直流电机闭环调速报告

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1、审定成绩：重庆邮电大学自动化学院综合实验一设计报告设计题目：51系列单片机直流电机闭环调速实验单位（二级学院）：自动化学院学生姓名：学生姓名： 学生姓名:设计时间：年月51系列单片机直流电机闭环调速实验一、实验目的1、熟悉直流电机的工作原理2、熟悉51系列单片机的工作原理及调试方法（要求实3、设计基于51系列单片机控制的直流电机调速原理图现电机的速度反馈测量）实验要求直流电机米用编码器测速5V直流电机速度给定采用电位器进行模拟电压给定，0AD转采用12位转换显示采用8位LED或者LCD1602显示键盘4X4, PID等参数通过键盘设置控制算法：数字PID,参数在线修改显示窗口 ：显示速度的设置

2、值 SV速度的实际值PV三、实验原理控制算法比较:PID控制原理PID调节器由比例调节器（P），积分调节器 和微 分调节器（D）构成，它通过对偏差值的比例积分和微分运算后， 用计 算所得的控制量来控制被控对象.图 1所示为PID控制系统框图。图1 PID控制系统框图比例调节（P）比例调节是数字控制中最简单的一种调节方法。 其特点是调节器 的输出与控制偏差e成线性比例关系，控制规律为:（1）式中：-比例系数，-偏差e为零时调节器的输出值.当输出值S与设定的期望值R间产生偏差时，比例调节器会自动调 节控制变量y（如为控制阀门的开度）的大小。控制变量y的大小会朝着 减小偏差e的方向变化.比例系数的大

3、小决定了比例调节器调节的快 慢程度,大调节器调节的速度快，但过大会使控制系统出现超调或振 荡现象。小调节器调节的速度慢，但过小又起不到调节作用。另外， 虽然比例调节器控制规律简单，控制参数易于整定，但缺点是它只能 在一种负载情况下实现无静差值的调节， 当负载变化时，除非重新调 整相应的），值的大小，否则控制系统将会产生无法消除的静差值。比例微分调节（PI）比例调节器的主要缺点是存在无法消除的 xx差值，影响了调节精 度.为了消除xx差值，在比例调节器的基础上并人一个积分调节器构 成比例积分调节器，其调节规律可用下列（2）式表示.（2）式中：为积分常数，它的物理意义是当调节器积分调节作用与比 例

4、调节作用的输出相等时所需的调节时间称为积分常数。积分常数的 大小决定了积分作用强弱程度，选择的越小，积分的调节作用越强， 但系统振荡的衰减速度越慢。当 过小时，甚至会造成系统的持续振 荡，使调节器的输出波动不定，给生产过程带来严重的危害。相反地 当选择的越大，积分的调节作用越弱，虽然过渡过程中不容易出现振 荡现象，但消除偏差e的时间却很长。积分调节对偏差有累积作用，所以，只要有偏差e存在积分的调节作用就会不断地增强， 直至消除比例调节器无法消除的静差值。比例积分微分调节(PID)加入积分调节后，虽可消除静差，使控制系统静态特性得以改善， 但由于积分调节器输出值的大小是与偏差值 e的持续时间xx

5、的，这样 就会使系统消除静差的调节过程变慢，由此带来的是系统的动态性能 变差.尤其是当积分常数很大时，情况更为严重。另外，当系统受到 冲激式偏差冲击时，由于偏差的变化率很大，而PI调节器的调节速度 又很慢，这样势必会造成系统的振荡，给生产过程带来很大的危害.改 善的方法是在比例积分调节的基础上再加人微分调节，构成比例积分微分调节器(PID)。其调节规律可用(3)式表示。(3)式中：为微分常数，它的物理意义是当调节器微分调节作用与 比例调节作用的输出相等时所需的调节时间称为微分常数。PID控制算法单片机控制系统通过A/D电路检测输出值s,并计算偏差e和控制 变量y,再经D/A转换后输出给执行机构

6、，从而实现缩小或消除输出 偏差的目的，使系统输出值s稳定在给定值区域内。在计算机控制过 程中，整个计算过程采用的是数值计算方法，当采样周期足够小时， 这种数值近似计算相当谁确，使离散的被控过程与连续过程相当接 近。图2为单片机闭环控制系统框图J。PID算法是将描述连续过程的 微分方程转化为差分方程，然后，根据差分方程编制计算程序来进行 控制计算的。另外在PID控制中，由于PID算式选择的不同，最终所得 到的控制效果是不同的。下面进行 PID控制算法的研究。图2单片机闭环控制系统框图四、硬件电路设计主系统由单片机最小系统、电机驱动模块、4X4矩阵键盘和AD转 换四大模块组成。其中主控芯片采用8位

7、单片机AT89C52电机驱动采 用双H桥驱动芯片L298,能够驱动两台直流电机和一台步进电机，本 实验采用直流电机作为控制对象；显示模块采用液晶显示屏LCD1602 AD转换模块才有12位AD转换芯片TLC2543用以实现电机转速的设定。电机转速采用电位器进行模拟电压给定，如下图“速度设置”标志下方电位器，电机转速的设定范围为0-499，设置间隔为4,即电位器阻值每增大1%电机转速增大4转。显示模块中，“ SV表示设定转速，“ PV表示当前电机转速。PID参数值可由矩阵键盘设定。下图为系统达到稳定运行图和参数设置图SU*ei55 rninPUI0L55 rninLCDD umiwh! Siu

8、E=ESX25S01IT2fia-ZPMusnJ- jg* 牛4uTi4imi*gmPDJuJ WEFDHRMI.ama*zo*nFJ-WfHFT.WLS FZfAd吃：VA”KI VTranrPHE-P_ I图3系统运行稳定图速度设盖KP： 4AOLD 6.0000007；a：=e ：=?.RF1mTECE3TWE Mi U h0 000 0 0 00LCDOUUD1ELOITZ0lT37Bm U?:A图4 P参数设置R門*TEn-图5 I参数设置LCDOKDi 0,5 uLDJ 0.200300凍度谡罟d r n o *0 a a a tt 0 a 0ii gEV&U8!iiy ESU2

9、TW343 cTdEKV1图6 D参数设置五、程序设计主程序如下所示，子程序见仿真文件夹:uchar timer_c nt2 = 0;bit flag_s = 0;char duty = 00;#i nclude #i nclude type.h#i nclude LCD1602.h#i nclude tlc2543.h#i nclude pid.h#i nclude app.h#defi ne INT_TIME 500 sbit PWM = P2A3;sbit IN1 = P2A4;sbit IN2 = P2A5;void In t_TO_T1()TH0 = (65536-INT_TIME)

10、/256;TL0 = (65536-INT_TIME)%256;TMOD=0x51;ET0=1;EA=1;uchar timer_c nt1 = 0;TR0=1;ET1 = 1;TR 1 = 1;void mai n(void)int i;uchar temp;L1602_i nit();delay(30); lnt_T0_T1();M_Pid.Kp = 1;M_Pid.Ki = 0.01;/.1;M_Pid.Kd = 0.0008;M_pid _in it(1);PWM = 1;IN1 = 0;IN2 = 1;L1602_stri ng(0,7,r/mi n);L1602_stri ng(1

11、,7,r/mi n);while(1)switch (mode)case DIS_MAIN:proc_ma in(); break;case SET_KP:case SET_KI:case SET KD:speed_set = 200;proc_adj();break;if (flag_s)flag_s = 0;get_sv();if (flag_r un)duty =motor_pid(speed_set -speed_c nt);switch (mode)case DIS_MAIN: dis_mai n(); break;case SET_KP:case SET_KI:case SET_K

12、D:dis_adj();break;void Timer0_ser ()in terrupt 1THO = (65536-INT_TIME)/256;TL1 = 0;flag_s = 1;TL0 = (65536-INT_TIME)%256;timer_c nt1+;if (timer_c nt1 = 100)timer_c nt1 = 0;timer_c nt2+;if (timer_c nt2 = 4)timer_c nt2 = 0;speed_c nt = (TH1*256 +TL1);if (flag_r un)PWM timer_1;elsePWM = 0; duty? 0 :TH1 = 0;