直流电机控制的启发与思索

thekingofmotor

直流电机控制是所有电机控制中最基本的一种类型之一，所以有必要了解它的基本控制原理，从而启发我们对其他交流电机控制的思想。像现在的一些矢量控制目的就是像控制直流电机一样控制交流电机。所以大家在控制电机时有什么这方面的心得不防说说


左边是励磁源，右边是直流电动机。



matlab中有相应公式。




对不同类型的电机，稳态时性能特征如下：




















以上三种分别是同步电机，异步电机和直流电机自然状态时，转速和转矩Torque的关系。（横轴为T，纵轴为转速）。当基于一些控制方法在电机上时，可以改变它们的这种自然特性。
通过分析steady state model 来达到控制。
像常见的弱磁控制：


第一个图纵轴为磁通，第2个图纵轴为输入电压；横轴都为转速。临界点是额定转速。在弱磁区域，想让电机转速超过额定转速，通过减少磁通来达到增加转速的目的。有时候电压无法增加到额定值是因为某些电力器件的限制（IGBT）.

控制的四种状态：



横轴代表转矩；纵轴代表转速；
第一象限：电机正转，电动机。
第二象限：电机正转，发电机。
第三象限：电机反转，电动机。
第四象限：电机反转，电动机。
具体的关系是通过输入电压和励磁产生的反电动势的大小关系所决定。
V = emf + R*I+L *dI/dt

电机稳定性分析：
Ds = s^2*L*J+s*J*R+k^2*lamda^2

k:电机常数，这里将电动势常数和转矩常数相等
lamda:磁通

一般采用PWM来控制输入：

具体的simulink会上传的，这里是H-bridge converter, 通过改变占空比 mod index ,来改变输入电压。

现在常用控制的是cascade control of separately excited DC motor: 一个内循环电流环，一个外循环速度环。这样有两个优势：这种控制可以限制电枢电流的的过大。2，可以先测试电流环，当电流环达到理想状态时，在测试外环速度控制环。

在0.12s时，添加一个负载，要求速度稳定在原速度上，通过调节PI，来达到目的：



当然，在过程中，有时候motor会产生反能量输送到H-bridge上，这时需在中间加一些保护装置，如brake chopper.

硬件控制：
H-bridge converter, 直流电源和一些MOSFET管开关频率为5KHZ 用于PWM.
控制器TMS320C31, DSP,FPGA等硬件可以实现以上方法的的控制。

由于控制电流就可以控制转速，所以在其他电机控制中，解耦和建立在不同角度上的控制方法都希望能达到这种简单有效的控制效果。

附模型：
SDL1_ArmatureCurrentAndSpeedLoop.rar (10.13 KB, 下载次数: 41)

2010-4-26 09:01 上传

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个人浅见，写的很简单，整理了下以前资料，很多部分都是点一下带过，大家可以补充和指出不足之处 以及对其他电机
欢迎讨论。

点点飞飞

回复 1# thekingofmotor
楼主辛苦了，除了PWM还有别的好方法吗？

renzando

很不错的学习资料啊，电机控制中直流电机控制是基础，lz做的很不错
另：控制的4种状态好像有问题

thekingofmotor

回复 6# renzando


    什么问题？

renzando

回复 8# thekingofmotor


    方向和四个象限代表的电机特性有重复的。

thekingofmotor

回复 10# renzando


    不好意思，太马虎了~~

htxxzz

拜读了 很好的资料  值得好好还学习

yanghooyak

加油加油呀，围观也是一种力量

落水湮花

先收藏着，以后留着慢慢看

cycy

开始研究这个，感觉好难啊

前进_gHhMr

开始研究这个，感觉好难啊

kevin110125

很好的资料，谢谢分享。