滯后環(huán)節(jié)，使 14 第 1頁 控制系統(tǒng)品質(zhì)變差。 2)對于位置算法，需增加一些必要措施來解決手動 /自動切換和積分飽和等問題。根據(jù)遞推原理可得： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?101 1 2kp I dju k K e k K e j K e k e k??? ? ? ? ? ? ?????? (18) 用式 (17)減去式 (18)，可得： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1 1 2 1 2p i du k u k K e k e k K e k K e k e k e k? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? (19) 式 (19)稱為增量式 PID 控制算法。 對于位置式 PID 控制算法來說，位 置式 PID 控制算法示意圖如圖 9 所示，由于全量輸出，所以每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，計算時要對誤差進行累加，所以運算工作量大。按模擬PID 控制算法的算式 (15)，現(xiàn)以一系列的采樣時刻點 kT 代表連續(xù)時間 t，以和式代替積分，以增量代替微分，則可以作如下的近似變換： 圖 8 單位階躍信號響應(yīng)的仿真曲線 (16) ? ?0,1, 2. ..t kT k??? ? ? ? ? ?000t kkjje t d t T e jT T e j???????? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1 1e k T e k Td e t e k e kd t T T???? ???? 11 第 1頁 顯然，上述離散化過程中，采樣周期 T必須足夠短，才能保證有足夠的精度。當 Kp=， Ti=， Td= 時，仿真結(jié)果符合要求，仿真結(jié)果如圖 8所示。由步驟（ 1）、（ 2）可得： Ps=16,Ts=，單位階躍信號響應(yīng)的仿真曲線如圖 6 所示。)。t/s39。 %定義分子多項式 den=[ 1]。 經(jīng)過 Math Works公司 的不斷完善， MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科、 多種工作平臺的功能強勁的大型軟件 , MATLAB已經(jīng) 成為線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學(xué)工具。對于控制過程較快的系統(tǒng) ，難以從曲線上找出衰減比 。 但某些系統(tǒng)的階躍響應(yīng)不易得到等幅振蕩，此時可考慮采用臨界比例度法的修正方法 ——— 衰減曲線法。若積分作用系數(shù)過小，將使系統(tǒng)靜差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。 Kp 取值過小，則會降低調(diào)節(jié)精度，尤其是使響應(yīng)速度緩慢，從而延長調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性變壞。其控制規(guī)律為 ? ? ? ? ? ? ? ?01 t DpIT d e tu t K e t e t d tT d t??? ? ?????? (14) 或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)形式 ? ? ? ?? ? 11pdIUsG s K T sE s T s??? ? ? ????? (15) 式中： Kp 為比例系數(shù)； Tt 為積分時間常數(shù)； Td為微分時間常數(shù)。 PID 具有結(jié)構(gòu)簡單 , 參數(shù)物理意義明確 , 動態(tài)和靜態(tài)特性優(yōu)良等顯著優(yōu)點 , 在各種新控制理論不斷出現(xiàn)的今天 , 在工業(yè)過程中仍占據(jù)主要位置。 PID 設(shè)計方法 PID 控制是工業(yè)控制過程中應(yīng)用最多的一種控制方式 , 其原因 :①由于 PID 控制器具有簡單而固定的形式 , 在很寬的操作條件范圍內(nèi)都能保持較好的魯棒性 。常規(guī)的控制系統(tǒng)主要針對有確切模型的線性過程，其 PID 參數(shù)一經(jīng)確定就無法調(diào)整，而實際上大多數(shù)工業(yè)對象都不同程度地存在非線性、時變、干擾等特性，隨著環(huán)境變化對象的參數(shù)甚至是結(jié)構(gòu)都會發(fā)生變化。具體分析，其局限性主要來自以下幾個方面 :算法結(jié)構(gòu)的簡單性決定了 PID 控制比較適用于單輸 入單輸出最小相位系統(tǒng)，在處理大時滯、開環(huán)不穩(wěn)定過程等受控對象時，需要通過多個 PID 控制器或與其他控制器的組合，才能得到較好的控制效果；算法結(jié)構(gòu)的簡單性同時決定了 PID 控制只能確定閉環(huán)系統(tǒng)的少數(shù)主要零極點，閉環(huán)特性從根本上只是基于動態(tài)特性的低階近似假定的；出于同樣的原因，決定了單一 PID 控制器無法同時滿足對假定設(shè)定值控制和伺服跟蹤控制的不同性能要求。 對于 PID 這樣簡單的控制器， 能夠適用于廣泛的工業(yè)與民 用對象，并仍以很高的性價比在市場中占據(jù)著重要地位，充分地反映了 PID 控制器的良好品質(zhì)。光電編碼盤將電機的速度信號送給 CNC, 給定速度信號由轉(zhuǎn)換電路給 6 第 1頁 定速度信號至光電編 A/P 轉(zhuǎn)換電路 (給定速度信號至光電編碼盤規(guī)格信號轉(zhuǎn)換電路 ) 轉(zhuǎn)換為光電編碼盤規(guī)格信號送入 CNC。 比較 (3)式可知，直流電機的傳遞函數(shù)是一 個二階無滯后傳遞函數(shù)。所以實 際電動機中在圓周表面均勻開有較多的槽，槽內(nèi)嵌放著相當多的元件，使所得的電磁轉(zhuǎn)矩基本上保持不變。 ② 元件內(nèi)的感應(yīng)電動勢 e和電流 ia的方向相反，所以稱 e為反電動勢。 如圖 1中 N和 S是定子主磁極直流勵磁后所產(chǎn)生的恒定磁場，當電刷 A和 B間外施直流電壓 U，若 A刷與直流電源的“ +”極相連， B刷與電源的“ ”極相連，則在圖示瞬間，外電流 I經(jīng)電刷 A與之相 接觸的換向片進入繞組元件 abcd，如元件內(nèi)的電流為 ia， 則 ia的方向為從 4 第 1頁 ? ? LdtJ T Tdt? ??A刷 — a— b— c— d— B刷。 2 直流電動機工作原理 大致應(yīng)用了 “ 通電導(dǎo)體在磁場中受力的作用 ” 的原理，勵磁線圈兩個端線同有相反方向的電流，使整個線圈產(chǎn)生繞軸的扭力，使線圈轉(zhuǎn)動 。它具有容易實現(xiàn)、控制效果好、魯棒性強等特點，同時它原理簡單，參數(shù)物理意義明確，理論分析體系完整，并為工程界所熟悉，因而在工業(yè)過程控制中得到了 廣泛應(yīng)用。同時 MATLAB 軟件中還提供了新的控制系統(tǒng)模型輸入與仿真工具 SIMULINK，它具有構(gòu)造模型簡單、動態(tài)修改參數(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)控制容易、界面友好、功能強等優(yōu)點 ,成為動態(tài)建模與仿真方面應(yīng)用最廣泛的軟件包之一。這不僅是因為它能解決控制論中大量存在的矩陣運算問題更因為它 提供了強有力的工具箱支持。 簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期 3 第 1頁 基于 MATLAB 的數(shù)字 PID 直流電機調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn) 摘 要： 本文主要研究了直流電機的數(shù)學(xué)模型、直流電動機調(diào)速系統(tǒng)工作原理、電機調(diào)速系統(tǒng)的常規(guī) PID控制器的設(shè)計方法及其參數(shù)的常規(guī)控制原理。 基于 MATLAB的數(shù)字 PID直流電機調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn) 作 者 系 （院） 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 年 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 日 期 學(xué)生誠信承諾書 本人鄭重承諾：所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的 研究成果。 簽名： 日期： 論文使用授權(quán)說明 本人完全了解安陽師范學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。對于從事控制系統(tǒng)研究與設(shè)計的技術(shù)人員而言， MATLAB 是目前控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計實用有效的工具?？梢哉f目前理論界和工業(yè)界廣泛應(yīng)用和研究的控制算法，幾乎都可以在 MATLAB 中找到相應(yīng)的工具箱。在直流電動機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中 ,大多采用結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定的常規(guī) PID 控制技術(shù)． 即使在日本， PID 控制的使用率也達到 %。在基于常規(guī) PID的研究的基礎(chǔ)上來進一步探索數(shù)字 PID 在直流調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn)。直流電動機的工作原理還是比較簡單易懂的，在這里我們可以通過簡易圖形來加以分析。轉(zhuǎn)過 180度的位置后，由于電刷 A通過換向片仍與處在 N極下的元件邊相連，所以從空間上看， ia的方向不變，即從 A刷 dcbaB刷，電磁轉(zhuǎn)矩 Tem仍是逆時針方向，因此 n也不變，但是 ia相對元件 abcd來說，已經(jīng)改變了方向，所以直流電動機在運行時有一下幾個特點： （ a） (b) 圖 1 直流電動機工作模型 ① 電刷間外施電壓 U和外電流 I均為直流，通過換向片和電刷的作用，在每個電樞線圈內(nèi)流動的電流 ia變成了交流，同時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 e也是交流。然而，只有一個元件的電動機，其所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩是脈動的。對(1)式、 (2)式進行拉普拉斯變換便可得到直流電機轉(zhuǎn)速相對于輸入電壓的傳遞函數(shù)為 ： 5 第 1頁 ? ? ? ?? ? 21 1ea m a ms CHsU s T T s T s????? (3) (3)式中機械時間常數(shù) ae tRTJCC? ；電氣時間常數(shù) a aLT R? 。 電機輸出額定轉(zhuǎn)矩： ee ePM n? (9) 轉(zhuǎn)矩系數(shù) ： et eMC I? (10) 電氣時間常數(shù)： aa aLT R? (11) 機械時間常數(shù) ： am etJRT CC? (12) 4 直流 電動機調(diào)速系統(tǒng)工作原理 直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 , 它由微機數(shù)字控制器 CNC、數(shù)字變頻器、整流器、直流電機和傳感器組成。 PID 控制器參數(shù)整定，是指在控制器規(guī)律己經(jīng)確定為 PID 形式的情況下，通過調(diào)整 PID控制器的參數(shù)，使得由被控對象、控 制器等組成的控制回路的動態(tài)特性，滿足期望的指標要求，達到理想的控制目標。 但從另一方面來講，控制算法的普及性也反映了 PID 控制器在控制品質(zhì)上的局限性。 傳統(tǒng)的 PID 控制算法 或是依賴于對象模型，或是易于陷入局部極小，因此存在一定的應(yīng)用局限性，且難以實現(xiàn)高性能的整定效果，常常超調(diào)較大、調(diào)整時間較長、誤差指標過大等。按照 PID的控制方式又分為模擬 PID 控制算法和數(shù)字 PID 控制算法。對于一些非線性復(fù)雜對象 , PID 控制器大多數(shù)采用了近似描述和線性化 原理 , 但其最終的模型表示形式應(yīng)該是確定的 , 而且利用它能夠容易地得到精確定量解。 圖 3 PID 控制系統(tǒng)的原理圖 PID 控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值 r(t)與實際輸出值 y(t)構(gòu)成控? ? ? ? ? ?e t r t y t?? (13) 將偏差的比例 (P),積分 (I)和微分 (D)通過線性組合構(gòu)成控制量對被控對象進行控制，故又稱 P