基于PID的电机控制系统设计与仿真(4)

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三十多年来，直流调速系统经历了巨大的改革。首先，实现了整流装置器件的更新换代，以PWM调速系统取代了使用已久的直流发电机—电动机组以及其他整流装置，使直流电机调速完成了一次较大的飞跃。同时控制电路也实现了高度集成化，应用范围不断扩大。但是，由于直流电机本身所拥有的特性，调速曲线平滑，理论上可以实现转速从0到无穷的变化，调速范围广，精度也高，所以对绝大多数调速要求比较高的场合，一般都会选择相应的直流电机来进行调速和拖动。

1.3 相关的研究和进展

由于直流调速的重要性和它广泛的适用性，国内外都对此类调速系统进行了很多相关的研究，但是由于技术的原因，国内的研究和使用还远远比不上国外。

（1）国外的发展情况

由于国外对此类直流调速系统进行了多达半个多世纪的研究，所以，目前来说，好多的厂家都能够生产这些控制器，尤其在20世纪80年代的时候，由于电力电子技术的发展，对直流电机调速的研究达到了一个新的高度。并且对相应的算法进行了很多的研究。

近几年来，国外的各大公司纷纷推出称为DSP单片机电机控制器，而这类控制器价格低廉、结构紧凑、体积缩小、使用便捷、可靠性高。

（2）国内的发展情况

由于国内的环境所致和改革开放的时间比较晚，我们接触这类的器件比较晚，所以目前的发展还是远远比不上国外的同行们。相关的技术不是很成熟，很多尖端的技术还没有得到应用。

现在国内的很多科研机构和相关厂家以及院校等等都在研制这方面的技术，相信不久的将来会出现国产化的一天。国家也对此项目有很大的支持，这些都将造福与国内的市场以及需求。

1.4 本文的研究内容

一般的工业应用中，我们需要对电动机的转速进行控制，有的需要电动机工作比较平稳，转速稳定，比如说：电梯和输送带等等，有的需要电动机能够频繁的起动和停止，比如轧钢机，锻压机等，还有的需要电机能够不断的变化转速，比如说金属加工的机床等。

我们对于系统转速控制的要求有稳态、调速、加减速等方面，而在工业生产中对于后两种都已经能够很好的进行控制，但在实际应用中稳态调速指标却往往不能够达到预期的效果，但是，由于环境和自身条件的影响，对于实现电动机稳态的运行，存在一定的难题，因为，在不加任何控制器的情况下，我们很难实现这个目标。源`自·优尔.文/论:文'网,www.youerw.com

本文讲的是用PID控制器实现对直流电机的控制。具体办法是这样的，先设定这个直流电动机转速为一个恒定值，然后输入PID控制器，输出后的结果输入PWM脉冲宽度调制装置进行调制之后，输出电压，送入电动机，使电动机按照所需要的转速运行，当有干扰的时候，反馈系统所传送至比较器的实际数值和所设定的数值会有一个差值，而PID控制器就会对这些差值进行分析，然后用控制器的比例（P）、积分（I）、微分（D）的三个环节，看需要哪个，哪个环节就会进行控制作用，然后控制PWM的输出电压，改变了电动机的转速，如此反复，知道实际转速和设定转速相同时，控制器停止输出，则对电动机的调速停止。

2直流电机的调速的理论分析

2.1 直流电机的调速原理

所示电枢电压为，电枢电流为，电枢回路总电阻为 ,电机常数，励磁磁通量是。根据KVL方程：电机转速可知,其中，对于极对数p，匝数为N，电枢支路数为a的电机来说：电机常数是固定的,意着电机的参数确定后，该值是无法改变的。而在中，由于仅为绕组电阻，一般来说不会太大，导致非常小，所以约等于。由公式可以看出，当我们改变电压，则电机转速随之就改变了。