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直流电机位置控制实验 直流电机是控制系统中常见的执行机构，例如水位控制系统中的电动阀需要电机驱动， 倒立摆控制系统需要电机驱动皮带传动，等等。电机转速和位置（角度）是电机的两个重要 输出量，是实际系统中经常需要控制的两个量。例如，我们常常希望电机能够以一个期望的 转速运转，从而达到实际生产的要求，或者希望电机的位置最终能够按照我们期望的那样在 一定的时间之后稳定在某个位置上。这就是直流电机的转速和位置控制问题。本实例以直流 电机（DC Motor ）为被控对象，研究如何设计一个状态反馈控制器，使得电机的位置能够 在一定的时间内到达期望值上，并且对扰动具有有效的抑制能力。 直流电机位置控制系统设计包括以下几个部分： 1． 电机位置控制系统的状态空间模型建模； 2 ．基于极点配置的稳定化状态反馈控制器设计； 3 ．具有扰动抑制能力的稳定化状态反馈控制器设计。 一． 建 模 直流电机电路图如下： 图 1 直流电机电路图 变量说明如下： L －电机绕组线圈电感；I －电机电枢电流；V －电机两端输入电压；R －电枢电阻； θ－电机电枢角度；J －电机转动惯量； C －直流电机感应电动势系数；C －直流电机 e t 转矩系数 直流电机的电路平衡方程和力矩平衡方程分别如下： 电路平衡方程： dI L +IR +C θ V (1) dt e 力矩平衡方程： J θ+bθ C I (2) t 其中，T bθ 是电机阻力力矩，b 是机械系统的阻尼系数。 f 选取 θ，θ 和 I 作为状态变量，即令 x1 θ ，x2 θ ，x3 I ，则由方程（1）和（2 ） 可得直流电机的状态空间模型为 x Ax +BV (3) y Cx 其中， ⎡ ⎤ ⎢0 1 0 ⎥ ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ 0 T b C ⎢ ⎥ x [x1 x 2 x3 ] ， A ⎢0 =− t ⎥， B 0 ， C [1 0 0] ⎢ J J ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢