数字PID闭环直流电机调速控制系统.pdf
PID闭环直流电机调速控制系统
目录
一、摘要
1.系统简介
2.MATLAB简介
二、系统设计
1.系统概述
2.直流电机的速度控制方案
3.速度设定值和电机转速的获取
4.非线性变速积分的PID算法
4.1PID算法的数字实现
4.2经典PID算法的积分饱和现象
4.3变速积分的PID算法
4.4非线性变速积分的PID算法
5.计算机控制仿真及分析
5.1实验仿真步骤以及理论分析：
5.2系统仿真结论以及分析
三、总结
四、参考文献
摘要
系统简介
数字PID闭环直流电机调速控制系统是将电能转换成机械能的装置，它主
要包括有调速系统、位置随动系统（伺服系统）、张力控制系统、多电机同步
控制系统等多种类型。而各种系统又往往都是通过控制转速来实现的，因此选
用PID控制器作为转速控制器是本系统的重要措施。直流电动机具有良好的
起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电
力拖动领域中得到广泛应用。晶闸管问世后，生产出成套的晶闸管整流装置，
组成晶闸管—电动机调速系统（简称V-M系统），它相比于旋转变流机组及离
子拖动变流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也
显示出较大的优越性。在分析了直流电机闭环速度控制方案的基础上,针对PID
算法在直流电机应用中出现的种种问题,给出了相应的解决方法，提出了非线性
变速积分PID算法,成功地解决了在低采样周期时PID算法的积分饱和问题。
本课程设计为V-M双闭环不可控直流调速系统设计，报告首先根据设计要
求确定调速方案和主电路的结构型式，然后对电路各元件进行参数计算，包括
整流变压器、整流元件、平波电抗器、保护电路以及电流和转速调节器的参数
确定。进而对双闭环调速系统有一个全面、深刻的了解。
MATLAB简介
在1980年前后，美国的Cleve博士在NewMexico大学讲授线性代数课程
时，发现应用其它高级语言编程极为不便，便构思并开发了Matlab（MATrix
LABoratory，即矩阵实验室），它是集命令翻译，科学计算于一身的一套交互
式软件系统，经过在该大学进行了几年的试用之后，于1984年推出了该软件的
正式版本，矩阵的运算变得异常容易。
MATLABSGI由美国MathWorks公司开发的大型软件。在MATLAB软件中，包
括了两大部分：数学计算和工程仿真。其数学计算部分提供了强大的矩阵处理
和绘图功能。在工程仿真方面，MATLAB提供的软件支持几乎遍布各个工程领
域，并且不断加以完善。本文通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由
运算放大器组成的调节器、晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块
的理论分析，比较开环系统和闭环系统的差别，比较原始系统和校正后系统的
差别，得出直流电机调速系统的最优模型。然后用此理论去设计一个实际的调
速系统，并用MATLAB仿真进行正确性的验证。
系统设计
1.系统概述
直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多
需要调速或快速正反向的电力拖动领域得到了广泛的应用。采用PI调节的转速
单环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果
对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动，突加负载动态速降小等
等，单环系统就难以满足要求。这主要是因为在单环系统中不能随心所欲地控
制电流和转矩的动态过程。
对于经常正反转运行的调速系统，例如龙门刨床、可逆轧钢机等，尽量缩
短起制动过程时间是提高生产率的重要因素。为此，在电机最大允许电流和转
矩受限制的条件下，应该充分利用电机的过载能力，最好是在过渡过程中始终
保持电流为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，达到稳态转
速是立即使电