H-Brücken DC-Motor PID-Regelung Simulation

Steuerung & Parameter

Soll-Drehzahl (rad/s):

-50 20.0 50

Proportionalanteil (Kp):

0.0 0.10 1.0

Integralanteil (Ki):

0.0 0.50 2.0

Differentialanteil (Kd):

0.0 0.010 0.1

Laststörung aktivieren (Drehmoment)

Versorgungsstörung aktivieren (Spannungsabfall)

Motorparameter (fest):
J=0.01, b=0.005, Kt=Ke=0.05, Ra=1.0, Vsupply=12V

Motoranimation & Zustand

Richtung: Gestoppt

Zeit: 0.00 s

Sollwert (SP): 20.0 rad/s

Drehzahl (PV): 0.0 rad/s

Regeldifferenz (SP-PV): 20.0 rad/s

P-Anteil: 0.00

I-Anteil: 0.00

D-Anteil: 0.00

PID-Ausgang (Cmd): 0.00

H-Brücke V_eff: 0.00 V

Versorgungsspannung: 12.00 V

Motorstrom (I_a): 0.00 A

Motormoment (τ_m): 0.000 Nm

Lastmoment (τ_L): 0.000 Nm

Anti-Windup Aktiv: Nein

Performance-Diagramme

Drehzahl

■ Sollwert ■ Ist-Drehzahl

Reglerausgang

■ PID Cmd (-1 bis 1)

Regeldifferenz

■ Drehzahldifferenz

Motorstrom

■ Ankerstrom (Ia)

Systemübersicht

Diese Simulation demonstriert die PID-Regelung eines Gleichstrommotors, der von einer H-Brücke angesteuert wird, einschließlich der Auswirkungen von Störungen.

System: Ein DC-Motormodell (J*ω' + b*ω = Kt*Ia - τ_Last) wobei der Ankerstrom Ia = (V_eff - Ke*ω) / Ra ist. Die H-Brücke legt eine effektive Spannung V_eff basierend auf dem PID-Befehl an.
Regler: Ein PID-Regler vergleicht die Soll-Drehzahl (SP) mit der Ist-Drehzahl (PV = ω) und berechnet ein Steuersignal (-1 bis +1) für die H-Brücke.
H-Brücke: Wandelt den PID-Befehl in eine effektive Spannung V_eff = PID_Cmd * V_supply_aktuell um, begrenzt auf ±V_supply_aktuell.
Steuerung: Passen Sie die Soll-Drehzahl und die PID-Parameter (Kp, Ki, Kd) an.
Störungen:
- Laststörung: Wendet ein konstantes externes Drehmoment (τ_Last) an, das dem Motormoment entgegenwirkt, wenn aktiviert.
- Versorgungsstörung: Reduziert die Versorgungsspannung der H-Brücke (V_supply), wenn aktiviert, wodurch die maximal erreichbare Motorspannung und das Drehmoment begrenzt werden.
Visualisierung:
- **Diagramme:** Verfolgen Sie Drehzahl vs. Sollwert, PID-Steuersignal, Regeldifferenz und Motorankerstrom über die Zeit.
- **Animation:** Eine rotierende Welle zeigt visuell die Geschwindigkeit und Richtung des Motors an.
- **Info-Anzeige:** Zeigt aktuelle numerische Werte des Systemzustands, der Reglerteme und der Störungen an.

Experimentieren: Optimieren Sie die PID-Parameter (Kp, Ki, Kd), um ein gutes Folgeverhalten der Soll-Drehzahl zu erreichen (schnelle Reaktion, minimales Überschwingen, keine bleibende Regelabweichung). Aktivieren Sie dann die Last- und Versorgungsstörungen einzeln oder zusammen und beobachten Sie, wie der PID-Regler versucht, zu kompensieren. Beachten Sie die Auswirkungen auf Motorstrom, Reglerausgang und Regeldifferenz. Kann Ki die bleibende Regelabweichung durch Last eliminieren? Wie beeinflusst der Spannungsabfall die Leistung?