用VC實現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計

1、目錄設(shè)計報告摘要？?第1章設(shè)計目的及要求？?？41.1設(shè)計目的？?？41.1設(shè)計要求？?？5第2章設(shè)計的軟硬件環(huán)境？?？52.1設(shè)計系統(tǒng)硬件環(huán)境？?？52.1設(shè)計系統(tǒng)軟件環(huán)境？?？10第3章設(shè)計原理？?？113.1 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制？?？113.1.1 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的基本原理？?？113.1.2 DAC0832芯片介紹？123.1.3 8255芯片介紹？123.1.4 實驗原理圖？?？133.2 直流電機(jī)測速？?？133.2.1 光電測速基本原理？?？133.2.2 芯片8253介紹？133.2.3 實驗原理圖？?？143.3 鍵盤制？143.3.1 鍵盤控制的基本原理？?？143.3.2

2、 實驗原理圖？?？143.4 七段數(shù)碼管顯示？?？153.4.1 七段數(shù)碼管顯示基本原理？?？153.4.2 七段數(shù)碼管簡介？?？153.5 LED控制？163.6 PID控制？163.6.1 PID控制簡介？?？163.6.2 PID控制在本次課程設(shè)計中的應(yīng)用？?？18第4章設(shè)計方案與具體實施？?？184.1 總體設(shè)計方案？?？184.2 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制？?？184.3 七段數(shù)碼管顯示？?？194.4 鍵盤控制？?？194.5 LED顯示狀態(tài)？194.6 直流電機(jī)測速？?？204.7 PID控制？?？204.8 其他？21第5章設(shè)計結(jié)果及分析？?？21第6章設(shè)計總結(jié)？?？22附錄一機(jī)電系統(tǒng)

3、設(shè)計日志？?？23附錄二設(shè)計成果（加工出來的曲線圖，輪廓圖）？?？24附錄三軟件源程序？?？?？?？2617設(shè)計報告摘要本次機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計，主要是利用清華大學(xué)科教儀器廠生產(chǎn)的TPC-UP通用微機(jī)接口實用系統(tǒng)實驗箱來完成用VC實現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計。在實驗中，我們利用芯片0832的數(shù)模轉(zhuǎn)換功能，與芯片8255組成電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)；利用芯片8253的定時計數(shù)功能，與芯片8255組成電機(jī)測速系統(tǒng)；結(jié)合芯片8255的數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ軐崿F(xiàn)七段顯示碼的顯示以及LED的顯示。在實現(xiàn)這些功能的基礎(chǔ)上，利用VC軟件編寫控制界面。VC軟件編寫控制界面不僅實現(xiàn)了以上各種功能的，同時實現(xiàn)電機(jī)速度的給定調(diào)速，并加入PI

4、D調(diào)節(jié)算法，使其能快速準(zhǔn)確的調(diào)速，通過所得的測速曲線對比，得出PID調(diào)節(jié)算法對調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。在實驗報告中，我們在第一章中主要介紹本次課程設(shè)計的設(shè)計目的及要求；第二章中主要談?wù)劚敬螌嶒炈枰能?、硬件環(huán)境；在第三章中，將詳細(xì)介紹設(shè)計過程中所涉及到的各部分原理；第四章主要闡述我們在設(shè)計過程中的設(shè)計方案及其具體實施；我們所設(shè)計的實驗結(jié)果及分析結(jié)果將在第五章里呈現(xiàn)給大家；最后，我們在第六章中進(jìn)行設(shè)計總結(jié)，并在附錄中給出機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計日志、設(shè)計成果和軟件源程序。第1章設(shè)計目的及要求1.1設(shè)計目的本次課程設(shè)計的目的在于通過設(shè)計來實現(xiàn)以下目的：1 .掌握數(shù)碼管顯示數(shù)字的原理2 .通過并行接口8255實現(xiàn)

5、對LED的控制，進(jìn)一步掌握對并行口的使用3 .了解七段數(shù)碼管（LED）顯示數(shù)字的原理。4 .掌握只用一個段鎖存器和一個位鎖存器來同時顯示多位數(shù)字的技術(shù)。5 .掌握8279鍵盤顯示電路的基本功能及編程方法。6 .掌握一般鍵盤和顯示電路的工作原理。7 .進(jìn)一步掌握定時器的使用和中斷處理程序的編程方法。8 .進(jìn)一步了解DAC0832的性能及編程方法。9 .了解直流電機(jī)控制的基本方法。10 .了解光電開關(guān)的使用方法。11 .了解利用光電傳感器測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法12 .掌握PID的控制原理13 .學(xué)會利用VC程序?qū)崿F(xiàn)可視化控制。綜上所述，本次課程設(shè)計的主要目的在于利用計算機(jī)控制課程所學(xué)知識，結(jié)合VC編程

6、技巧，以及專業(yè)所學(xué)的知識設(shè)計一套用VC實現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速的系統(tǒng)。14 2設(shè)計要求本次課程設(shè)計，對用VC實現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計的要求如下：O1利用TPC-UP實驗箱搭建電路：利用實驗臺的鍵盤實現(xiàn)電機(jī)速度的給定、利用LED顯示模塊實現(xiàn)電機(jī)速度給定的顯示和電機(jī)的測速顯示、利用DA模塊控制電機(jī)調(diào)速并利用8255和8253定時計數(shù)即實現(xiàn)電機(jī)的測速。利用VC編程實現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的小系統(tǒng)的驅(qū)動。02在用控制箱實現(xiàn)上述直流電機(jī)速度控制的同時，利用VC編寫控制界面以同時實現(xiàn)電機(jī)速度的給定，并加入PID調(diào)節(jié)算法，利用曲線實現(xiàn)顯示測量速度的實時顯示。第2章設(shè)計的軟硬件環(huán)境2.1 設(shè)計系統(tǒng)硬件環(huán)境設(shè)計系統(tǒng)的硬件環(huán)境主要

7、是清華大學(xué)科教儀器廠開發(fā)的TPCUP通用微機(jī)接口實用系統(tǒng)實驗箱。該系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)： 根據(jù)不同學(xué)校的需求，可以配接PCI卡，也可以配接USB模塊組成不同形式的微機(jī)實驗系統(tǒng)。 實驗臺結(jié)構(gòu)采用了綜合實驗板和擴(kuò)展模塊相結(jié)合的方式，既保證基本實驗結(jié)構(gòu)緊湊，實驗方便又有擴(kuò)展實驗靈活的特點(diǎn)。 實驗接線采用排線和單根自鎖緊插線相結(jié)合的方式，插線方便靈活。 接口實驗增加了實用性、趣味性的項目，使用C語言進(jìn)行實驗的程序。 I/O擴(kuò)展模塊包括：32位存儲器讀寫實驗和32位DMA實驗；16X16發(fā)光二極管點(diǎn)I實驗；字符圖形LCD實驗；FPGA設(shè)計實驗；紅外收發(fā)實驗等。 CPU擴(kuò)展模塊包括：51系列單片機(jī)模塊；80

8、86模塊；1）裝置基本組成：（1）、硬件：PCI接口卡一塊、實驗臺（箱）一個。該實驗裝置在PC系統(tǒng)中的位置如下圖所示（斜線標(biāo)出）：eIBri-Ze口I廓七校上1fe-(gJj'lALl*u5口過秋學(xué)主""線(2)、軟件：光盤一張。(3)、資料：學(xué)生實驗指導(dǎo)書一本。(4)、附件：話筒一個，50芯實驗連接線一條。2)安裝步驟：(1)關(guān)上PC機(jī)電源，打開微機(jī)主機(jī)箱。(2)將PCI總線接口卡插在任意擴(kuò)展槽中。接口卡的結(jié)構(gòu)如下圖MAX71280下載插座34芯擴(kuò)展插座Ju iPLX9054(3)用50芯線扁平電纜線連接接口卡和實驗臺。(4)接上PC機(jī)電源，啟動微機(jī)，Window

9、s提示發(fā)現(xiàn)新硬件，請安裝光盤“Disk驅(qū)動”目錄里的安裝配置文件(TPC.inf)(5)重新啟動計算機(jī)后，運(yùn)行光盤里的Setup程序安裝運(yùn)行支持庫文件。3)實驗臺結(jié)構(gòu)圖mm37題產(chǎn)鰭?。浩琀f,百I二、中方N./彳與rt*wTfTq-3=1*帽，匕,才斑版一,：:j*a1、I/O地址譯碼電路如圖-1所示，地址空間：280H2BFH共分8條譯碼輸出線：Y0Y7,其地址分別是280H287H;288H28FH;290H297H;298H29FH;2A0H2A7H;2A8H2AFH;2B0H2B7H;2B8H2BFH,8根譯碼輸出線在實驗臺“I/O地址”處分別由“目鎖緊”插孔弓I出，供實驗選用。廿*

10、 ( 2e0H*287H)734 567G9 AA AAAAA2aA&E> ( 2B8H2BF H169I ORe圖-12、時鐘電路如圖-2所示，可以輸出1MHZ、2MHZ兩種信號，供A/D轉(zhuǎn)換器、定時器/計數(shù)器、串行接口實驗使用。411* 自 74L5000. luFU127 A 74LS748TAL2HOH4.0MH2<S 2MHZ 4 1MHZ圖-23、邏輯電平開關(guān)電路如圖-3所示，實驗臺右下方設(shè)有8個開關(guān)K7K0,開關(guān)撥到“1”位置時開關(guān)斷開,輸出高電平，向下打到“0”位置時開關(guān)接通輸出低電平，電路中串接了保護(hù)電阻，使接口電路不直接同+5V、GND相連，可有效地防止

11、學(xué)生因誤操作、誤編程損壞集成電路現(xiàn)象。圖-3圖-44、LED顯示電路如圖-4所示，實驗臺上設(shè)有8個發(fā)光二極管及相關(guān)驅(qū)動電路（輸入端L7L0）,當(dāng)輸入信號為“1”時發(fā)光，為“0”時滅。5、七段數(shù)碼管顯示電路如圖-5所示，實驗臺上設(shè)有六個共陰極七段數(shù)碼管及驅(qū)動電路，段碼為同相驅(qū)動器，位碼為反相驅(qū)動器，從段碼與位碼的驅(qū)動器輸入端（段碼輸入端：a、b、c、d、e、f、g、dp,位碼輸入端：S0S5）輸入不同的代碼即可顯示不同數(shù)字或符號。圖-56、鍵盤電路如圖-6圖-67、接口集成電路實驗臺上有微機(jī)原理硬件實驗最常用接口電路芯片，包括：可編程定時器/計數(shù)器（8253）、可編程并行接口（8255）、可編程

12、串行通信控制器8251、可編程鍵盤顯示控制器8279、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC0832）、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC0809）,這里芯片與CPU相連的弓I線除片選信號CS外都已連好，與外界連接的關(guān)鍵弓I腳在芯片周圍用“自鎖緊”插座引出，供學(xué)生實驗時使用。其中數(shù)/模轉(zhuǎn)換器附有雙極性輸出，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器附有雙極性輸入插座。8、存儲器擴(kuò)展電路實驗箱上，有通用儲儲器芯片6116,分別用JC1,JC2連接地址線和數(shù)據(jù)線，另有Flash存儲器芯片AT29C256,同樣用JC1,JC2連接地址線和數(shù)據(jù)線，具體電路請參考存儲器讀寫實驗。9、+5V電源插針為了減少主機(jī)+5V電源的負(fù)擔(dān)和各主要芯片的安全，在主要接口芯片的左上

13、角都有相應(yīng)的電源連接插針（標(biāo)記為+5V）,當(dāng)實驗需要該芯片時，用短路塊短接插針即可接通+5V電源。對用不到的芯片可將短路片拔掉，以確保芯片安全。10、20芯擴(kuò)展插座JP5和JP6實驗臺上有5個20芯擴(kuò)展插座，分別標(biāo)有JP5、JP6、JC1、JC2、JT1、JJD1。其中JP5和JP6是總線擴(kuò)展插座，JP5是8位數(shù)據(jù)線、I/O讀寫和A0、A1,JP6是擴(kuò)展地址線A2A19。JP5各引腳信號如下：JP6各引腳信號如下:131111、20芯擴(kuò)展插座JC1、JT1、JD120芯擴(kuò)展插座JC1、JT1、JD1各引腳信號與JP5一對應(yīng)，分別是存儲器實驗、8279、簡單并口擴(kuò)展和電機(jī)測速計數(shù)時的數(shù)據(jù)線。做以

14、上三種實驗時分別將JC1、JT1、JD1用20芯電纜與JP5相連。12、20芯擴(kuò)展插座JC2JC2各引腳信號與JP6各引腳信號一一對應(yīng)，是存儲器實驗時A2A19擴(kuò)展地址線。2.2設(shè)計系統(tǒng)軟件環(huán)境2.2.1TPC-UP集成開發(fā)環(huán)境軟件包TPC-UP集成開發(fā)環(huán)境是由清華大學(xué)科教儀器廠自主開發(fā)。它提供了用戶程序的編輯和編譯，調(diào)試和運(yùn)行，實驗項目的查看和演示，實驗項目的添加等功能，方便了學(xué)生和老師實驗程序的編制和調(diào)試。本軟件基于windows環(huán)境，界面簡潔美觀，功能齊全，使用方便。本軟件提供了完整的安裝軟件包，直接雙擊安裝程序，按照提示回車直至安裝結(jié)束即可。2.2.2用戶程序的編輯和編譯TPC-UP集

15、成開發(fā)環(huán)境軟件支持兩種類型的程序開發(fā)：匯編程序(.asm文件)和C語言程序(.cpp,.h文件)。除了一般的編輯功能外，本軟件還支持語法高亮，大大提高了程序的可讀性。用戶編輯好程序并保存后，即可方便地進(jìn)行編譯。在本次實驗中，我們主要是用C語言程序進(jìn)行編輯的，主要用到MicrosoftVisualC+6.0軟件。并在此基礎(chǔ)上，利用VC編程技術(shù)，編寫控制界面。2.2.3用戶程序的調(diào)試和運(yùn)行C語言程序的調(diào)試大多數(shù)實驗所用的程序需要用到配套的VisualStudio生成的靜態(tài)鏈接庫(.lib)或動態(tài)鏈接庫(.dll)文件，因此本軟件采用了VisualC+6.0的調(diào)試系統(tǒng)。VisualC+6.0軟件的具

16、體操作可參考VisualC+6.0的相關(guān)書籍，這里不再加以說明。第3章設(shè)計原理本次課程設(shè)計目的是用VC實現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為VC控制面板控制和鍵盤控制兩部分；當(dāng)VC控制面板控制或鍵盤控制給出所需轉(zhuǎn)速后，小直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，在調(diào)速過程中控制面板、LED、七段顯示碼分別實時給出電機(jī)的狀態(tài)和其轉(zhuǎn)速，與此同時，電機(jī)測速系統(tǒng)同步測速，與給定轉(zhuǎn)速相比較，并通過PID控制進(jìn)行實時調(diào)速，使電機(jī)快速準(zhǔn)確的達(dá)到給定的轉(zhuǎn)速。具體過程如圖-7所示：VC控制面 板控制鍵盤控制I '二一“一圖-7由圖-7所示，設(shè)計內(nèi)容分為直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、直流電機(jī)測速、鍵盤控制、七段顯示碼顯示和LED控制等幾個主要的模

17、塊和PID控制這6個部分進(jìn)行介紹3.1直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制3.1.1 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的基本原理直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速是由Ub輸出脈沖的占空比來決定的，正向占空比越大轉(zhuǎn)速越快，反之越慢。見下面圖例：5V.叱在實驗中，模擬量輸出Ub為雙極性，當(dāng)輸入數(shù)字量小于80H時輸出為負(fù)，輸人等于80H時為0V,輸入大于80H時輸出為正。在本實驗中，DAC0832輸入數(shù)字量由程序中的命令給定,通過不同的延遲時間達(dá)到改變小電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。3.1.2DAC0832芯片介紹AEND153-說引Dp-JV>eiRffei'"DSHD一Aciq弟61615L413展11-y4LE-XTjr-p-D5-D4-

18、DG叩產(chǎn)DMDH32為CMOS器件乂位電流DM.它的電源采用單電源形式,電源范圍轉(zhuǎn)-討5參考電壓Vrcf可在-1UVT10V范圍內(nèi)選擇.轉(zhuǎn)換速度為物1u引腳信號分述如下二配用下數(shù)據(jù)輸入串未選通為三態(tài)。搬片選信號，使用時可由地址譯碼提供.止：,允許輸窕鎖存信號.幽斷型寫信號XFfiHDAC0832:借S控制信號月來控制曜盛信事封裝形式；DIP20沁鵬I姆機(jī)電流輸出端中觸外接參考電壓，范圍從TIU1U也他？務(wù)應(yīng)饋電阻Q功能:八位電涌OACAGNfit1尚為模擬地和放字地3.1.38255芯片介紹其控制字格式如下受。滯DL?5D5ED：K£D1D口C組低建位1靠"lS用9h

19、9;00-二F1r,ffrr”:口_0It<cr.口方式選擇g!»070605040302DIDO-Iu口復(fù)位臚泰有用位選擇i觸L?？诟?位口八介式®#11雌攘制°:.Ifgi.輸輸輸輸運(yùn)驛方作釋封裝形式：DIP4口剃號并行接口芯片3.1.4實驗原理圖23+5V 288H28FH圖-81、按圖-8線路接線。DAC0832的CS接290H297H,Ub接DJ插孔。8255CS接288H28FH。2、編程利用DAC0832輸出一串脈沖，經(jīng)放大后驅(qū)動小直流電機(jī)，利用程序中的命令改變輸出脈沖的電平及持續(xù)時間，達(dá)到使電機(jī)加速，減速之目的。3.2直流電機(jī)測速3.2.1

20、光電測速基本原理光電測速的基本電路由光電傳感器、計數(shù)器和定時器組成。測量時在被測電機(jī)主軸上固定一個圓盤，圓盤的邊緣上打上小孔。傳感器的紅外發(fā)射端和接收端裝在圓盤的兩測，電機(jī)帶動圓盤轉(zhuǎn)到有孔的位置時，紅外光通過，紅外接收管與通，輸出低電平。紅外光被擋住時接收管截止，輸出高電平。用計數(shù)器記錄在一定時間內(nèi)傳感器發(fā)出的脈沖個數(shù)就可以計算出電機(jī)轉(zhuǎn)速。計數(shù)和定時部分主要由芯片8253來實現(xiàn)其功能。3.2.2 芯片8253介紹CLKOutoGATE。GND4*尊 QI 0936543 石曦含海啕摩毒V磔用忖鍋L/E幽4后 *>真 wmEi-.爆VCC由 R1TCLK2UTSUT18253封裝形式：DI

21、P24,曲由福用來選擇甘嗷器和控制字寄存器 期匕成:三喜 數(shù)據(jù)續(xù)而 數(shù)據(jù)息線相連GAItU 1 2： 口拄輸入端，對應(yīng)于相同號計數(shù)器.讀片選端,低電平有效.VYR：寫信號輸入端,低電平有效. 修讀信號輸入端.低電平有效.魂腌省薪&計數(shù)器時鐘信信希工限而詞筲鷺相應(yīng)計數(shù)器輸出端.8253共有以下幾種工作方式: 翁謙題:計膏潮肅發(fā)生市慚 舒森T可娛猿單伙脈沖加 每曾二：頻率發(fā)生器方式.黝能:可用作計教分頻在本次課程設(shè)計中，我們主要利用8253計數(shù)器0和計數(shù)器2組成定時器，用8253的計數(shù)器1進(jìn)行計數(shù)。3.2.3 實驗原理圖：1 .實驗線路圖-9如下2 .接線方法：用20芯扁平電纜連接JP5與

22、JD1,8253CLK0接1MHZ、OUT0接CLK2、OUT2接8255的PC0、GATE0和GATE2接+5V,8253CS接280H287H,8255PC7接293的CLR,“計數(shù)”接地，8255CS接288H28FH,JP5附近“BB”接2A0H2A7H,“AA”接2A8H2AFH,JD2的23短接并接CLK1口。3.編程：利用74LS393計數(shù)器電路，記錄脈沖個數(shù)，8253定時器0和定時器2組成5秒定時期，測量在一定時間內(nèi)脈沖個數(shù)，以轉(zhuǎn)II /分鐘為單位顯示在屏幕上。S253OUTI 44 mamifMIZKi 1 tXKHII二 H 卜” L尸ff-i Ft* r-*H-It -I

23、 «-fcUHdlam -IM VET «7»KH TTI IT4X ML&i里9盤房南£i梨F1Ft* FT #T i-fc »-*>i a!xl rT ：-Xm乜ew息?g圖-93.3鍵盤控制3.3.1 鍵盤控制的基本原理利用擴(kuò)展板上提供的8279以及鍵盤和七段數(shù)碼顯示電路設(shè)計鍵盤控制電路。當(dāng)鍵盤按下鍵后，通過74138芯片進(jìn)行編碼，由8279完成讀鍵盤操作，并利用程序來實現(xiàn)鍵盤控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和數(shù)碼管顯示的目的。3.3.2實驗原理圖1.實驗線路圖-10如下2.接線方法：用20芯扁平電纜連接JP5與JT1,8279CS接2B0H2

24、7BH,用8芯電纜連接“鍵盤”（4X4鍵盤上方）與“8279鍵盤”，連接“8279段碼”與數(shù)碼管“段碼”，“8279位碼”與數(shù)碼管“位碼”。3.編程：利用8279讀鍵盤的功能，用鍵盤來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并同時控制七段顯示碼的顯示，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制及轉(zhuǎn)速的顯示1MWW皿匚匚CTi圖-103.4 七段數(shù)碼管顯示3.4.1 七段數(shù)碼管顯示基本原理七段數(shù)碼管顯示實驗主要是利用數(shù)碼管的顯示數(shù)字的原理，結(jié)合8255數(shù)據(jù)傳輸功能實現(xiàn)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的實時顯示。3.4.2 七段數(shù)碼管簡介1、實驗臺上的七段數(shù)碼管為共陰型，段碼采用同相驅(qū)動，輸入端加高電平，選中的數(shù)碼管亮，位碼加反相驅(qū)動器，位碼輸入端高電平選中。2、七段

25、數(shù)碼管的字型代碼表如下表：工8ef.db建0D111.111_3fh_100a0.1i006hQPi10i15bh510°11i4fh41100110春11工1上j16d;i61工i.A_1017dh0olQQi1wh麻111iiiiTfh91101i1.iGfh3.5 LED控制LED顯示主要是利用LED在高低電平下亮滅狀況及不同顏色的LED來顯示直流電機(jī)工作于不同狀態(tài)。在顯示不同狀態(tài)時，通過8255芯片在程序控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到動態(tài)顯示不同工作狀態(tài)的目的。其電路連接如圖-11。圖-113.6 PID控制3.6.1 PID控制簡介PID的特點(diǎn)(1)是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用

26、最為廣泛的一種調(diào)節(jié)方式。(2)結(jié)構(gòu)靈活(PI、PD、PID)(3)參數(shù)整定方便。(4)適應(yīng)性強(qiáng)。(5)用計算機(jī)模擬PID方法可行。(6)不用求出數(shù)學(xué)模型。(7)人們對PID規(guī)律熟悉，經(jīng)驗富。P、I、D三作用調(diào)節(jié)器，在階躍信號的作用下，首先產(chǎn)生的是比例一微分作用使調(diào)節(jié)作用加強(qiáng)。而后進(jìn)入積分，直到最后消除靜差。因此，PID調(diào)節(jié)從動態(tài)、靜態(tài)都有所改善，他是應(yīng)用最廣的調(diào)節(jié)器。PID調(diào)節(jié)算法適用于模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由于計算機(jī)系統(tǒng)只能接收數(shù)字量，因此，要想在計算機(jī)系統(tǒng)中實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)，還必須把PID算法數(shù)字化，然后才能用計算機(jī)實現(xiàn)。圖-12圖-12所示為離散化的增量型PID編程流程圖。在編寫程序過程中可根據(jù)以

27、上流程來編寫程序。由于計算機(jī)控制系統(tǒng)的靈活性，除了按式（2-11）和式（2-12）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的PID控制計算外，可根據(jù)系統(tǒng)的實際要求，對PID控制進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到提高調(diào)節(jié)品質(zhì)的目的。下面介紹幾種發(fā)展的PID算式。不完全微分的PID積分分離的PID變速積分的PID帶死區(qū)的PID比率PID在數(shù)字控制系統(tǒng)中，參數(shù)的整定是十分重要的，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中參數(shù)整定的好壞直接影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。一般的生產(chǎn)過程都具有較大的時間常數(shù)，而數(shù)字PID控制系統(tǒng)的采樣周期則要小得多，所以數(shù)字調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定，完全可以按照模擬調(diào)節(jié)器的各種參數(shù)整定方法進(jìn)行分析和綜合。但是，數(shù)字控制器與模擬調(diào)節(jié)器相比，除了比例系數(shù)KP、積分時間TI和微分時

28、間TD外，還有一個重要的參數(shù)一一采樣周期T需要很好的選擇。合理的選擇采樣周期T,也是數(shù)字控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問題之一。由香農(nóng)（Shannon）采樣定理可知，當(dāng)采樣頻率的上限為fs>2fmax時，系統(tǒng)可真實地恢復(fù)到原來的連續(xù)信號。從理論上講，采樣頻率越高，失真越小。但從控制器本身而言，大都依靠偏差信號E（k）進(jìn)行調(diào)節(jié)計算。當(dāng)采樣周期T太小時，偏差信號E（k）也會過小，此時計算機(jī)將會失去調(diào)節(jié)作用。采樣周期T過長又會引起誤差。因此，采樣周期T必須綜合考慮。影響采樣周期T的因素有：(1)加至被控對象的擾動頻率的高低，擾動頻率愈高，采樣頻率也應(yīng)相應(yīng)提高，即采樣周期縮短。(2)對象的動態(tài)特性，主要與被控對

29、象的純滯后時間及時間常數(shù)有關(guān)。當(dāng)純滯后時間比較顯著時，采樣周期T與純滯后時間基本相等。(3)數(shù)字控制器D(Z)所使用的算式及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型，如采用大林算法及應(yīng)用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)時，其采樣周期比較長，而最快無波紋系統(tǒng)及使用步進(jìn)電機(jī)等的采樣周期就比較短。(4)控制的回路數(shù)，控制的回路越多，則T越大，否則T越小。(5)對象要求的控制質(zhì)量，一般來說，控制精度要求越高，采樣周期就越短，以減小系統(tǒng)的純滯后。(6)對于多回路系統(tǒng)，以采樣周期T大的通道T做為系統(tǒng)采樣周期To采樣周期的選擇方法有兩種，一種是計算法，一種是經(jīng)驗法。計算法由于比較復(fù)雜，特別是被控系統(tǒng)各環(huán)節(jié)時間常數(shù)難以確定，所以工程上用得比較少。工程上應(yīng)

30、用最多的還是經(jīng)驗法。所謂經(jīng)驗法實際上是一種湊試法。即根據(jù)人們在工作實踐中積累的經(jīng)驗以及被控對象的特點(diǎn)、參數(shù)，先粗選一個采樣周期T,送入計算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行試驗，根據(jù)對被控對象的實際控制效果，反復(fù)修改T,直到滿意為止。經(jīng)驗法所采用的采樣周期，如表2.1所示。表中所列的采樣周期T僅供參考。由于生產(chǎn)過程千變?nèi)f化，因此實際的采樣周期需要經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試后確定。本次課程設(shè)計我們所采用的參數(shù)就是通過經(jīng)驗法來確定的。3.6.2 PID控制在本次課程設(shè)計中的應(yīng)用在本次課程設(shè)計中我們是根據(jù)PID控制的基本原理，通過離散化的增量型PID編程流程圖進(jìn)行編程的；在參數(shù)設(shè)定時，運(yùn)用經(jīng)驗法進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。最后，確定PID算法及其

31、參數(shù)。第4章設(shè)計方案與具體實施4.1 總體設(shè)計方案在這次課程設(shè)計中，根據(jù)設(shè)計要求我們定下了如下的設(shè)計方案：根據(jù)原理分析，將總體設(shè)計分為直流電機(jī)調(diào)速、電機(jī)工作時的狀態(tài)轉(zhuǎn)速顯示、鍵盤控制、直流電機(jī)測速、雙系統(tǒng)控制顯示、直流電機(jī)測速、PID控制調(diào)速、速度曲線繪制和VC控制面板制作這幾個方面來設(shè)計。在設(shè)計過程中，我們先進(jìn)行直流電機(jī)調(diào)速、電機(jī)工作時的狀態(tài)轉(zhuǎn)速顯示、鍵盤控制；在完成的前提下，完成雙系統(tǒng)控制顯示；之后進(jìn)行直流電機(jī)測速和PID控制測速方面的設(shè)計；最后進(jìn)行速度曲線的繪制；而VC控制面板的制作是伴隨著前面幾個方面的設(shè)計進(jìn)行的。至于各部分的具體實施步驟在后面給出詳細(xì)說明。4.2 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制直流

32、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制是利用芯片0832和8255的功能完成電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，其工作原理已在設(shè)計原理部分給出，下面主要交易流程圖的形式給出其具體實施步驟：Sg32輸出0V雜根據(jù)程序所給命】F直無鍵按下下|令通過電255向通過軸出電: ML壓紿瓷端電機(jī).電機(jī)根據(jù)八司的1輸入電壓輸出不同轉(zhuǎn)癟/os韻寫入數(shù)搏31直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制流程圖4.3 七段數(shù)碼管顯示七段數(shù)碼管的顯示原理見設(shè)計原理部分，該部分編程流程圖如下七段數(shù)碼管顯示程序流程圖4.4 鍵盤控制鍵盤控制主要有芯片8255、8279等工作的，具工作原理在設(shè)計原理部分已經(jīng)給出,以下以流程圖的形式給出其具體實施步驟：f超過。韶方丁演無鍵按下輸出0V k _&quo

33、t;”洞提程序所給命 令通過B2砧百。器之壽人蠹據(jù)耀酹蜘電等待按慢y一,電他糧據(jù)召同的輸入 懂片雕不同轉(zhuǎn)速鍵盤控制程序流程圖4.5 LED顯示狀態(tài)LED顯示電機(jī)的工作狀態(tài)主要是通過8255利用程序?qū)τ诳刂?，其流程圖如下:LED顯示狀態(tài)程序流程圖在LED顯示電機(jī)狀態(tài)如下：啟動電機(jī)：兩綠燈亮。第一檔：兩黃燈亮，同時亮一紅燈。第二檔：兩黃燈亮，同時亮兩紅燈。第三檔：兩黃燈亮，同時亮三紅燈。第四檔：兩黃燈亮，同時亮四紅燈。微調(diào)+:兩黃燈加一綠燈亮。微調(diào)-:兩黃燈加一紅燈。暫停：四個紅燈亮。切換鍵盤：燈全亮。4.6 直流電機(jī)測速直流電機(jī)測速主要是用芯片8253和8255來實現(xiàn)其功能，其程序流程圖如下:顯

34、示提示信息三53定時器|2置列值，使OUTO嗣出周期為5口嶺的方波E25淀時器2置初值于使0UT2輸出周期為51秒的方波25面始化,FC4輸兒PC調(diào)出8253定"器1差M值8265PC蹦出,產(chǎn)使8253G幽為高開始計數(shù)jj"Vj-55PC4是否初二1鎖存計數(shù)值%脈沖不致口""&計算轉(zhuǎn).并顯示4.7 PID控制PID控制主要是用于直流電機(jī)調(diào)速，使其能快速準(zhǔn)確的達(dá)到所給定的電機(jī)轉(zhuǎn)速值，其程序流程圖如下：PID4.8 其他控制流程圖雙系統(tǒng)操作使用程序?qū)㈡I盤控制和控制面板控制兩程序有機(jī)結(jié)合起來構(gòu)成雙系統(tǒng)操作的。速度曲線繪制沒完成，之后用程序?qū)⑺俣惹€讀出

35、，用MATLAB軟件畫出的。而VC面板是在熟悉VC編程之后將原有C語言所編的程序裝換過去即可。第5章設(shè)計結(jié)果及分析1、經(jīng)過兩周多時間的努力，本次課程設(shè)計基本達(dá)到設(shè)計要求，具體結(jié)果是：2、用VC編寫出直流電機(jī)控制面板?？刂泼姘迦缦拢?、設(shè)計結(jié)果能進(jìn)行雙系統(tǒng)控制。4、七段數(shù)碼管能實時顯示電機(jī)工作狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)速。5、控制面板上能實時顯示電機(jī)工作狀態(tài)及轉(zhuǎn)速，并能實時進(jìn)行測速。6、PID控制能有效改善直流電機(jī)調(diào)速性能。調(diào)整PID的實時曲線如下7、LED能實時顯示電機(jī)工作狀態(tài)。不足之處：1、電機(jī)測速存在問題，不能穩(wěn)定的測出電機(jī)轉(zhuǎn)速，后需另一套設(shè)備檢驗了程序,程序穩(wěn)定性不夠好。2、速度實時測速曲線程序沒有設(shè)計出

36、來。3、PID控制程序是借助于另一套設(shè)備上完成調(diào)試的。分析：電機(jī)測速不穩(wěn)定，是由于測速程序還存在漏洞，且實驗箱上芯片存在問題使得測速部分不能正常工作，從而影響了PID控制部分和速度實時曲線的繪制；同時，由于本身對VC軟件的知識了解太少，是沒能完成繪圖根本原因。除此之外，完成了設(shè)計要求的其他部分，同時增加了控件實時測速和LED顯示電機(jī)工作狀態(tài)的功能,基本達(dá)到課程設(shè)計目的。第6章設(shè)計總結(jié)歷經(jīng)兩周的機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計，讓我們學(xué)到了很多機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計方面的知識。我們所設(shè)計的內(nèi)容是用VC實現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，所使用的是與其配套的TPC-UP實驗箱;其設(shè)計是基于計算機(jī)控制課程的學(xué)習(xí)，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用VC編程實

37、現(xiàn)系統(tǒng)控制。在設(shè)計過程中，經(jīng)常碰到關(guān)于控制芯片的應(yīng)用知識，如8255、8253、DAC0832、8259等芯片的使用，這里涉及到各芯片的工作命令和方式命令的設(shè)定；因此，要完成課程設(shè)計要求，必須對計算機(jī)控制中相關(guān)知識有比較深入的了解。雖然，在設(shè)計過程中我們碰到了很多問題，但經(jīng)過同學(xué)和老師的幫助基本上完成了課程設(shè)計的要求，用VC編寫控制界面以同時實現(xiàn)電機(jī)速度的給定，并加入PID調(diào)節(jié)算法，實時顯示測量速度和電機(jī)工作狀態(tài)；雖然未能實現(xiàn)曲線實時顯示測量速度，但仍通過讀實時測量數(shù)據(jù)實現(xiàn)繪制實時測速曲線功能。這次課程設(shè)計不僅達(dá)到考察我們所學(xué)知識的目的，同時對我們將來所從事工作學(xué)習(xí)均有很大的幫助。附錄一機(jī)電系

38、統(tǒng)設(shè)計日志3月10日：確定課程設(shè)計的題目，了解自己所要做的項目，查找課程設(shè)計所需的書籍材料，對課程設(shè)計有大概的了解。3月11日：確定所作題目所包含的主要內(nèi)容，確定本組課程設(shè)計的研究方向及方案，并根據(jù)要求開始做與實驗相關(guān)的實驗，完成了小直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制實驗、鍵盤顯示控制實驗、七段數(shù)碼管實驗等與TPCUP實驗箱相關(guān)的基礎(chǔ)實驗，熟悉了實驗箱的部分功能。3月12日：做小直流電機(jī)測速實驗，發(fā)現(xiàn)實驗指導(dǎo)書所給的材料無法完成實驗。之后放充小直流電機(jī)測速實驗，開始在C+環(huán)境下編寫小直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制實驗。在實驗過程中，將C+環(huán)境下無法完成任意速度控制，將轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)換不同速度的黨委控制，即系研究。3月13日：向老

39、師咨詢有關(guān)小直流電機(jī)測速實驗的內(nèi)容，初步解決測速實驗的編程與接線問題。同時，在C+環(huán)境下將直流電機(jī)轉(zhuǎn)速在七段顯示碼中的顯示程序和在C+程序中的顯示結(jié)果編寫出來，初步完成顯示部分要求。3月14日：在C+環(huán)境下，編寫鍵盤控制程序，成功后開始編寫鍵盤和電腦雙系統(tǒng)控制，經(jīng)一天的努力基本完成雙系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制及其顯示部分程序。除此之外，開始進(jìn)入小直流電機(jī)測速部分程序的研究。3月15日、3月16日休息；3月17日：繼續(xù)小直流電機(jī)測速部分程序的編寫，由于實驗中遇到種種困難，決定先進(jìn)行VC控制面板的設(shè)計。在當(dāng)天完成了VC控制面板控制控制的基本功能。3月18日：繼續(xù)設(shè)計VC控制面板，完成了鍵盤與控制面板雙系統(tǒng)控制

40、，能進(jìn)行正常的速度控制及速度、工作狀態(tài)的顯示，同時完成在七段顯示碼中的顯示操作。和老師一起討論直流電機(jī)測速問題的解決方法。3月19日：改造實驗箱，開始測速部分程序的編寫，雖經(jīng)過一天的奮斗，但仍然未為完成測速部分程序。3月20日：繼續(xù)測速程序的編寫，經(jīng)過方書明的指導(dǎo)程序部分有了很大的進(jìn)展，但仍存在測速數(shù)據(jù)不對的問題，考慮到時間問題開始著手PID控制部分設(shè)計。3月21日：PID控制部分基本完成，由于測速部分存在問題無法進(jìn)行PID控制程序的檢測，著手繪制電機(jī)速度曲線部分，由于所學(xué)字是有限，當(dāng)天下午基本是在查閱VC中有關(guān)畫圖的內(nèi)容。3月23日：開始畫圖程序的編制，但一則該部分知識很貧乏，二則自己的測速

41、程序還存在問題，最終空有繪圖的模版，但未能編出繪圖程序。3月24日：驗收3月25日：編直流電機(jī)速度值采集程序，最終編寫出測試電機(jī)速度程序，采集各不同工作狀態(tài)下的速度變換數(shù)值，并繪制了曲線。22附錄二設(shè)計成果1.VC控制面板2.PID實時調(diào)節(jié)曲線45速度實時顯示404#X3530鐘P=10I=20D=10P=92I=20D=30151010152025t/s分25每轉(zhuǎn)/速20轉(zhuǎn)0?p=0i=0D=0P=92I=0D=0P=92I=20D=10P=92I=60D=3033如圖所示，當(dāng)給定速度為40時，在PID調(diào)節(jié)下，調(diào)速曲線有明顯的改善，如圖中P=0,I=O,D=0組與P=92,I=60,D=30

42、組相比較可明顯看出，在PID調(diào)節(jié)下,曲線快速達(dá)到設(shè)定速度，但不同的PID所調(diào)節(jié)的效果也不相同，如P=92,I=60,D=30組與其他組相比較，其效果明顯高于其他組的效果。這原因主要是因為比例調(diào)節(jié)具有調(diào)節(jié)及時、調(diào)節(jié)作用強(qiáng)但不能消除靜差的特點(diǎn)；而積分調(diào)節(jié)其調(diào)節(jié)作用的輸出與偏差存在的時間有關(guān)，只要偏差存在調(diào)節(jié)器的輸出就會隨時間增長，直至偏差消除。所以，積分作用能消除靜差。但積分作用緩慢，且在偏差剛剛出現(xiàn)時，調(diào)節(jié)作用很弱，不能及時克服擾動的影響，致使被調(diào)參數(shù)的動聽偏差增大，因此，很少單獨(dú)使用；微分調(diào)節(jié)其輸出只能反映偏差出入變化的速度，對于一個固定的偏差，不論其數(shù)值多大，都不會引起微分作用，因此，它不能

43、消除靜差，而只是在偏差剛剛出現(xiàn)時產(chǎn)生一個大的調(diào)節(jié)作用。所以不同的PID調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的效果不同，在本次試驗中通過反復(fù)實驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)P=92,I=60,D=30其調(diào)節(jié)效果最佳。3.調(diào)試結(jié)果調(diào)試的最終結(jié)果實現(xiàn)了用VC實現(xiàn)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，利用實驗箱的鍵盤和控制面板雙系統(tǒng)實現(xiàn)電機(jī)速度的給定、利用七段數(shù)碼管顯示模塊實現(xiàn)電機(jī)速度給定的顯示和電機(jī)的測速顯示、利用DA模塊控制電機(jī)調(diào)速并利用8255和8253定時計數(shù)即實現(xiàn)電機(jī)的測速。在電機(jī)速度的給定中，加入PID調(diào)節(jié)算法，并利用曲線實現(xiàn)顯示測量速度的實時顯示。附錄三軟件源程序/ShejiDlg.cpp:implementationfile/#include&

44、quot;stdafx.h"#include"Sheji.h"#include"ShejiDlg.h"#include<stdio.h>#include<conio.h>#include"ApiEx.h"#include<iostream.h>#defineioport0x2b0/8279數(shù)據(jù)口#defineioport10x2b1/8279控制口#pragmacomment(lib,"ApiEx.lib")#ifdef_DEBUG#definenewDEBUG_NE#

45、undefTHIS_FILEstaticcharTHIS_FILE口=FILE;#endifinti,k,temp;intled=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71,0x67,0x37,0x73,0x31,0x3E,0x36,0x66,0x80,0x00;/CAboutDlgdialogusedforAppAboutclassCAboutDlg:publicCDialogpublic:CAboutDlg();/DialogDataAFX_DATA(CAboutDlg)en

46、umIDD=IDD_ABOUTBOX;/AFX_DATA/ClassWizardgeneratedvirtualfunctionoverridesAFX_VIRTUAL(CAboutDlg)protected:virtualvoidDoDataExchange(CDataExchange*pDX);/DDX/DDVsupport/AFX_VIRTUAL/Implementationprotected:AFX_MSG(CAboutDlg)/AFX_MSGDECLARE_MESSAGE_MAP();CAboutDlg:CAboutDlg():CDialog(CAboutDlg:IDD)AFX_DA

47、TA_INIT(CAboutDlg)/AFX_DATA_INITvoidCAboutDlg:DoDataExchange(CDataExchange*pDX)CDialog:DoDataExchange(pDX);AFX_DATA_MAP(CAboutDlg)/AFX_DATA_MAPBEGIN_MESSAGE_MAP(CAboutDlg,CDialog)AFX_MSG_MAP(CAboutDlg)/Nomessagehandlers/AFX_MSG_MAPEND_MESSAGE_MAP()/CShejiDlgdialogCShejiDlg:CShejiDlg(CWnd*pParent/*=N

48、ULL*/):CDialog(CShejiDlg:IDD,pParent)/AFX_DATA_INIT(CShejiDlg)m_strsudu=_T("");m_strxianshi=_T("");m_dangvalue=0;m_djsdvalue=0;m_Pvalue=0;m_Ivalue=0;m_Dvalue=0;/AFX_DATA_INIT/NotethatLoadIcondoesnotrequireasubsequentDestroyIconinWin32m_hIcon=AfxGetApp()->LoadIcon(IDR_MAINFRAME

49、);/m_nClickCount=0;voidCShejiDlg:DoDataExchange(CDataExchange*pDX)CDialog:DoDataExchange(pDX);/AFX_DATA_MAP(CShejiDlg)DDX_Text(pDX,IDC_sudu,m_strsudu);DDX_Text(pDX,IDC_xianshi,m_strxianshi);DDX_Text(pDX,IDC_dang,m_dangvalue);DDX_Text(pDX,IDC_djsd,m_djsdvalue);DDX_Text(pDX,IDC_P,m_Pvalue);DDX_Text(pDX,IDC_I,m_Ivalue);DDX_Text(pDX,IDC_D,m_Dvalue);/AFX_DATA_MAPBEGIN_MESSAGE_MAP(CShejiDlg,CDialog)/AFX_MSG_MAP(CShejiDlg)ON_WM_SYSCOMMAND()ON_WM_PAINT()ON_WM_QUERYDRAGICON()ON_BN_CLICKED(IDC_star,Onstar)ON_BN_CLICKED(IDC_first,Onfirst)ON_BN_CLICKED(IDC_second,Onsecond