文档介绍：1 直流电机的调速系统设计系部名称: 电气自动化学院学生姓名: 专业名称: 自动化班级:自动 0804 时 间: 2010 年 12月5日至 2010 年 12月 17日直流电机的闭环调速系统设计一、设计要求利用 PID 控制器、光电传感器及 F/V 转换器设计直流电机的闭环调速系统。二、设计方案分析器材:电路板、 PID 控制器、小型直流电机、 LM331 、 ST151 各一片 2 电阻、电容若干、导线、 LM324 若干原理框图: 输入输出减 PID 控制器直流电机 F/V 转换器 Lm331 光电传感器 ST151 注: ,作为共同输入,通过 PID 控制器调节,驱动电机工作。 2. 电动机转动叶轮,叶轮通过转动在光电传感器处产生脉冲信号并输入给 F/V 转换器; F/V 转换器将频率信号转换为电压信号,将此作为反馈信号然后通过 PID 控制器对输出电压进行校正。四、硬、软件设计及背景知识介绍 PID 比例积分微分控制器 1、 PID 控制器的简单介绍 PID 是比例 P(Proportional) 、积分(Integral) 、微分 D(Differential or Derivative) 控制的简称。在 PID 调节器作用下,我们可以对误差信号分别进行比例、积分、微分控制,调节器的输出作为被控对象的输入控制量。 PID 调节器的传递函数和电路连接如下图所示,在式中, Kp 为比例增益, Ti 为积分时间, Td为微分时间。 PID 传递函数: PID 电路连接: 3 2、 PID 控制器参数的确定 PID 控制是比例、积分、微分控制的总体,而各部分的参数 K P、T I、 T D大小不同则比例、微分、积分所起作用强弱不同。在工业过程控制中如何把三参数调节到最佳状态需要深入了解 PID 控制中三参量对系统动态性能的影响。以单闭环调速系统为例,讨论各参量单独变化对系统控制作用的影响。在讨论一个参量变化产生的影响时,设另外两个参量为常数。 PID 参数对系统的影响: 4 通过仿真 PID 控制器参数确定如下 K P =20 T I = T D = PID 参数的确定的详细步骤: 见附件《基于 MATLAB 仿真下 PID 参数整订》 LM324 放大器 LM324 为四运放集成电路,它采用了14脚双列直插塑料进行封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互单独。每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示,它有 5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“ V+ ”、“ V-”为正、负电源端,“ Vo ”为输出端。两个信号输入端中, Vi- (-)为反相输入端,表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相反; Vi+ (+)为同相输入端,表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。 LM324 引脚排列见图。5 L m324 管脚图在电路设计时,将F/V 转换器 LM331 输出的电压反馈信号经 Lm324 放大反馈到电路中; 4和11管脚分别接+12V,-12V 电源。光电转换器 ST151 光电转换器 ST151 是单光束直射取样式光电传感器,采用高发射功率红外光电二极管和复合晶体管组成,性能可靠;体积小,, IC卡电度表等各种需测量计数的场合。 ST151 实物图 ST151 内部结果图在本实验中,当电机驱动转动叶轮时,通过光电传感器将光信号转换为具有一定频率的脉冲信号,再将该脉冲信号传送给 F/V 转换器 LM313 。频率-电压变换器 LM331 LM331 是美国 NS 公司生产的性能价格比比较高的集成芯片。它是当前最简单的一种高精度 V/F 转换器、A/D 转换器、线性频率调制解调、长时间积分器以及其它相关的器件。 LM331 双列直插式 8引脚芯片,其引脚框图如图 1所示。 6 Lm331 逻辑框图 Lm331 各引脚功能说明如下: 脚1 为脉冲电流输出端, 内部相当于脉冲恒流源, 脉冲宽度与内部单稳态电路相同;脚2为输出端脉冲电流幅度调节,RS 越小,输出电流越大; 脚3 为脉冲电压输出端,OC 门结构, 输出脉冲宽度及相位同单稳态, 不用时可悬空或接地;脚4为地;脚5为单稳态外接定时时间常数 RC; 脚6 为单稳态触发脉冲输入端, 低于脚 7 电压触发有效, 要求输入负脉冲宽度小于单稳态输出脉冲宽度 Tw; 脚7为比较器基准电压,用于设置输入脉冲的有效触发电平高低; 脚8为电源 Vcc ,正常工作电压范围为 4~40V 。线性度好,%, 工作频率低到 时尚有较好的线性; 变换精度高数字分辨率可达 12位;外接电路简单,