基于單片機的數字PID控制直流電機PWM調壓調速器系統(tǒng)的設計.docVIP

課程設計說明書題目基于單片機的數字PID控制直流電機PWM調壓調速器系統(tǒng)系(部)電子與通信工程系專業(yè)(班級)電氣工程及其自動化姓名學號指導教師起止日期II計算機控制課程設計任務書系（部）：電子與通信工程系專業(yè)：電氣工程及其自動化指導教師：學生姓名學號班級課題名稱基于單片機的數字PID控制直流電機PWM調壓調速器系統(tǒng)內容及任務1、運用A/D轉換芯片將滑動變阻器的模擬電壓轉換為數字量作為控制直流電機速度的給定值；2、用壓控振蕩器模擬直流電機的運行（電壓高-轉速高-脈沖多），單片機在單位時間內對脈沖計數作為電機速度的檢測值；3、應用數字PID模型作單片機控制編程，其中P、I、D參數可按鍵輸入并用LED數碼顯示；4、單片機PWM調寬輸出作為輸出值，開關驅動、電子濾波控制模擬電機（壓控振蕩器）實現對直流電機的PID調壓調速功能。擬達到的要求或技術指標運用所學知識設計組建計算機自動控制系統(tǒng)，實現自動控制功能，達到控制指標。本課題使用S51單片機及A/D、D/A轉換器運用PID控制編程，完成對直流電機的PID調壓調速功能。要求完成1、模擬直流電機（壓控振蕩器）電路設計；2、單片機控制系統(tǒng)（參數鍵入、LED顯示）設計；3、給定值輸入、檢測值輸入、PWM輸出驅動電路設計；4、PID控制程序、PWM驅動程序設計；5、PID參數整定。進起止日期工作內容備注III度安排星期一上午：下午：星期二上午：下午：星期三上午：下午：星期四上午：下午：星期五上午：下午：課程設計動員、學生討論選擇課題；課題論證、課題講解、課題答疑。學生查閱、收集設計資料；選擇、初建設計方案。設計、仿真各單元電路；設計單片機控制系統(tǒng)電路。數字PID控制編程；控制程序仿真、控制功能調試。P、I、D參數整定；撰寫課程設計報告。主要參考資料單片機原理與應用、PWM調制技術、計算機控制技術。教研室意見年月日系（部）主管領導意見年月日IV長沙學院課程設計鑒定表姓名學號專業(yè)電氣自動化班級設計題目基于單片機的數字PID控制直流電機PWM調壓調速器系統(tǒng)指導教師指導教師意見：評定等級：教師簽名：日期：答辯小組意見：V評定等級：答辯小組長簽名：日期：教研室意見：教研室主任簽名：日期：系（部）意見：系主任簽名：日期：說明課程設計成績分“優(yōu)秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四類；目錄第1章PID簡介.1第2章設計原理.2第3章設計方案.3VI3.1PWM的調制.33.2基于單片機的數字PID控制直流電機PWM調壓調速器系統(tǒng).63.2.1調速原理.63.2.2基于單片機的數字PID控制直流電機PWM調壓調速器系統(tǒng)原理圖.63.2.3波形仿真.73.2.4PID調速程序.9第4章心得體會.13參考文獻.141第1章PID簡介PID（比例積分微分，英文全稱為ProportionIntegrationDifferentiation）控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數時，最適合用PID控制技術。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。PID控制器的參數整定是控制系統(tǒng)設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據系統(tǒng)的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行最后調整與完善?，F在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數的整定步驟如下：(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實用化的控制器已有50多年歷史，現在仍是應用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應用最為廣泛的控制器。PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其輸入e(t)與輸出u(t)的關系為u(t)=kp(e(t)+1/TIe(t)dt+TD*de(t)/dt)式中積分的上下限分別是0和t因此它的傳遞函數為：G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s)其中kp為比例系數；TI為積分時間常