直流电动机PID控制的仿真研究

直流电动机PID控制的仿真研究

直流电机长期以来都在调速系统领域占据主导地位，在磁场一定的条件下，转速和电枢电压成正比，转矩容易被控制，同时具有良好的启动性能。在分析直流电机主要性能指标的基础上，提出了通过Matlab对直流电机模型进行仿真，分析系统参数是否满足设定要求的方法。

标签：直流电机; PID;仿真

中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：16723198（2012）14018102

0 引言

长期以来，直流电机被广泛应用于调速系统中，而且一直在调速系统领域占居主导地位，这主要是因为直流电机不仅调速方便，而且在磁场一定的条件下，转速和电枢电压成正比，转矩容易被控制；同时具有良好的启动性能，能较平滑和经济地调节速度。因此采用直流电机调速可以得到良好的动态特性。本文在分析直流电机主要性能指标，如设定时间，超调量，稳态误差，上升时间，调整时间，等等。以及控制方法的PID控制，即通过控制比例、积分、微分参数分析系统的稳态曲线，并且在这个基础上提出了通过Matlab对直流电机模型进行仿真，分析系统参数是否满足设定要求的方法。

1 直流电机调速方法简介

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。20世纪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。

直流电机的转速n和其他参量的关系可表示为：

n=Ua-IaRaCEφ上式中：

Ua-电枢端电压(V)；

Ia-电枢电流(A)；

Ra-电枢电路总电阻(Ω)；

φ-励磁磁通(wb)；

CE-电势系数。CE=pN60a，p为电磁对数，a为电枢并联支路数，N为导体数。

综上所述可以看出，式中Ua、Ra、φ三个参量都可以成为变量，只要改变其中一个参量，就可以改变电动机的转速