直流有刷电机模型+三闭环控制+滑膜速度控制器+SIMULINK

文章详细介绍了使用SIMULINK进行直流有刷电机的双闭环和三闭环控制模型设计,包括参数整定、PWM脉冲生成、双极性PWM调制及H桥搭建。模型涵盖了工程设计法、PI控制器、滑模控制以及自建电机模型等技术。

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0.直流有刷电机双闭环控制-模型0
(1)工程设计法整定双环参数,速度环PI或者SMC(介绍如何选取滑膜参数),电流环PI
(2)自建PWM脉冲发生模块,输入可选择为可变的占空比/电压

(3)采用双极性PWM调制,搭建H桥

(4)采用SIMULINK自带的直流有刷电机模型
1.直流有刷电机三闭环控制-模型1
(1)工程设计法整定三环参数,位置环P(加前馈),速度环PI,电流环PI

(2)自建PWM脉冲发生模块,输入可选择为可变的占空比/电压

(3)采用双极性PWM调制,搭建H桥

(4)根据数学模型,自建直流有刷电机模型

2.直流有刷电机三闭环控制-模型2

(1)工程设计法整定三环参数,位置环P(加前馈),速度环PI,电流环PI

(2)采用SIMULINK自带的可控电压源模块

(3)采用SIMULINK自带的H桥

(4)采用SIMULINK自带的直流有刷电机模型
3.资料包括

(1)直流有刷电机双闭环控制-模型0+直流有刷电机三闭环控制-模型1+直流有刷电机三闭环控制-模型2

(2)仿真所参考的文档
(3)4+1+1个模型
 

### 有刷直流电机的数学模型 #### 电气方程 对于有刷直流电机,电枢绕组中的电压 \( V_a \) 和电流 \( I_a \) 遵循以下关系: \[ V_a = R_aI_a + L_a\frac{dI_a}{dt} + E_b \] 其中, - \( R_a \) 是电枢电阻; - \( L_a \) 是电枢电感; - \( E_b \) 是反电动势。 反电动势 \( E_b \) 的表达式为: \[ E_b = K_e\omega_m \] 这里 \( K_e \) 表示反电动势常数,\( \omega_m \) 则代表电机角速度[^1]。 #### 力矩与机械运动方程 电机产生的电磁转矩 \( T_e \) 可以表示为: \[ T_e = K_tI_a \] 这里的 \( K_t \) 称作转矩常数。该转矩用于克服负载转矩 \( T_L \),并引起电机轴加速或减速。根据牛顿第二定律,可得机械运动方程如下: \[ J\frac{d\omega_m}{dt} = T_e - B\omega_m - T_L \] 在这个公式里: - \( J \) 是转动惯量; - \( B \) 是粘滞摩擦系数; - \( T_L \) 是外部加载到电机上的阻力矩; 上述两个微分方程式共同构成了完整的直流电机动态行为描述[^3]。 #### 控制理论应用 当涉及到实际工程应用场景时,通常会引入比例积分微分 (PID) 控制器来调节输入给定值与输出测量之间的误差。例如,在速度控制模式下,目标是维持设定的速度水平不变。此时,控制器接收来自编码器的位置反馈信号,并据此调整供给电机的功率大小,使得实际运行状态尽可能贴近预期性能指标。 ```matlab % MATLAB/Simulink PID Controller Example Code Snippet pidController = pid(Kp, Ki, Kd); % Define a PID controller with gains Kp,Ki,Kd feedbackSignal = measureSpeed(); % Obtain the current speed measurement from sensor error = desiredSpeed - feedbackSignal; % Calculate error between setpoint and actual value controlAction = pidController(error); % Compute control action based on error using PID logic applyVoltage(controlAction); % Apply computed voltage to motor terminals via PWM driver circuitry ```
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