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直流电机常识分享：?微型直流电机控制

?微型电机驱动控制结构：一般说来，微型电机驱动时所关心的主要功能，就是其微电机输出轴的转矩M以及转数n。这两个参数共同作用，在合理机械结构的延展下，微电机就可以作为动力源，驱动各种设备，也就是一般自动化设备结构中的实行器。实质上，它就是将输入信号对应地以转矩以及转数的形式输出。
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?大家知道电动机输入信号是电压或是电流，对这些电信号在时域上合理编排，并且输出正确的电信号序列，就是控制器的功能。

三相驱动系统框图

上图是一个三相驱动系统，包含三相电源，整流逆变电路，数字控制器，角度编码器以及微型电动机，这也构成了一个基本的闭环反馈控制结构。中间的整流逆变电路即能够实现AC/DC以及DC/AC，即交流-直流，直流-交流的转换，在中间会用到PWM改变信号幅值以及频率。

?基本的级联闭环控制结构

级联闭环控制系统实现转数可变的驱动

在一个级联的闭环控制系统中，会有不止一个反馈环节来构成闭环，而是会有好几个连续级联的结构，有点像俄罗斯套娃。

都是外加扰动项。n*,M*,I*都是目标值。这是总体的驱动控制结构。可以适用于直流电机，同步电机以及异步电机的驱动控制。

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?直流电机的受控模型
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直流电机的控制可以直接使用之前的直流电机模型、电压、转矩和功率，于是有
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使励磁强度不变，把其他因素认为机械常数，简称增益K1则电枢电路感应电压

。考虑电枢电流iA暂态，电枢电感为LA，电压方程应为：

可以改写为：

同理，设增益K2有

，并考虑转子机械动力学方程：

转子的转动惯量J，机械转数Ω=2πn，负载转矩ML：

?如果把电枢电压UA视为控制输入，负载转矩ML视为扰动输入，则设电枢时间常数为

，电枢增益

，机械时间常数

。对该线性系统做拉普拉斯变换：

整理可得：

系统输入电压输出电流的传递函数Gs(s)以及扰动的传递函数Gz(s)，它们之间有关系：

于是可以画出恒定励磁下的直流电机的传递函数框图

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直流电机的传递函数框图

其中TA是一阶环节

的时间常数，

表示积分环节。可见，微型电机本身就有一个反馈环节，有可能自治稳定。但是由于微电机系统本身具有较大转动惯量，所以自带的转数反馈用于产生感应电压 Ui的影响，相对于快速变化的电流/转矩而言过小，可以忽略。

?直流电机的电流环反馈控制
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如果大家希翼电流完全受控，那就要引入一个完整的控制环节，比如使用PI控制器，其比例积分增益为KP，积分时间常数为Ti。