直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速報(bào)告

1、-. z.審定成績(jī)：*郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院綜合實(shí)驗(yàn)一設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：51系列單片機(jī)直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)單位二級(jí)學(xué)院：自動(dòng)化學(xué)院學(xué)生*：學(xué)生*：學(xué)生*：設(shè)計(jì)時(shí)間：年月51系列單片機(jī)直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉直流電機(jī)的工作原理2、熟悉51系列單片機(jī)的工作原理及調(diào)試方法3、設(shè)計(jì)基于51系列單片機(jī)控制的直流電機(jī)調(diào)速原理圖(要*現(xiàn)電機(jī)的速度反應(yīng)測(cè)量)二、實(shí)驗(yàn)要求直流電機(jī)采用編碼器測(cè)速直流電機(jī)速度給定采用電位器進(jìn)展模擬電壓給定，05VAD轉(zhuǎn)采用12位轉(zhuǎn)換顯示采用8位LED，或者LCD1602顯示鍵盤(pán)4*4，PID等參數(shù)通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置控制算法：數(shù)字PID，參數(shù)在線修改顯示窗口：顯示速度的設(shè)置值S

2、V、速度的實(shí)際值PV三、實(shí)驗(yàn)原理控制算法比擬：PID控制原理PID調(diào)節(jié)器由比例調(diào)節(jié)器(P)，積分調(diào)節(jié)器(I)和微分調(diào)節(jié)器(D) 構(gòu)成，它通過(guò)對(duì)偏差值的比例積分和微分運(yùn)算后，用計(jì)算所得的控制量來(lái)控制被控對(duì)象圖1所示為PID控制系統(tǒng)框圖。圖1 PID控制系統(tǒng)框圖比例調(diào)節(jié)P比例調(diào)節(jié)是數(shù)字控制中最簡(jiǎn)單的一種調(diào)節(jié)方法。其特點(diǎn)是調(diào)節(jié)器的輸出與控制偏差e成線性比例關(guān)系，控制規(guī)律為： (1)式中：-比例系數(shù)，-偏差e為零時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出值當(dāng)輸出值S與設(shè)定的期望值R間產(chǎn)生偏差時(shí)，比例調(diào)節(jié)器會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制變量y(如為控制閥門(mén)的開(kāi)度)的大小?？刂谱兞縴的大小會(huì)朝著減小偏差e的方向變化比例系數(shù)的大小決定了比例調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)

3、的快慢程度,大調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的速度快，但過(guò)大會(huì)使控制系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)或振蕩現(xiàn)象。小調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的速度慢，但過(guò)小又起不到調(diào)節(jié)作用。另外，雖然比例調(diào)節(jié)器控制規(guī)律簡(jiǎn)單，控制參數(shù)易于整定，但缺點(diǎn)是它只能在一種負(fù)載情況下實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差值的調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，除非重新調(diào)整相應(yīng)的)，值的大小，否則控制系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生無(wú)法消除的靜差值。比例微分調(diào)節(jié)PI比例調(diào)節(jié)器的主要缺點(diǎn)是存在無(wú)法消除的靜差值，影響了調(diào)節(jié)精度為了消除靜差值，在比例調(diào)節(jié)器的根底上并人一個(gè)積分調(diào)節(jié)器構(gòu)成比例積分調(diào)節(jié)器，其調(diào)節(jié)規(guī)律可用以下(2)式表示2式中：為積分常數(shù)，它的物理意義是當(dāng)調(diào)節(jié)器積分調(diào)節(jié)作用與比例調(diào)節(jié)作用的輸出相等時(shí)所需的調(diào)節(jié)時(shí)間稱為積分常數(shù)。積分常數(shù)的

4、大小決定了積分作用強(qiáng)弱程度，選擇的越小，積分的調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，但系統(tǒng)振蕩的衰減速度越慢。當(dāng)過(guò)小時(shí)，甚至?xí)斐上到y(tǒng)的持續(xù)振蕩，使調(diào)節(jié)器的輸出波動(dòng)不定，給生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)嚴(yán)重的危害。相反地中選擇的越大，積分的調(diào)節(jié)作用越弱，雖然過(guò)渡過(guò)程中不容易出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，但消除偏差e的時(shí)間卻很長(zhǎng)。積分調(diào)節(jié)對(duì)偏差有累積作用，所以，只要有偏差e存在積分的調(diào)節(jié)作用就會(huì)不斷地增強(qiáng)，直至消除比例調(diào)節(jié)器無(wú)法消除的靜差值。比例積分微分調(diào)節(jié)PID參加積分調(diào)節(jié)后，雖可消除靜差，使控制系統(tǒng)靜態(tài)特性得以改善，但由于積分調(diào)節(jié)器輸出值的大小是與偏差值e的持續(xù)時(shí)間成正比的，這樣就會(huì)使系統(tǒng)消除靜差的調(diào)節(jié)過(guò)程變慢，由此帶來(lái)的是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能變差尤其是

5、當(dāng)積分常數(shù)很大時(shí)，情況更為嚴(yán)重。另外，當(dāng)系統(tǒng)受到?jīng)_激式偏差沖擊時(shí)，由于偏差的變化率很大，而PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)速度又很慢，這樣勢(shì)必會(huì)造成系統(tǒng)的振蕩，給生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)很大的危害改善的方法是在比例積分調(diào)節(jié)的根底上再加人微分調(diào)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)器(PID)。其調(diào)節(jié)規(guī)律可用(3)式表示。3式中：為微分常數(shù)，它的物理意義是當(dāng)調(diào)節(jié)器微分調(diào)節(jié)作用與比例調(diào)節(jié)作用的輸出相等時(shí)所需的調(diào)節(jié)時(shí)間稱為微分常數(shù)。PID控制算法單片機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)AD電路檢測(cè)輸出值s，并計(jì)算偏差e和控制變量y，再經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)縮小或消除輸出偏差的目的，使系統(tǒng)輸出值s穩(wěn)定在給定值區(qū)域內(nèi)。在計(jì)算機(jī)控制過(guò)程中，整個(gè)計(jì)算過(guò)程采

6、用的是數(shù)值計(jì)算方法，當(dāng)采樣周期足夠小時(shí)，這種數(shù)值近似計(jì)算相當(dāng)誰(shuí)確，使離散的被控過(guò)程與連續(xù)過(guò)程相當(dāng)接近。圖2為單片機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 J。PID算法是將描述連續(xù)過(guò)程的微分方程轉(zhuǎn)化為差分方程，然后，根據(jù)差分方程編制計(jì)算程序來(lái)進(jìn)展控制計(jì)算的。另外在PID控制中，由于PID算式選擇的不同，最終所得到的控制效果是不同的。下面進(jìn)展PID控制算法的研究。圖2 單片機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖四、硬件電路設(shè)計(jì)主系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、4*4矩陣鍵盤(pán)和AD轉(zhuǎn)換四大模塊組成。其中主控芯片采用8位單片機(jī)AT89C52；電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用雙H橋驅(qū)動(dòng)芯片L298，能夠驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)和一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，本實(shí)驗(yàn)采用直流電機(jī)作為控

7、制對(duì)象；顯示模塊采用液晶顯示屏LCD1602；AD轉(zhuǎn)換模塊才有12位AD轉(zhuǎn)換芯片TLC2543，用以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定。電機(jī)轉(zhuǎn)速采用電位器進(jìn)展模擬電壓給定，如以下圖速度設(shè)置標(biāo)志下方電位器，電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定*圍為0-499，設(shè)置間隔為4，即電位器阻值每增大1%，電機(jī)轉(zhuǎn)速增大4轉(zhuǎn)。顯示模塊中，SV表示設(shè)定轉(zhuǎn)速，PV表示當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速。PID參數(shù)值可由矩陣鍵盤(pán)設(shè)定。以下圖為系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定運(yùn)行圖和參數(shù)設(shè)置圖。圖3 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定圖圖4 P 參數(shù)設(shè)置圖5 I 參數(shù)設(shè)置圖6 D 參數(shù)設(shè)置五、程序設(shè)計(jì)主程序如下所示，子程序見(jiàn)仿真文件夾：-. z.#include #include type.h#include LC

8、D1602.h#include tlc2543.h#include pid.h#include app.h#define INT_TIME 500sbit PWM = P23;sbit IN1 = P24;sbit IN2 = P25;uchar timer_t1 = 0;uchar timer_t2 = 0;bit flag_s = 0;char duty = 00;void Int_T0_T1() TH0 = (65536- INT_TIME)/256; TL0 = (65536- INT_TIME)%256; TMOD=0*51; ET0=1; EA=1; TR0=1; ET1=1; T

9、R1=1;void main(void) int i; uchar temp; L1602_init(); delay(30); Int_T0_T1(); M_Pid.Kp = 1; M_Pid.Ki = 0.01;/.1; M_Pid.Kd = 0.0008; M_pid_init(1); speed_set = 200; PWM = 1; IN1 = 0; IN2 = 1; L1602_string(0,7,r/min); L1602_string(1,7,r/min); while(1) switch (mode) case DIS_MAIN: proc_main(); break; c

10、ase SET_KP: case SET_KI: case SET_KD: proc_adj(); break; if (flag_s) flag_s = 0; get_sv(); if (flag_run) duty = motor_pid(speed_set - speed_t); switch (mode) case DIS_MAIN: dis_main(); break; case SET_KP: case SET_KI: case SET_KD: dis_adj(); break; void Timer0_ser () interrupt 1TH0 = (65536- INT_TIME)/256;TL0 = (65536- INT_TIME)%256; timer_t1+; if (timer_t1 = 100) timer_t1 = 0