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无刷直流电机PID控制器simulink仿真模块参数设置的问题
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新手, 积分 5, 距离下一级还需 45 积分
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&&小弟最近在做一个无刷直流电机PID速度控制仿真，仿真模块的搭建如下：
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模块整体图
21:53 上传
其中电流迟滞控制器及电压逆变模块的具体仿真参数如何设置不是很懂，求大侠指教！
2.png (34.32 KB, 下载次数: 513)
21:55 上传
这个是电压逆变模块，主要是那个IGBT部分不知道怎么处理还有
3.png (41.42 KB, 下载次数: 557)
21:56 上传
里面的电流跟随器的宽度HB怎么确定不明白。
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:victory:哥自己全解决了
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gswanybz123 发表于
哥自己全解决了
你好，能够说一下你是怎么解决的吗？
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你好 本人是学生 现在在做毕业论文 在做PID控制的直流无刷电机&&现在一头雾水 没有眉目 能不能指教一二？万分感谢。。。。。。:'(
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我就是我3 发表于
你好，能够说一下你是怎么解决的吗？
你好，求助！本人在校学生，正在研究这一块，不懂的太多。希望能赐教。我的QQ
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哥呀，真的需要你这个模型啊，行行好啊您qq
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能不能给你的模型分享下，
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gswanybz123 发表于
哥自己全解决了
小弟初学，能不能分享下？不胜感激！！！
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新手请教，能否用S函数编写BLDCM模型，我现在在做，出现很多问题主要是电机6个状态工作的换向问题，想问一下楼主对电机留个状态换向过程是怎么解决的？
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自动控制（4）
经典PID控制及应用体会总结
PID控制原理
PID是一种线性控制器，它根据给定值rin(t)与实际输出值yout(t)构成控制方案：
重点关注相关算法是如何对偏差进行处理的：
PID控制器各校正环节的作用如下：
比例环节： 成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。
积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数T，T越大，积分作用越弱，反之则越强。
微分环节：反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。
PID控制算法分类
位置式PID控制算法
原理及公式化描述
按模拟PID控制算法，以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t，以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，即：
可得离散表达式：
式中，ki=kp/Ti,kd=kp×TD, T为采样周期，K为采样序号，k=1, 2, ……, e (k-1)和e (k)分别为第(k-1)和第k时刻所得的偏差信号。
位置式PID控制系统
本方法可实现D/A及A/D的功能，符合数字实时控制的真实情况，计算机及DSP的实时PID控制都属于这种情况。
增量式PID控制算法
当执行机构需要的是控制量的增量（例如驱动步进电机）时，应采用增量式PID控制。根据递推原理可得：
增量式PID的算法：
积分分离PID控制算法
在普通PID控制中，引入积分环节的目的主要是为了消除静差，提高控制精度。但在过程的启动、结束或大幅度增减设定时，短时间内系统输出有很大的偏差,会造成PID运算的积分积累，致使控制量超过执行机构可能允许的最大动作范围对应的极限控制量，引起系统较大的振荡，这在生产中是绝对不允许的。
积分分离控制基本思路是，当被控量与设定值偏差较大时，取消积分作用，以免由于积分作用使系统稳定性降低，超调量增大；当被控量接近给定量时，引入积分控制，以便消除静差，提高控制精度
具体实现的步骤是：
1、根据实际情况，人为设定阈值ε＞0；
2、当∣e (k)∣＞ε时，采用PD控制，可避免产生过大的超调，又使系统有较快的响应；
3、当∣e (k)∣≤ε时，采用PID控制，以保证系统的控制精度。
体现的思想就是分段控制
积分分离控制算法可表示为：
式中，T为采样时间，β项为积分项的开关系数
其算法流程：
抗积分饱和PID控制算法
积分饱和现象
所谓积分饱和现象是指若系统存在一个方向的偏差，PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而导致u(k)达到极限位置。此后若控制器输出继续增大，u(k)也不会再增大，即系统输出超出正常运行范围而进入了饱和区。一旦出现反向偏差，u(k)逐渐从饱和区退出。
　进入饱和区愈深则退饱和时间愈长。此段时间内，系统就像失去控制。这种现象称为积分饱和现象或积分失控现象。
执行机构饱和特性：
抗积分饱和算法
　　在计算u(k)时，首先判断上一时刻的控制量u(k-1)是否己超出限制范围。若超出，则只累加负偏差；若未超出，则按普通PID算法进行调节。
这种算法可以避免控制量长时间停留在饱和区。
梯形积分PID控制算法
在PID控制律中积分项的作用是消除余差，为了减小余差，应提高积分项的运算精度，为此，可将矩形积分改为梯形积分。
梯形积分的计算公式为：
变速积分PID控制算法
变速积分的基本思想是，设法改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应：偏差越大，积分越慢；反之则越快，有利于提高系统品质。
设置系数f(e(k))，它是e(k)的函数。当∣e(k)∣增大时，f减小，反之增大。变速积分的PID积分项表达式为：
系数f与偏差当前值∣e(k)∣的关系可以是线性的或是非线性的，例如，可设为：
变速积分PID算法为：
这种算法对A、B两参数的要求不精确，参数整定较容易
不完全微分PID控制算法
在PID控制中，微分信号的引入可改善系统的动态特性，但也易引进高频干扰，在误差扰动突变时尤其显出微分项的不足。若在控制算法中加入低通滤波器，则可使系统性能得到改善
不完全微分PID的结构如下图。左图将低通滤波器直接加在微分环节上，右图是将低通滤波器加在整个PID控制器之后
不完全微分算法：
Ts为采样时间，Ti和Td为积分时间常数和微分时间常数，Tf为滤波器系数。
微分先行PID控制算法
微分先行PID控制的特点是只对输出量yout(k)进行微分，而对给定值rin(k)不进行微分。这样，在改变给定值时，输出不会改变，而被控量的变化通常是比较缓和的。这种输出量先行微分控制适用于给定值rin(k)频繁升降的场合，可以避免给定值升降时引起系统振荡，从而明显地改善了系统的动态特性。
结构图如下：
带死区的PID控制算法
在计算机控制系统中，某些系统为了避免控制作用过于频繁，消除由于频繁动作所引起的振荡，可采用带死区的PID控制算法，控制算式为：
式中，e(k)为位置跟踪偏差，e0是一个可调参数，其具体数值可根据实际控制对象由实验确定。若e0值太小，会使控制动作过于频繁，达不到稳定被控对象的目的；若e0太大，则系统将产生较大的滞后。
控制算法流程：
具体接触到实际中的应用有过两次的体会：
一是利用数字PID控制算法调节直流电机的速度，方案是采用光电开关来获得电机的转动产生的脉冲信号，单片机（MSP430G2553）通过测量脉冲信号的频率来计算电机的转速（具体测量频率的算法是采用直接测量法，定时1s测量脉冲有多少个，本身的测量误差可以有0.5转加减），测量的转速同给定的转速进行比较产生误差信号，来产生控制信号，控制信号是通过PWM调整占空比也就是调整输出模拟电压来控制的（相当于1位的DA，如果用10位的DA来进行模拟调整呢？效果会不会好很多？），这个实验控制能力有一定的范围，只能在30转/秒和150转/秒之间进行控制，当给定值（程序中给定的速度）高于150时，实际速度只能保持在150转，这也就是此系统的最大控制能力，当给定值低于30转时，直流电机转轴实际是不转动的，但由于误差值过大，转速会迅速变高，然后又会停止转动，就这样循环往复，不能达到控制效果。
根据实测，转速稳态精度在正负3转以内，控制时间为4到5秒。实验只进行到这种程度，思考和分析也只停留在这种深度。
二是利用数字PID控制算法调节直流减速电机的位置，方案是采用与电机同轴转动的精密电位器来测量电机转动的位置和角度，通过测量得到的角度和位置与给定的位置进行比较产生误差信号，然后位置误差信号通过一定关系（此关系纯属根据想象和实验现象来拟定和改善的）转换成PWM信号，作为控制信号的PWM信号是先产生对直流减速电机的模拟电压U，U来控制直流减速电机的力矩（不太清楚），力矩产生加速度，加速度产生速度，速度改变位置，输出量是位置信号，所以之间应该对直流减速电机进行系统建模分析，仿真出直流减速电机的近似系统传递函数，然后根据此函数便可以对PID的参数进行整定了。
两次体会都不是特别清楚PID参数是如何整定的，没有特别清晰的理论指导和实验步骤，对结果的整理和分析也不够及时，导致实验深度和程度都不能达到理想效果。
以后的学习要保持咬定青山不放松的劲头，不把一件事情弄透彻绝不放手！PID控制的学习可以继续进行，看看如何通过仿真来更加深入的理解其过程。
实际上以上内容是日星期二那天我总结的技术报告，现在整理成博客，以供大家参考。
参考知识库
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二零零九年五月
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作者姓名：
入学时间： 2006
作者姓名：
入学时间： 2006
作作者者姓姓名名：： 袁海涛
入入学学时时间间：： 座机电话号码年99月
专业名称：
研究方向：
专业名称：
研究方向：
专专业业名名称称：：控制理论与控制工程 研研究究方方向向：： 计算机控制与仿真
指导教师：
指导教师：
指指导导教教师师：：
称称：： 教
论文提交日期：2009
论文提交日期：2009
论论文文提提交交日日期期：：座机电话号码年55月
论文答辩日期：2009
论文答辩日期：2009
论论文文答答辩辩日日期期：：座机电话号码年66月
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正在加载中，请稍后...基于实测参数的直流电动机建模与PID控制设计
2014年微型机与应用第16期
作者：黄 瑞1，丁志中1，2，时慧晶3
　　摘 &要： 采用的实测参数建立直流电动机的模型；提出了系统框图，并给出了该电动机的离散时间PI转速控制器和PD器；通过MATLAB/Simulink仿真实验，分析所设计系统在电动机空载和有载时的性能。实验表明，所设计的控制器具有良好的动态性能，对于电动机的负荷变化具有很强的鲁棒性。同时对面向实际应用的PID控制设计问题，进行了相应的分析和讨论。　　关键词： PID控制；直流电动机；；；位置控制　　电动机转速和位置的控制是汽车、挖掘机等机械系统中最常见的控制问题。人们已经提出了若干现代控制方法和算法，例如自适应控制、模糊控制、预测控制、专家控制、神经网络控制等[1－3]。然而，实践和实验表明，在实际产品的研发中，PID控制因其出色的适应性、有效性和鲁棒性等特点，仍是研发者的首选控制方法。可以说，PID是历史最久、生命力最强的控制方式　　在阐述PID方法的文献中[4-5]，一般采用图1所示的典型控制系统框图，但是在实际系统的PID控制设计中，直接应用图1是有问题的。面向实际应用的PID控制问题，应该采用图2所示的系统方框图进行设计。　　本文依据某公司一款直流电动机的实测参数建立电动机的连续时间数学模型，采用图2所示的控制系统框图设计该电动机转速和位置的离散时间PID控制器，通过仿真实验分析所设计系统的控制性能，并对设计中的有关问题进行分析和讨论。1 建模和PID控制设计　　1.1 直流电动机的连续时间模型　　假定转子和轴都是刚性的。直流电动机的等效电路和机械参量如图3所示，其中R和L分别为电机的等效电阻和电感，e是电机的反电势，是电机的角速度，T是电机的转矩，b是机械系统阻尼率，J是电机的转动惯量。电动机转矩T正比于电流，反电动势e正比于电动机角速度，即有[4]：　　　　其中，Kt和Ke分别为电枢常数和电动势常数，在国际单位制下两者相等，即：　　Kt=Ke=K（3）　　根据Kirchhoff定律和Newton定律，结合式（1）、式（2），由图3可得直流电动机所满足的方程为：　　　　式（8）即为转角位置控制下直流电动机的连续时间模型。当考虑速度控制时，系统输出是d?兹/dt，因此速度控制下电动机的模型为：　　　　其中电机的实验室实测参数为：电阻R=4 ，电感L= &2.75×10-6 H，电动势常数K=0.027 4 Nm/Amp，机械阻尼率b=3. Nms，转动惯量J=3. kg·m2/s2。上述参数分别代入式（8）和式（9）后得：　　　　1.2 连续时间PID控制　　图1中PID控制的输入输出关系为：　　　　其中，Kp、Ki、Kd分别为比例、积分和微分增益。由式（12）可得PID控制器的系统函数为：　　　　本文设计采用图2所示系统，其中的电机控制特性单元将位置或转速误差相关信息u（t）转换为电机控制电压v（t）。　　当将电机用式（8）或式（9）的数学模型表示时，电机是一个线性系统，其控制特性可以通过对阶跃响应的分析确定，通常为一个比例环节，即有：　　　　设计的关键问题就是根据被控对象确定Kp、Ki、Kd和Kv，使得闭环系统动态特性满足要求。　　1.3 电机转速PID控制设计　　在转速控制设计时，该电机的模型为系统函数Hs（s），Hs（s）的单位阶跃响应如图4所示。由图可知：　　（1）阶跃响应的稳态值[6]为y（∞）=sHs（s）=35.83 rad/s。考虑到在正常工作范围内，电机转速具有较好的线性控制特性，因此取：　　Kv0.02791 V（16）　　（2）该电机的稳定时间约为115 ms。　　转速控制的设计要求：（1）闭环系统阶跃响应无超调振荡；（2）闭环系统阶跃响应的稳定时间小于40 ms；（3）闭环系统阶跃响应无稳态误差。　　本文对于转速采用PI控制，满足设计要求的各增益参数为Kv=0.027 91、Kp=5、Ki=275，稳定时间约为25 ms，阶跃响应曲线如图5中的实线所示。作为对比，图5同时还给出了开环系统的单位阶跃响应（虚线）和单纯P控制时的单位阶跃响应（点划线），可以看到动态性能得到有效的改善。　　1.4 电机转角PID控制设计　　在转角控制设计时，该电机的模型为Hp（s），其单位阶跃响应如图6所示。　　转角位置控制中，除稳定时间小于30 ms外，其他设计要求与速度控制类似。本文采用PD控制，所设计的增益参数为Kp=270、Kd=4.5，稳定时间约为20 ms，阶跃响应曲线如图7中的实线所示。作为对比，图7同时还给出了开环系统的单位阶跃响应（底部虚线）和单纯P控制时的单位阶跃响应（点划线）。可以看到微分环节对于消除过调量有着显著的作用。　　1.5 离散时间PID控制设计　　实现离散PID控制有多种方法[6]，这里采用双线性变换将前面的连续PID控制转换为离散PID控制。双线性变换公式为：　　　　实际应用中只需实现PID控制器的离散化。图8、图9分别为转速和转角控制下，离散闭环系统的单位阶跃响应，可以看到其特性满足要求。与式（19）和式（20）对应的离散PID计算公式分别为：　　us（n）=us（n-1）+5.1375e（n）-4.8625e（n-1）（21）　　up（n）=-up（n-1）+9270e（n）-8370e（n-1）（22）　　2 有载电机仿真实验　　当电机加载工作时，负载的变化会导致电动机扭矩的变化，从而引起电动机转速的变化。对于绝大多数电动机，扭矩和转速间的关系可以用图10所示的线性模型很好地近似，即：　　　　仿真中采用图11所示的系统进行有载模拟实验，图12~图13是有载仿真实验举例。其中，假定负载引起的转速变化范围为[-80，80]（rpm），n（t）是周期为0.5 s的对称三角波。图13是有载情况下电动机输出的转速。可以看到，即使负载导致转速有很大的变化（趋势），所设计的PI控制器仍然能有很好的转速控制作用。　　参考文献　　[1] 杨三青，王仁明，曾庆山.过程控制[M].武汉：华中科技大学出版社，2008.　　[2] 潘立登.过程控制[M].北京：机械工业出版社，2008.　　[3] 王昕，赵丁选.基于单神经元的液压挖掘机自适应PD节能控制[J].吉林大学学报（工学版），）：377-380.　　[4] 李元春.计算机控制系统[M].北京：高等教育出版社，2005.　　[5] 戴永.微机控制技术[M].长沙：湖南大学出版社，2004.　　[6] 芮坤生，潘孟贤，丁志中.信号分析与处理[M].北京：高等教育出版社，2003.　　（收稿日期：）
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直流电机PID控制
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&&直流电机的PID控制,分别介绍了电压控制、转速开环控制与转速闭环控制的优缺点,PID控制还是控制方式中最好的控制方法。
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