中国矿业大学2012届本科生毕业设计（论文）
3.微分作用
微分作用常规使用会与比例作用、比例积分作用联合，构成PD控制器或者PID控制器。微分作用主要改善闭环系统的动态特性和稳定性。Td偏大时，超调量会较大，调节时间也会较长;Td偏小时，超调量也较大，相应调节时间也会较长。
1.3.4 PID控制器商业化产品简介
1958年，Kalman设计出一台自整定调节器，由于条件限制，当时他利用的是一台可靠性比较差的模拟数字计算机。这也是世界上最早的自整定调节器。电子技术、微机等飞速发展的同时，也带动了PID控制器的商业化进程。
Taylor公司的Micro-Scan 1300，利用增益调度法来进行参数整定，也是问世最早的一款PID自适应调节器，Leeds & Northrup公司生产的Electromax V号单回路自适应控制器，基十PID结构，已经成为广泛应用的自适应标准化商品;瑞典的SattControl生产的ECA40和Fisher Control生产的DPR 900是以继电反馈实验为基础的PID商业化产品。在1984年，美国Foxboro公司推出了基于模式识别的EXACT(Expert Adaptive Controller Tuning）控制器。
其他的一些产品，像Bailey Controls公司的Network 90 ,ASES公司的Novatune和VDO公司的MCION等，都是基于参数估计法设计进行自适应调节的。
可以预见，随着控制理论和计算机技术的进一步发展，将会有更多的功能完善、性能可靠的PID控制器商业化产品面世。
1.4 本论文的主要研究内容
本文共分为六章，主要研究了对于直流电机的PID控制器参数自整定。第一章是绪论，简要介绍了电动机与PID的发展历史，电动机的控制原理，电动机自整定的背景和意义，PID控制器的原理、结构、控制算法；第二章对直流电机的特性以及直流电机的闭环控制技术做了详尽的讲解。第三章针对PID的算法、数字PID做了详尽的介绍，重点阐述了基于继电反馈的参数整定，详细介绍了原理，公式推导，并通过仿真图分析，证明了该
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方法的有效性和实用性；第四章介绍了电机控制系统的硬件的设计。第五章介绍了电动机的PID自整定的系统软件设计。最后一章给出了本文的总结和个人的一点展望。
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2 直流电机闭环控制技术
2.1模拟式控制器及其特点
2.1.1自动控制和自动控制系统
自动控制：就是应用自动化仪表或控制装置代替人，自动地对机器设备或生产过程进行控制，使某些物理量按指定的规律变化达到预期的状态或性能要求，以保证生产的安全性，经济性及产品质量等要求的技术手段。控制系统是利用采集和加工的信息，按一定的控制规律产生控制作用，使受控客体达到所要求的性能或实现预定目标的系统。自动控制系统是指在没有人直接参与下由控制装置与被控对象结合起来的，能够对被控对象的一些物理量进行自动控制的一个有机整体。在国民经济各部门，国防和宇航各个领域都广泛、大量地应用各种自动控制系统，如控制无人驾驶飞机按规定预定航迹飞行的控制系统，飞机自动着陆系统、雷达自动跟踪系统、炉温控制系统，电机转速控制系统等。
2.1.2自动控制系统分类及特点
自动控制系统种类繁多，其功能和组成也是多种多样的，就其工作原理来说，可以分为开环控制、闭环控制、复合控制。相应的控制系统称为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。
开环控制系统是没有反馈环节的控制系统，控制系统的输出结果对系统的控制没有影响，也就是被控量的变化不会引起控制量的改变，即没有反馈。开环控制系统由控制器与控制对象组成。其主要优点是结构简单、经济、容易维修以及价格便宜。它的主要缺点是精度低、抑制干扰能力差，而且对系统参数变化很敏感。一般用于可以不考虑外界影响或精度要求不高的场合。
闭环控制系统亦称为反馈控制系统。反馈是把系统输出量全部或一部分回送到输入端，以增强或减弱输入信号的效应。即输出量与输入量之间有反向联系，靠输入量与主反馈信号之间的偏差对输出量进行控制的系统
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叫闭环控制系统。
闭环控制系统与开环控制系统相比，具有精度高、动态性能好，抗干扰能力强，系统具有纠正偏差的能力等优点，它的缺点是结构复杂包含元件多，维修困难，价格昂贵等，如果闭环系统参数的选取不适当，系统可能会产生振荡，甚至系统失稳而无法正常工作。
复合控制系统是前馈和反馈相结合，即符合控制是开环控制和闭环控制相结合的一种控制方式。反馈控制是在外部作用对控制对象产生影响后才能做出相应的控制，尤其是控制对象具有较大延迟时，反馈控制不能及时的影响输出的变化。前馈控制能预测输出随外部作用的变化规律，在控制对象还没有产生影响之前就做出相应的控制，使系统在偏差即将产生之前就注意纠正偏差。复合控制是高精度控制系统的一种有效控制方式，使控制系统有更好的控制性能。复合控制有按输入前馈补偿的复合控制和按干扰前馈补偿的复合控制两种形式。
2.1.3控制系统的组成方框图
1.开环系统
输入控制器执行器被控对象输出
图2-1 开环系统框图
如:电熨斗、电子门铃、电子调光台灯、电子手表、程序控制洗衣机 游泳池注水控制系统
定时器(设定注水时间)→进水阀门(水流量)→游泳池(水位) 自动门的控制系统
控制电路(红外线信号)→电机(转动)→自动门(开启或关闭) 2.闭环系统
给定量控制器执行器被控对象被控量-反馈 图2-2 闭环系统组成框图
给定量：给出与系统输出量希望值相对应的系统输入量。测量元件：
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测量系统输出量的实际值，并把输出量的量纲转化成与输入量相同。比较元件：比较系统的输入量和主反馈信号，并给出两者之间的偏差。放大元件：对微弱的偏差信号进行放大和变换，使之具有足够的幅值和功率，以适应执行元件动作的要求。执行元件：根据放大后的偏差信号产生控制、动作，使系统的输出量按照输入量的变化规律而变化。
对控制系统的要求：输入信号和扰动是一个系统典型的外作用，但我们希望系统只受输入信号的控制，而丝毫不受扰动的影响，所以我们只研究在输入信号作用下，对系统性能的要求。
当输入信号突然发生跳变时，这时输出量还处在原有的平衡状态，这样就出现了偏差，这个偏差控制输出量达到新的平衡，这就是一个调节过程。
输入c(t)实际2110t图2-3 动态响应过程
理想的调节过程是:出现偏差后，执行机构突然动作，使输出量立即达到新的平衡状态，调节过程瞬时完成，实际上这是不可能的，因为惯性当输出量发生跳变时，任何实际系统从原平衡状态到达新的平衡状态都要经历一个过渡过程，过渡过程的曲线形状随系统的不同而有所差异，有的是单调增长到稳定值(曲线1)，有的是衰减到稳定值(曲线2)。整个调节过程分为两个阶段:a.过渡过程，反映系统的动态特性;b.稳态过程，反映系统的稳态特性。阴影部分表示的是实际调节过程与理想调节过程的差异，差异越小，系统的调节质量越高。
模拟量信号是一种连续变化的物理量，如电流、电压、温度、压力、位移、液位、速度等，工业控制中需要用模拟量信号控制，例如电动阀门、液压电磁阀等执行机构，需要用连续变化的模拟量信号来控制驱动。模拟
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理想的调节过程