直流電機(jī)PID控制與仿真

1、長春大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙長春大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書題目名稱直流電機(jī)速度 PID控制與仿真院（系）電子信息工程學(xué)院專業(yè)（班級(jí)）自動(dòng)化13403學(xué)生姓名張華挺指導(dǎo)教師曹福成起止日期 2016.10.24 2016.11.04直流電機(jī)速度PID控制與仿真摘要： 在本次課程設(shè)計(jì)中重點(diǎn)研究直流電機(jī)的工作原理以及直流電機(jī)的各種 調(diào)速方法。在調(diào)速控制中，我們包含兩個(gè)大的部分，一個(gè)是直流電機(jī)的開環(huán)控 制，另一個(gè)是直流電機(jī)的閉環(huán)控制，在直流電機(jī)的閉環(huán)控制中，又分別介紹轉(zhuǎn) 速閉環(huán)控制和PID閉環(huán)控制，并且對(duì)直流電機(jī)的每個(gè)模型進(jìn)行建模并仿真，觀 察其動(dòng)態(tài)性能，分析研究直流電機(jī)的各個(gè)控制的優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞：直流電動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)速控制；

2、PID控制；Matlab仿真線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

3、 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

4、control; Matlab simulation目錄第一章 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理及基本結(jié)構(gòu) 11.1 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)11.2 直流電機(jī)的基本工作原理11.3 本章小結(jié)2第二章直流電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)仿真32.1 Matlab 簡介32.2 直流電機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型32.4 本章小結(jié)6第三章直流電機(jī)PID控制 73.1 PID控制簡介73.2 比例（P）調(diào)節(jié)特性 7裝3.3 比例積分（PI）調(diào)節(jié)特性 83.4 比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)特性 83.5 PID的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 93.7 本章小結(jié)13訂總結(jié)14參考文獻(xiàn)15長春大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙第一章直流電動(dòng)機(jī)的工作原理及基本結(jié)構(gòu)1.1 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)如下圖1-1所

5、示是直流電機(jī)的物理模型，由圖可以看出，直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 中有換向器、電刷，磁極和轉(zhuǎn)子，在實(shí)際直流電機(jī)中，還包括機(jī)座和端蓋，換 向磁極、主磁極、機(jī)座和端蓋，電刷裝置組成電機(jī)的定子，電樞繞組、電樞鐵 心、轉(zhuǎn)軸、軸承和換向器構(gòu)成電機(jī)的轉(zhuǎn)子。圖1-1直流電機(jī)模型圖中N、S為定子的磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線 圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子，我們又叫它電樞。線圈的a、d端連接到兩個(gè)相互絕緣的換向片上。換向片上面有不動(dòng)的電刷，電刷和轉(zhuǎn)子線圈與外電路 是連通的。1.2 直流電機(jī)的基本工作原理當(dāng)我們?cè)贏B相加上直流電壓源后，電流方向?yàn)?dcba,我們由楞次定律可 知，在N上S下的情況下，電

6、樞有向左的力，是電樞向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)180 度時(shí)，由于換向器的作用，使電流的方向發(fā)生改變，電流方向?yàn)閍bcd,雖然電流方向發(fā)生改變，但是力的方向沒有發(fā)生改變，仍然是向左的，正因?yàn)槿绱耍?可以使電機(jī)一直朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)下去，但是由于轉(zhuǎn)子只有1個(gè)磁極的關(guān)系，在磁 場中的受力并不均勻，所以這樣的電機(jī)在轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)有明顯的震顫感覺，所以 實(shí)際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)實(shí)際需要有多個(gè)線圈。線圈分布在電樞鐵心表面 的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，當(dāng)線圈增加時(shí)，相應(yīng)的磁極也要增加。(1.1)直流電機(jī)是電能轉(zhuǎn)換裝置，它將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，當(dāng)電樞上有直流電通 過時(shí)，會(huì)在電樞繞組上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱為電樞電動(dòng)勢(shì)，電樞

7、電動(dòng)勢(shì)與電機(jī)轉(zhuǎn)速 成正比，表達(dá)式分別為：Ea =Ce：，n(1.2)U - IR n =Ke在上式中，n為直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、R為電樞電阻、Ke為電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)、 勵(lì)磁磁通（Wb）。我們可以看出，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電樞電壓、電樞電流和勵(lì)磁磁 通有關(guān)，當(dāng)電壓不變時(shí)，增大電樞電流，轉(zhuǎn)速 n就會(huì)下降，當(dāng)電樞電流不變時(shí)， 減小電樞電壓轉(zhuǎn)速n也會(huì)下降。1.3 本章小結(jié)我們從直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)中可以看出，直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝復(fù)雜，但 是直流電機(jī)相對(duì)節(jié)能，功率因素高，和交流電機(jī)相比，直流電機(jī)用的是直流電, 如今大多數(shù)用的電是交流的，所以在使用直流電機(jī)的時(shí)候需要交直轉(zhuǎn)換器，從 而增加了成本，最重要的是直流電機(jī)中存在換向

8、器，在換向器工作中會(huì)產(chǎn)生火 花，當(dāng)速度增大到一定的值后，換向器中的火花會(huì)形成環(huán)火，從而影響直流電 機(jī)的轉(zhuǎn)速，使不能轉(zhuǎn)的很快。但是直流電機(jī)獨(dú)特的工作方式使它的調(diào)速范圍廣、 帶負(fù)載能力大、震動(dòng)小、噪音低、通用性強(qiáng)、維護(hù)方便，而且直流電機(jī)對(duì)環(huán)境 的適應(yīng)能力強(qiáng)，可在有腐蝕等惡劣環(huán)境中工作，所以直流電機(jī)在我們生產(chǎn)生活 中也得到了廣泛的使用，研究直流電機(jī)控制不僅關(guān)系著國民生產(chǎn)，更是一種對(duì) 未知事物的探索。共15頁第15頁第二章直流電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)仿真2.1 Matlab 簡介現(xiàn)在我們用到最多的仿真軟件是 MATLAB ,它是由美國The MathWorks 公司編寫的一款數(shù)學(xué)軟件。它是一種可用于數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)

9、可視化、算法開發(fā) 以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境。除了可以進(jìn)行繪制、矩陣運(yùn) 算函數(shù)/數(shù)據(jù)圖像等常用功能外，還可以使用其它語言（包括C, C+和FORTRAN）編寫的程序。雖然MATLAB主要時(shí)用于數(shù)學(xué)上的數(shù)值運(yùn)算，但是由于它集成了很多的附 加工具箱使它也適合不同的領(lǐng)域，比如應(yīng)用在圖像處理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、 金融建模和分析、信號(hào)處理與通訊等。在建模仿真中，我們常用的是 Simulink, Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜 合分析的集成環(huán)境。我們可以在該環(huán)境中通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作構(gòu)造出復(fù)雜 的系統(tǒng)，而不需要很繁瑣的鍵盤鼠標(biāo)操作，基于

10、以上優(yōu)點(diǎn)，所以 Simulink已被 廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)領(lǐng)域。它具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)。2.2 直流電機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型通過上面的式子n=UIR,外加電壓由PWM控制，當(dāng)忽略品閘管的延遲 Ke時(shí)間，在額定勵(lì)磁下，直流電機(jī)的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖2-1所示。二，%/Ce|>圖2-1直流電機(jī)開環(huán)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖假設(shè)電機(jī)的各個(gè)參數(shù)為：額定電壓為560r/min,那么電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Un=220V,額定電流In=55A,空載轉(zhuǎn)速u nCe= =0.393V min/r,電樞總回路電阻 n10。R=1Q,當(dāng)放大系數(shù)Ks為22,

11、Uc二上為 ks圖2-2階躍信號(hào)模塊我們知道了直流調(diào)速系統(tǒng)中的各個(gè)參數(shù)后，打開Matlab,點(diǎn)擊圖上面的運(yùn)行按鈕，進(jìn)入Simulink操作窗口，從上面的仿真框圖中我們知道要有比例環(huán)， 在Simulink中，我們從 Math Operations組中找到Sum和Gain,這就是我們要 的比例和求和環(huán)，除此外，我們?cè)?Source中找到STEP,即階躍模塊，我們將 找到的模板拖入在Simulink中新建的窗口中，其中Scope1為階躍相應(yīng)，因?yàn)槲?們的Uc為10,雙擊Scope1,將10填入其中，得到如上2-2圖，Gain2為放大 環(huán)節(jié)，雙擊它，因?yàn)镵s為22,填入數(shù)據(jù)22,得到如下圖2-3所示。

12、圖2-3放大信號(hào)模塊因?yàn)槲覀兊碾姌须娮?R=1,所以Gain3里面填入1, Ce=0.393V min/r,我們打開Gain2,填入數(shù)據(jù)1/0.393,填入數(shù)據(jù)完成，我們將各個(gè)環(huán)節(jié)連接起來后就可以進(jìn)行仿真了。當(dāng)電樞電流Id=0,即不帶負(fù)載，我們得到轉(zhuǎn)速如下圖 2-4所示圖2-4直流電機(jī)轉(zhuǎn)速圖我們可以看出，點(diǎn)擊空載時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在560r/min左右。當(dāng)我們?cè)龃箅姌须娏鱅d=5時(shí)，進(jìn)行仿真，仿真圖如下圖2-5所示。圖2-5直流電機(jī)轉(zhuǎn)速圖我們可以看出這時(shí)候轉(zhuǎn)速下降到 547r/min左右，當(dāng)我們?cè)?-5S設(shè)置Id=10,5s后Id=20,仿真圖如圖2-6所示圖2-6 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速圖我們從圖上可以

13、看出，電機(jī)轉(zhuǎn)速為535下降到510,當(dāng)我們?cè)龃箅娏鲿r(shí)，轉(zhuǎn) 速下降很快。2.4本章小結(jié)通過我們對(duì)直流電機(jī)的學(xué)習(xí)，我們知道電機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)的電樞電流成反比 關(guān)系，在仿真過程中也印證了這一事實(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著電機(jī)的電流增大而下 降，然而電流的大小是和負(fù)載大小息息相關(guān)的，負(fù)載大電樞電流就大，負(fù)荷小 電樞電流就小，換句話說就是負(fù)載大轉(zhuǎn)速就小，負(fù)載小轉(zhuǎn)速就大，在直流電機(jī) 開環(huán)控制中，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降非?？欤?dāng)負(fù)載為零時(shí)，它與輸入電壓成正比，在 仿真圖中我們也可以明顯的看到這種現(xiàn)象，由于電機(jī)的這種隨負(fù)荷轉(zhuǎn)速降落很 快的特點(diǎn)，所以這種電機(jī)只能勝任對(duì)轉(zhuǎn)速?zèng)]有特別要求的工作中，但是在對(duì)轉(zhuǎn) 速要求很高的場合下就不適用了，

14、所以這種調(diào)壓控制方式只能在我們不需要直 流電機(jī)轉(zhuǎn)速要求很穩(wěn)定的情況下用到。但是，在很多的生產(chǎn)中，很多工藝都嚴(yán) 格要求電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，不然就會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成損失，所以我們急需找到一 種控制方式來替代傳統(tǒng)的調(diào)壓調(diào)速，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以保持穩(wěn)定。第三章 直流電機(jī)PID控制3.1 PID控制簡介PID調(diào)節(jié)即比例、積分、微分控制，這種調(diào)節(jié)器是將設(shè)定值與輸出值進(jìn)行 比較，通過比較得到的偏差值來進(jìn)行比例、積分和微分的控制它不僅用途廣泛、 使用靈活，而且使用中只需設(shè)定三個(gè)參數(shù)（Kp, Ti和Td）。在這三個(gè)參數(shù)中，我 們可以選取其中的一個(gè)或兩個(gè)參數(shù)來控制，但是比例控制單元是不可或缺的。 其次，PID參數(shù)較易整定

15、。也就是，PID參數(shù)Kp, Ti和Td可以根據(jù)過程的動(dòng)態(tài) 特性及時(shí)整定。如果過程的動(dòng)態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動(dòng) 態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定，PID調(diào)節(jié)的控制規(guī)律為：u(t) = Kpe(t)tTi小dtTDddr(3.1)其中Ti為積分時(shí)間常數(shù)，Kp為放大系數(shù)，Td為微分時(shí)間常數(shù)。3.2 比例（P）調(diào)節(jié)特性PID控制方法從誕生到現(xiàn)在已經(jīng)有 70多年的歷史，雖然過去了這么多年， 但是現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。因?yàn)?PID控制器結(jié)構(gòu)簡單易懂，在 參數(shù)整定過程中不需精確的算出參數(shù)值，而卻系統(tǒng)模型也多種多樣，因而成為 應(yīng)用最為廣泛的控制器。這個(gè)理論和應(yīng)用自動(dòng)控制的關(guān)鍵

16、是，做出正確的測(cè)量 和比較后，如何才能更好地糾正系統(tǒng)。PID調(diào)節(jié)器的類型有比例調(diào)節(jié)（P）、比例積分（PI）、比例積分微分（PID）,其中比例調(diào)節(jié)方程為：yo=Kpe（t）（3.2）傳遞函數(shù)為:G ( S) = KpK)%圖3-1比例控制響應(yīng)圖其相應(yīng)時(shí)間圖如上圖3-1所示，我們可以看出比例調(diào)節(jié)器對(duì)于偏差響應(yīng)速 度快，其控制的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)的 Kp的大小。只要有偏差出現(xiàn)，則系統(tǒng)就 會(huì)迅速的出現(xiàn)反饋值。從而響應(yīng)速度非?？?，雖然比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。3.3 比例積分(PI)調(diào)節(jié)特性其相應(yīng)時(shí)間圖如下圖圖3-2所示，我們可以從圖上看

17、出除了有按比例變化 懂得成分以外，還有累積的成分，這就是積分控制。«1 i圖3-2 比例積分控制響應(yīng)圖積分控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，只要偏差e不為零，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。它將通 過累計(jì)作用影響控制量u,并減小偏差，直至偏差為零，控制作用不在變化，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。它的表達(dá)式為：1 t”u = KP(e+J ed)t+u0(3.4)Ti 03.4 比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)特性其相應(yīng)時(shí)間圖如下圖3-3所示。我們可以看出，當(dāng)偏差 e變化的時(shí)候，響 應(yīng)有一個(gè)瞬間的沖擊響應(yīng)，這是由微分環(huán)節(jié)控制的，控制器的輸出與輸入誤差 信號(hào)的微分(即誤

18、差的變化率)成正比關(guān)系，它的控制規(guī)律為：1tde, _u = KP(e+ fedt+TD一) +u0(3.5)TI 動(dòng)dt微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢(shì)， 因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，微分控制可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,圖3-3比例積分微分控制響應(yīng)圖只要微分時(shí)間選擇合適，那么它不僅可以減少超調(diào)，還可以減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微 分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)反而會(huì)影響系統(tǒng)抗干擾能 力。因?yàn)槲⒎址磻?yīng)的是變化率的大小，所以當(dāng)輸入沒有變化時(shí)，微分作用的輸出為 零。所以微分作用不能單獨(dú)使用，需要和另其他兩種調(diào)節(jié)規(guī)律

19、相結(jié)合，組成PD或 PID控制器阻止偏差的變化，故微分作用的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩， 使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。3.5 PID的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型在PWM控制直流電機(jī)中，我們可以將變換器看做一個(gè)環(huán)節(jié)， 通過對(duì)PWM 變換器工作原理和波形的分析，我們不難得到，當(dāng)控制電壓改變時(shí)，PWM變換 器輸出平均電壓按線性規(guī)律變化，但是其響應(yīng)會(huì)有延遲，最大的時(shí)延是一個(gè)開 關(guān)周期T,所以其傳遞函數(shù)為。WS(s)=U-(S)=KseJsS(3.6Uc(s)其中Ts為PWM裝置的延遲時(shí)間，Ks為PWM裝置的放大系數(shù)；Ts< T0如 果開關(guān)頻率為20kHz時(shí)，T=0.05ms,但是在一般的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中， 這么

20、小的時(shí)間常數(shù)可以近似看成是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，因此，比例放大環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型為。WS(s) ：TsS 1根據(jù)PID調(diào)節(jié)的控制規(guī)律。我們知道PID調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為。一1 一一D(S) = Kp(1+TdS)(3NTS綜合上述我們可以得到比例積分微分控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖如3-4所示。V I圖3-4 PID直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖(3.10)Tm2GD2R375CeCm100.0 7 5(3.11)375 0.192 0.1 9 2假設(shè)一直流電機(jī)各個(gè)參數(shù)為：額定電壓Un=220V,額定電流In=55A,額定轉(zhuǎn)速nN=1000r/min,電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù) Ce=0.192V min/r,系統(tǒng)慣量GD

21、2=10,晶閘 管放大系數(shù)Ks=44,滯后時(shí)間常數(shù)為Ts=0.00167s,電樞總回路電阻 R=1Q,電 感L=1.67,轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a = 0.01V min/r。則電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)和機(jī)電時(shí) 問常數(shù)分別為：L 0.0 0 1 6 7Tl = = =0.0 0 1 6 7我們知道了直流調(diào)速系統(tǒng)中的各個(gè)參數(shù)后，打開Matlab,進(jìn)入Simulink模塊，從上面的仿真框圖中我們知道要有比例環(huán)，積分環(huán)，微分環(huán)，在 Simulink 中，我們從 Math Operations組中找至U Sum和 Gain,在 Continuous中找至U Transfer Fcn和Intergrator這幾個(gè)就是

22、我們要的比例積分和微分環(huán)，除此外，我們?cè)赟ource 中找到STEP,即階躍模塊，我們將找到的模板拖入在 Simulink中新建的窗口中， 然后我們將各個(gè)參數(shù)都輸入到各自對(duì)應(yīng)的環(huán)節(jié)后，假設(shè)電機(jī)為理想空載時(shí)，即 Idl=0,我們將數(shù)據(jù)全都填入到模塊中后，整理連線后我們得到如下圖3-5所示的一個(gè)完整的系統(tǒng)。圖3-5 Simulink控制參數(shù)對(duì)話框我們將Kp設(shè)置為0.56, 1/ r =11.43d=0.001,完后點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，雙擊Scope 示波器，我們可以得到如下圖3-6仿真框。圖3-6 Simulink仿真結(jié)果從圖上可以看出，當(dāng)Kp設(shè)置為0.56, 1/ p =11.43,系統(tǒng)在運(yùn)行一段時(shí)間

23、后 穩(wěn)定，其中速度穩(wěn)定在1000r/min,電流穩(wěn)定在0位置上，但是在起始位置上，我 們看出速度有超調(diào)，電流也不穩(wěn)定，有 0以下的量出現(xiàn)，但是響應(yīng)速度快。所 以這個(gè)參數(shù)是不符合要求的,Matlab 一個(gè)做大的優(yōu)點(diǎn)就是可以隨意的改變調(diào)機(jī) 器的參數(shù)，在改變參數(shù)時(shí)我們遵循的規(guī)則是先調(diào)節(jié)比列環(huán)節(jié)，然后積分環(huán)節(jié)， 最后微分環(huán)節(jié)，如果曲線有超調(diào)的話，我們就要將比例參數(shù)減小，當(dāng)曲線偏離 回復(fù)慢，那么積分時(shí)間參數(shù)就要減小，當(dāng)曲線震蕩頻率快時(shí)，就得把微分參數(shù)降下來，我們知道，轉(zhuǎn)速開始的時(shí)候有超調(diào)，當(dāng)我們將調(diào)節(jié)器的參數(shù)Kp設(shè)置為0.8, 1/ p =15繼續(xù)上述過程，得到如下圖 3-7所示。圖3-7 Simuli

24、nk仿真結(jié)果得到圖3-8如下圖3-8 Simulink仿真結(jié)果裝通過圖我們看出，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速相應(yīng)超調(diào)很大，著也證明了上述的結(jié)論，但是響應(yīng)時(shí)間很短，也就是說比例參數(shù)越大，響應(yīng)速率也就越快，這和穩(wěn)定性是相互矛盾的，也不是我們預(yù)期的結(jié)果，這時(shí)候，我們將調(diào)節(jié)器的參數(shù)Kp設(shè)置為0.25, 1/ r= 3繼續(xù)上述過程，訂我們可以看出，此時(shí)系統(tǒng)無超調(diào)，響應(yīng)時(shí)間也很快，當(dāng) PID控制中，電機(jī) 帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，是否也會(huì)具有穩(wěn)定性呢？下面我們通過 Matlab來進(jìn)行電機(jī)的帶 負(fù)荷運(yùn)行仿真，當(dāng)電樞電流為10時(shí)，仿真圖如下圖3-9所示。圖3-9 Simulink仿真結(jié)果和上面空載時(shí)比較，我們發(fā)現(xiàn)負(fù)載和空載時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)]有變

25、，只是達(dá)到 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的時(shí)間不一樣，其中有一個(gè)轉(zhuǎn)速的下降過程。裝3.7本章小結(jié)在本章節(jié)中，我們對(duì)PID控制原理進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并且我們對(duì) PID控制 進(jìn)行了仿真，在仿真過程中我們可以看出 PID控制方式比開環(huán)直流電機(jī)控制和 訂轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制相比有著明顯的優(yōu)勢(shì)，在系統(tǒng)的穩(wěn)定性上面，直流開環(huán)控制不穩(wěn)定，它的轉(zhuǎn)速不僅會(huì)隨著負(fù)載變化而變化，它還會(huì)被外部的擾動(dòng)所干擾，這 種控制方式穩(wěn)定性極差，無法滿足日益發(fā)展的變化趨勢(shì)；在轉(zhuǎn)速控制中，靜差率RIdRId心公式為皿=一,比起開環(huán)控制方式 小叩=旦 來說，轉(zhuǎn)速控制在穩(wěn)定性方線Ce(1 K)Ce面由比開環(huán)控制要好29。但是我們不能完全消除誤差，要想轉(zhuǎn)速控制誤差為零 只有當(dāng)比例增益KQ時(shí)才會(huì)使誤差為零，但是現(xiàn)實(shí)是不可能的；然而在 PID控 制中，比例參數(shù)可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度，但是系統(tǒng)調(diào)節(jié) 精度越高也會(huì)使系統(tǒng)更容易產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象，加入了積分和微分環(huán)節(jié)后，由于有 積分環(huán)節(jié)，會(huì)對(duì)誤差進(jìn)行積分，如果積分參數(shù)過大，也會(huì)使響應(yīng)在初期變大， 使系統(tǒng)在開始時(shí)候產(chǎn)生超調(diào)，另外在系統(tǒng)中，微分控制可以抑制偏差向任何方 向的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)系統(tǒng)有一個(gè)提前的預(yù)見性，最終使 PID控制方式達(dá)