直流电动机阻尼(抗)控制系统设计
一种基于Matlab的无刷直流电机控制系统建模仿真方法
一种基于Matlab的无刷直流电机控制系统建模仿真方法一、本文概述无刷直流电机（Brushless DC Motor, BLDC）以其高效率、低噪音、长寿命等优点，在航空航天、电动汽车、家用电器等领域得到广泛应用。
为了对无刷直流电机控制系统进行性能分析和优化，需要建立精确的数学模型并进行仿真研究。
Matlab作为一种强大的数学计算和仿真软件，为无刷直流电机控制系统的建模仿真提供了有力支持。
二、无刷直流电机控制系统原理1、无刷直流电机基本结构和工作原理无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor，简称BLDCM）是一种基于电子换向技术的直流电机，其特点在于去除了传统直流电机中的机械换向器和电刷，从而提高了电机的运行效率和可靠性。
无刷直流电机主要由电机本体、电子换向器和功率驱动器三部分组成。
电机本体通常采用三相星形或三角形接法，其定子上分布有多个电磁铁（也称为线圈），而转子上则安装有永磁体。
当电机通电时，定子上的电磁铁会产生磁场，与转子上的永磁体产生相互作用力，从而驱动转子旋转。
电子换向器是无刷直流电机的核心部分，通常由霍尔传感器和控制器组成。
霍尔传感器安装在电机本体的定子附近，用于检测转子位置，并将位置信息传递给控制器。
控制器则根据霍尔传感器提供的位置信息，控制功率驱动器对定子上的电磁铁进行通电，从而实现电机的电子换向。
功率驱动器负责将控制器的控制信号转换为实际的电流，驱动定子上的电磁铁工作。
功率驱动器通常采用三相全桥驱动电路，具有输出电流大、驱动能力强等特点。
无刷直流电机的工作原理可以简单概括为：控制器根据霍尔传感器检测到的转子位置信息，控制功率驱动器对定子上的电磁铁进行通电，产生磁场并驱动转子旋转；随着转子的旋转，霍尔传感器不断检测新的转子位置信息，控制器根据这些信息实时调整电磁铁的通电状态，从而保持电机的连续稳定运行。
由于无刷直流电机采用电子换向技术，避免了传统直流电机中机械换向器和电刷的磨损和故障，因此具有更高的运行效率和更长的使用寿命。
电气传动控制系统课程设计解密版-电气传动控制系统
电气传动控制系统课程设计解密版|电气传动控制系统电气传动控制系统课程设计一、引言 MATLAB作为一个强大的数学及仿真软件，在科研与工程中被广泛使用。
对于我们自动化系的学生而言，不论是专业发展、学术科研还是今后参加工作，认真学习MATLAB都是有很大必要的。
利用MATLAB/Simulink验证“直流电动机转速/电流双闭环PID控制方案”可以熟悉MATLAB以及Simulink的使用方法，并掌握利用MATLAB分析控制系统性能的技巧。
二、实验原理与建模 1.系统建模 (1) 额定励磁下的直流电动机的动态数学模型图1给出了额定励磁下他励直流电机的等效电路，其中电枢回路电阻R和电感L包含整流装置内阻和平波电抗器电阻与电感在内，规定的正方向如图所示。
图1 直流电动机等效电路由图1可列出微分方程如下：（主电路，假定电流连续）（额定励磁下的感应电动势）（牛顿动力学定律，忽略粘性摩擦）（额定励磁下的电磁转矩）定义下列时间常数：——电枢回路电磁时间常数，单位为s；——电力拖动系统机电时间常数，单位为s；代入微分方程，并整理后得：式中，——负载电流。
在零初始条件下，取等式两侧得拉氏变换，得电压与电流间的传递函数（1）电流与电动势间的传递函数为（2） a) b) c) 图 2 额定励磁下直流电动机的动态结构图 a) 式（1）的结构图 b)式（2）的结构图 c)整个直流电动机的动态结构图 (2) 晶闸管触发和整流装置的动态数学模型在分析系统时我们往往把它们当作一个环节来看待。
这一环节的输入量是触发电路的控制电压Uct，输出量是理想空载整流电压Ud0。
把它们之间的放大系数Ks看成常数，晶闸管触发与整流装置可以看成是一个具有纯滞后的放大环节，其滞后作用是由晶闸管装置的失控时间引起的。
下面列出不同整流电路的平均失控时间：表 1 各种整流电路的平均失控时间（f=50Hz）整流电路形式平均失控时间Ts/ms 单相半波 10 单相桥式（全波） 5 三相全波 3.33 三相桥式，六相半波1.67 用单位阶跃函数来表示滞后，则晶闸管触发和整流装置的输入输出关系为按拉氏变换的位移定理，则传递函数为（3）由于式（3）中含有指数函数，它使系统成为非最小相位系统，分析和设计都比较麻烦。
第一章 直流电动机的数学模型及其闭环控制系统
图 1-10 PWM控制器与变换器的框图
图1-9不可逆PWM变换器—直流电动机系统
结合PWM变换器工作情况可以看出：当控制 电压变化时，PWM变换器输出平均电压按线性规 律变化，因此，PWM变换器的放大系数可求得， 即为
4.直流调速系统的广义被控对象模型
（1）额定励磁状态下直流电动机的动态结构图 图1-12所示的是额定励磁状态下的直流电动机动 态结构图。
图1-12 额定励磁状态下直流电动机的动态结构框图
由上图可知，直流电动机有两个输入量，一个是施加在电枢
上的理想空载电压U d0 ，另一个是负载电流 I L 。前者是控制输入量，
它已不起作用，整流电压并不会立即变化，必须等
到 t3时刻该器件关断后，触发脉冲才有可能控制另
一对晶闸管导通。
设新的控制电压
U ct2
U
对应的控制角为
ct1
2 1 ，则另一对晶闸管在 t4 时刻导通，平均整
流电压降低。假设平均整流电压是从自然换相点
开始计算的，则平均整流电压在 t3 时刻从U d01降
Tm
GD2 R
375K
e
K
m
2 d
（1-23）
因其中d 的减小而变成了时变参数。由此 可见，在弱磁过程中，直流调速系统的被控对象 数学模型具有非线性特性。这里需要指出的是， 图1-15所示的动态结构图中，包含线性与非线性 环节，其中只有线性环节可用传递函数表示，而 非线性环节的输入与输出量只能用时域量表示， 非线性环节与线性环节的连接只是表示结构上的 一种联系，这是在应用中必须注意的问题。
Ks
U d U ct
机电一体化系统设计
一、判断题1、机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质（能量、信息）按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。
（×）2、系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。
（√）3、机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有“智能化”的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质差别。
（√）4、信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。
（√）5、自动控制是在人（没有人）直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。
（×）6、产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。
（×）7、为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于(高于)电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近（远离）控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。
（×）8、传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。
（×）9、在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。
（×）10、进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。
（×）11、滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。
（√）12采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单且可以（不能）自动补偿侧隙（×）13、采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估延长了（缩短）产品开发周期增加了（降低）产品开发成本但是可以改进产品设计质量提高面向客户与市场需求能力×14、一个较完善的机电一体化系统，应包括以下几个基本要素：机械本体、动力系统、检测传感系统及执行部件（控制系统），各要素和环节之间通过接口相联系。
直流电动机控制系统的动态仿真分析
当输入单位阶跃 电压时电动机 的转角响应变化特性 ，
如图 ４ 示。 所
式中 ： 一 Ｍ 一电动机 的转 矩； Ｋ－ －电动机的转矩常数 ；
ｉ 一磁 场 绕 组 电流 。 ， 一
（） ３硫化接头 人员必须要经过正 贱判Ｉ Ｉ ， 掌握硫化接头的专 业技术， 保征窿
母胶 ， 要用眇布打磨到０ ｍｍ左右； ． ３ 若钢丝 匕 ｆ 的；胶已“ 寸 离 ’ ， 剥 丝绳｝ 匪 嗄 、 羽『 平整。这样才自 ｊ ＿
Ｉ 保证凄头ｊ 。 而 踱
时， 良并 一 试轲 可 氐于３ ｍｉ， 才可ｊ 滁 ＿ 具。 ０ ｎ正常后方 司正 转 。存 糊寸 最好 ２ ｈ ４ 后剽撼
维普资讯
抽， 这降 头钢丝呈课
咝 的自 『 睫 寺 新良 ｝ 寸钢 龟 性。 ， 的附 寸需用化学带 ｆ ， 挤 ｌ 同 坌 绳进行处理。钢 黾 受力平均， 形成合力，
温。温
０（ ８
下方可拆卸疏化器。待接 头温
０（ Ｐ ４Ｃ
（ ４ 』 耳枣 ｂ 硫 不得用热硫
。
皮葡ｊ必须嗔重。原则 Ｅ 寸 接头处 中要严 褪 循安
，如确 要 须制定严密的安全技术措施，
三是皎料的裁制宜大不宜小。由于橡胶具有硫 ｛ 率（ 嫦 １ ＿
５ ３ ， ｊ ％～ ％） 在 寸 尺寸宜大刁 Ｊ 其裁法为： 、 。 根据胶带型
二、 系统 动 态 分 析
１ 系统的传递 函数 工程实际中尤其 是大 型工业机械 ， 广泛利用直流 电动 机控制系统。 控制系统的动 态分析是系统设计及 生产实际 的需要。利用 ＭＡＴ Ａ Ｌ Ｂ这一强大 的工程 工具进行计算机 动态特性的分析 ， 是十分有效和有实际意义的。
直流电机PI控制器稳态误差分析
直流电机PI控制器稳态误差分析直流电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各个领域。
在控制直流电机运动过程中，PI控制器常用于控制其转速或位置。
在设计PI控制器时，稳态误差是一个重要的性能指标。
本文将对直流电机PI控制器稳态误差进行分析，并介绍如何通过调整PI控制器参数来减小稳态误差。
首先，我们需要了解什么是稳态误差。
稳态误差是指在控制系统达到稳定状态时，输出信号与期望信号之间的差异。
对于直流电机控制，稳态误差通常用来衡量电机的速度或位置达到设定值时的偏差。
1.积分动作的作用不足。
PI控制器通过积分动作来消除稳态误差，但如果积分时间过长或增益过小，积分动作可能无法完全消除误差。
2.系统本身的特性。
直流电机控制系统的稳态误差还受到电机动力学特性的影响，例如电机的阻尼特性和惯性特性等。
对于直流电机的速度控制，我们可以将系统的传递函数表示为：G(s)=K/(s(Ts+1))其中，K是系统的增益，T是系统的时延。
对于PI控制器，传递函数可以表示为：C(s)=Kp+Ki/s其中，Kp是比例增益，Ki是积分增益。
为了分析PI控制器的稳态误差，我们可以采用闭环传递函数的方式。
将直流电机的传递函数G(s)与PI控制器的传递函数C(s)相乘，得到闭环传递函数：T(s)=G(s)C(s)=(Kp+Ki/s)(K/(s(Ts+1)))通过计算T(s)的极点和零点，可以得到闭环系统的稳态误差特性。
对于速度控制系统而言，我们通常关注的是零频率处的稳态误差。
T(0)=(Kp+Ki/0)(K/(0(T0+1)))=Kp/K由上式可知，速度控制系统的稳态误差与比例增益Kp有关，而与积分增益Ki无关。
这意味着通过增大比例增益Kp，可以有效减小稳态误差。
但是，过大的比例增益Kp可能导致系统不稳定，因此在实际应用中需要进行适当的选择。
一种常用的方法是根据系统的响应特性进行调整。
当然，在实际控制过程中，我们还需要考虑到系统的动态特性。
如果系统的响应速度过慢，可能会导致误差积累较大。
电大《机电一体化系统设计基础》形考作业任务01-05网考试题及答案
电大《机电一体化系统设计基础》形考作业任务01-05网考试题及答案最新电大《机电一体化系统设计基础》形考作业任务01-05网考试题及答案100%通过01任务01任务_0001一、判断题（共10道试题，共40分。
）1.齿轮传动的啮合间隙会造成一定的传动死区，若在闭环系统中，传动死区会使系统产生低频震荡。
A.错误B.正确2.为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制体系的工作频率，以免体系产生振荡而落空不乱性。
A.错误B.正确3.系统的静摩擦阻尼越大，使系统的回程误差增大，定位精度降低。
A.错误B.正确4.进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械体系的阻尼比ξ取值越小越好。
A.错误B.正确5.采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产物开发周期，增加了产物开发成本，但是可以改进产物设想质量，提高面向客户与市场需求能力。
A.错误B.正确6.自动控制是在人直接参与的情形下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。
A.毛病B.正确7.信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。
A.错误B.正确8.滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。
A.毛病B.正确9.在滚珠丝杠螺母间隙的调整结构中，齿差式调隙机构的精度较高，且结构简单，制作成本低。
A.毛病B.正确10.在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以1~5倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。
A.错误B.正确2、单项选择题（共10道试题，共40分。
）1.下列哪种方法是采用单螺母预紧原理来消除滚珠丝杠副的间隙？（）A.螺纹调隙式B.双螺母垫片调隙式C.齿差调隙式D.偏置导程法2.多级齿轮传动中，各级传动比相等的分配准绳合用于按（）设计的传动链。
自动控制原理：第二章--控制系统数学模型全
TaTLma KJe K
dMdML m dtdt
L
Tm
Ra J K eKm
——机电时间常数(秒)；
Ta
La Ra
—电动机电枢回路时间常数 (秒)
若输出为电动机的转角q ，则有
TaTm
d 3q
dt 3
Tm
d 2q
dt 2
dq
dt
1 Ke
ua
Tm J
ML
TaTm J
dM L dt
—— 三阶线性定常微分方程 9
（1）根据克希霍夫定律可写出原始方程式
（（23））式消LuLCcdd中去(titd)i中2d是utRc间2(中Cti1)变间C1量iR变dCti量idd后udt，ct，(t它)u输r与u(入tc输)(输t)出出uu微rc((tt)分)有方如程下式关系
或
T1T2
d 2uc (t) dt 2
T2
duc (t) dt
扰动输入为负载转矩ML。 （1）列各元件方程式。电动机方程式为：
TaTm
d 2w
dt 2
测输T速Km出发td为d电wt电测压机速w 反 K馈1e系ua数
Tm J
M反L馈 电TaJT压m
dM L dt
ua Kae ut Ktw e ur ut 12
（2）消去中间变量。从以上各式中消去中间变
量ua，e，ut，最后得到系统的微分方程式
线性(或线性化)定常系统在零初始条件下， 输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比 称为传递函数。
令线C性(s定)=常L[c系(t统)]，由R下(s)述=Ln阶[r(微t)]分，方在程初描始述条：件为零
时[[aab，nnmbssdmdn进mt+ndn+dt行acmmbn(tm拉-r1)-(s1t氏ns)-am1变n+-1b1+…m换dd…1t+，nndd+1a1t得mm1bcs1(11到+ts)r+a关(t0b)]于0C]的RD(sM的s的a(()分s1s(分))=代sdbd为母)t1子为数cd传d多(tt多传方)r递项(项t程递函)式a式0函数c。b(0数tr) (t)
电动汽车用无刷直流电动机模糊控制系统的建模与仿真
络进 程 的必 经之 路 。本文提 出的建设 思路 和策 略对 ＴＤ — Ｌ Ｔ Ｅ室 内分布 系统规 划建 设具有 重要 的指 导意
义。
作者简介 ： 陈永 安 （ １ ９ ９ ４ 一 ） ， 男， 本科 ， 主要 从 事 通 信 工 程 等 方
面 的研 究 。 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ 年 Ｏ １月 ０ ４日
差， 存在超 调 ， 达不 到高 性 能和 高精 度 的要 求＿ ＿ ２ Ｊ 。考 虑到模糊控 制器具有快速性 、 稳 定性和鲁 棒性强 等优 点， 所 以采 用 了模 糊 控制 策略 。文献 １ － ３ ３ 利用 模 糊逻
辑控制器 调节 Ｐ Ｉ Ｄ各 参数 ， 达 到 了模 糊控 制 的 目的 ；
０
０ ］
０ ｌ
ｄ ￡
ｌ ｌｄ ６
ｄ ￡
（ １ ）
图 ２ 电压 平 衡 方 程 等 效 模 块
Ｌ—Ｍ ｌ
ｄ
ｄ
２ ． ２ 反 电 动 势 模 块
２ ． １ 电压平 衡方 程等 效模块 。
根据 式 １ ， 得到 Ｂ Ｌ Ｄ Ｃ Ｍ 的 电压 平 衡 方 程 的 等 效模 型 ， 如 图 ２所示 ， “ 。、 “ 、 “ 为三 相绕 组 的端 电
压； ｅ 、 、 ｅ 为 三相 绕 组 上 产生 的反 电动 势 ； ｉ 。、
ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｃ ｅ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎｄ ｓ ｏ ｏ ｎ，ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｍａ ｋｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｈａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ．
但模糊逻 辑规则数 和计算 量大 ， 控制器 的实 时性难 以
直流电机的制动与控制
一、引言从广义上讲，电机是电能的变换装置，包括旋转电机和静止电机。
旋转电机是根据电磁感应原理实现电能与机械能之间相互转换的一种能量转换装置；静止电机是根据电磁感应定律和磁势平衡原理实现电压变化的一种电磁装置，也称其为变压器。
这里我们主要讨论旋转电机，旋转电机的种类很多，在现代工业领域中应用极其广泛，可以说，有电能应用的场合都会有旋转电机的身影。
与内燃机和蒸汽机相比，旋转电机的运行效率要高的多；并且电能比其它能源传输更方便、费用更廉价，此外电能还具有清洁无污、容易控制等特点，所以在实际生活中和工程实践中，旋转电机的应用日益广泛。
不同的电机有不同的应用场合，随着电机制造技术的不断发展和对电机工作原理研究的不断深入，目前还出现了许多新型的电机，例如，美国EAD公司研制的无槽无刷直流电动机，日本SERVO公司研制的小功率混合式步进电机，我国自行研制适用于工业机床和电动自行车上的大力矩低转速电机等。
1 旋转电机分类在旋转电机中，由于发电机是电能的生产机器，所以和电动机相比，它的种类要少的多；而电动机是工业中的应用机器，所以和发电机相比，人们对电动机的研究要多的多，对其分类也要详细的多。
实际上，我们通常所说的旋转电机都是狭义的，也就是电动机——俗称“马达”。
众所周知，电动机是传动以及控制系统中的重要组成部分，随着现代科学技术的发展，电动机在实际应用中的重点已经开始从过去简单的传动向复杂的控制转移；尤其是对电动机的速度、位置、转矩的精确控制。
由此可见，对于一个电气工程技术人员来说，熟悉各种电机的类型及其性能是很重要的一件事情。
通常人们根据旋转电机的用途进行基本分类。
下面我们就从控制电动机开始，逐步介绍电机中最有代表性、最常用、最基本的电动机——控制电动机和功率电动机以及信号电机。
2 控制电动机2.1 伺服电动机伺服电动机广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的。
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直流电动机阻尼（抗）控制系统设计
直流电动机是广泛应用于工业控制和自动化领域的重要设备。
在控制系统设计中，阻尼控制是一种常见的技术，用于提高电动机的性能和稳定性。
本文将介绍直流电动机阻尼控制系统的设计步骤和实现方法。
一、系统设计
阻尼控制系统的设计目标是实现自适应控制，通过自动调节阻尼系数来优化电动机性能。
设计步骤如下：
1. 系统建模
根据直流电动机的物理原理，可以建立其数学模型。
模型中包括电动机转子惯量、电阻、电感等参数。
可以使用MATLAB或Simulink等软件进行建模和仿真。
2. 控制器设计
可以选择PID、PI或滑模控制器等控制算法。
需要根据具体应用场景进行选择。
例如，对于需要高精度控制的场景，可以选择PID控制器。
3. 阻尼系数计算
阻尼系数是阻尼控制系统的重要参数，可以通过实验或计算得到。
该参数的值决定了电动机的响应速度和稳定性，需要根据具体应用要求进行选择。
4. 系统调试
完成系统硬件和软件的搭建后，需要进行系统测试和调试。
可
以通过改变阻尼系数、控制器参数等来测试系统的性能和稳定性。
二、实现方法
在实现阻尼控制系统时，需要使用一些传感器和执行器。
例如，电动机通常需要安装位置传感器、转速传感器等，以便控制器能够
读取相应参数并控制电动机运动。
执行器可以是功率放大器、MOS
管等。
阻尼控制系统通常包括以下步骤：
1. 读取电动机位置和转速等参数。
2. 根据所选控制器类型，计算控制器输出信号。
3. 经过功率放大器等执行器后，输出到电动机。
4. 读取电动机反馈信号，进行闭环控制。
5. 根据反馈信号调整控制器参数或阻尼系数。
通过这样的步骤，可以实现电动机的阻尼控制，并实现稳定的
运动控制。