基于PID算法的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器的設(shè)計(jì)

1、 課程設(shè)計(jì)1計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表設(shè)計(jì)課題設(shè)計(jì)課題 基于 PID 算法直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器的設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)專業(yè)班級(jí) ： 自動(dòng) F0902 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 ： 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) ： 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 ： 設(shè)計(jì)地點(diǎn)設(shè)計(jì)地點(diǎn) ： 31-503 設(shè)計(jì)時(shí)間設(shè)計(jì)時(shí)間 ： 2012-06-112012-06-15 指導(dǎo)教師意見：成績(jī): 簽名： 年 月 日 課程設(shè)計(jì)2 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)專業(yè)班級(jí)自動(dòng) F0902學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)題題 目目基于 PID 算法直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器的設(shè)計(jì)課題性質(zhì)課

2、題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題來(lái)源課題來(lái)源網(wǎng)絡(luò)指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師主要內(nèi)容主要內(nèi)容（參數(shù)）（參數(shù)）利用 89S51 設(shè)計(jì) PID 算法的直流電機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以下功能：1直流電機(jī)以最快的速度穩(wěn)定；2實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；3電機(jī)的震蕩小；任務(wù)要求任務(wù)要求（進(jìn)度）（進(jìn)度）第 1 天：熟悉課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計(jì)方案。第 2 天：按照確定的方案設(shè)計(jì)單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計(jì)要有詳細(xì)論述。第 3 天：軟件設(shè)計(jì)，編寫程序。第 4-5 天：撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。主要參考主要參考資料資料1 孫傳友. 測(cè)控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)M . 北京:北京航空航天大學(xué)出版社， 2003

3、: 160一166 ， 1742 潘松，黃繼業(yè). EDA 技術(shù)實(shí)用教程M. 北京: 科學(xué)出版社， 2003: 33.3 Atmel. AT89S51 數(shù)據(jù)手冊(cè)DB/OL. 4 ST. L298N 數(shù)據(jù)手冊(cè)DB/OL.5 泰繼榮. 現(xiàn)代直流控制技術(shù)及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社， 1993: 141-145.6 張俊漠. 單片機(jī)中級(jí)教程M. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社， 2006: 96. 7 何立民. MCS -51 系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù) M . 北京:北京航空航天大學(xué)出版社， 1990: 83-87. 課程設(shè)計(jì)3審查意見審查意見系（教研室）主任簽字：系（教研

4、室）主任簽字： 年年 月月 日日 目 錄1 引言引言.42 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì).5停2.1 硬件組成.5停2.2 方案論證.6停2.3 總體方案.93 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì).9停3.1 單片機(jī)及其外圍電路.9停3.2 速度傳感器與信號(hào)調(diào)理電路.10停3.3 電源電路設(shè)計(jì).11停3.4 直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì).12停35 電路顯示模塊的設(shè)計(jì).12停36 鍵盤輸入電路的設(shè)計(jì).144 軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)檢測(cè).14停41 PID 的基本算法.14停42 數(shù)字 PID 算法.15停43 電機(jī)速度的算法.17停4.4 程序流程圖.18停45 屏幕顯示程序流程圖.20停46 系統(tǒng)的測(cè)

5、試與分析.225 結(jié)論結(jié)論.23參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).23附錄：附錄：.25 課程設(shè)計(jì)4 1 引言 自動(dòng)控制經(jīng)由數(shù)百年的發(fā)展到如今已經(jīng)涵蓋了社會(huì)的方方面面，其在生物、電子、機(jī)械、軍事、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用，這更推動(dòng)了自動(dòng)控制的快速發(fā)展。 在中國(guó)古代時(shí)期自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)就已經(jīng)被發(fā)掘如指南車采用擾動(dòng)補(bǔ)償原理的方向開環(huán)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)；銅壺滴漏計(jì)時(shí)裝置采用非線性限制器的多級(jí)阻容濾波；觀測(cè)天象的水力天文裝置內(nèi)有樞輪轉(zhuǎn)速恒定系統(tǒng)采用內(nèi)部負(fù)反饋并進(jìn)行自震蕩的系統(tǒng)等，這些控制系統(tǒng)在我國(guó)古代得到了廣泛的應(yīng)用，及隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們對(duì)自動(dòng)裝置的追求，控制器也發(fā)生了翻天覆地的變化，不斷地深入人心，它將成為當(dāng)

6、今社會(huì)的主流之一，深入到各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域。在現(xiàn)代社會(huì)，我國(guó)神舟飛船的飛天，各個(gè)檢測(cè)器的出現(xiàn)及應(yīng)用都將推動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的飛躍。 控制理論經(jīng)歷了經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論賽格階段，而一個(gè)完整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該如下：這此圖中的調(diào)節(jié)器、檢測(cè)元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，而控制器系統(tǒng)主要包括傳感器、變速器、控制器（計(jì)算機(jī)、單片機(jī)）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、I/O 口。控制系統(tǒng)的被測(cè)參數(shù)經(jīng)傳感器，變送器轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)送到控制器，再經(jīng)一定的算法輸出需要值然后加在被控系統(tǒng)上。而目前 PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器在社會(huì)生活中廣泛使用，而 PID 作為一種經(jīng)典算法也越來(lái)越受國(guó)內(nèi)外各

7、個(gè)行業(yè)的關(guān)注。 PID 控制器發(fā)展至今已有 70 多年的歷史形成了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)使其在工業(yè)控制中發(fā)揮著不可泯滅的作用，又隨著現(xiàn)代科技的突飛猛進(jìn)各種儀器、儀表的出現(xiàn)更加推動(dòng)了 PID 控制器的發(fā)展。 當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象或者不能有效的獲取相關(guān)的參數(shù)信息時(shí)，以 PID 控制技術(shù)控制是最適用的。實(shí)際應(yīng)用中也有 PI、PD 控制，PID控制器就是偏差的比例、積分、微分進(jìn)行控制。比例能夠迅速反應(yīng)誤差，減少誤差；積分是對(duì)靜態(tài)誤差的時(shí)間積累這樣即便誤差很小隨著時(shí)間的增加而增大使控制器的輸出增大，進(jìn)一步減小穩(wěn)態(tài)誤差直至為 0；而微分控制能偏差信號(hào) 課程設(shè)計(jì)5的變化趨

8、勢(shì)，能夠超前控制，克服系統(tǒng)的慣性，加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減少超調(diào)量，提高穩(wěn)定性。在不同的工程中我們可根據(jù)工程的特點(diǎn)、需求來(lái)選擇不同的控制器。隨著社會(huì)的進(jìn)步和客戶的不同要求，我們可以借助物聯(lián)網(wǎng)來(lái)遠(yuǎn)程控制我們的系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成熟并廣泛應(yīng)用而控制系統(tǒng)也將向精度更高、穩(wěn)定性更好、易于交流和網(wǎng)絡(luò)控制的方向發(fā)展。 本次設(shè)計(jì)主要研究的是 PID 算法在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，采用經(jīng)典的被控對(duì)象直流電機(jī)。直流電機(jī)由于其調(diào)速范圍寬、且易于平滑調(diào)速、易于控制、快速性高、調(diào)速時(shí)能量損耗小等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在電腦硬盤、CPU 風(fēng)扇、光驅(qū)等這些精密的小型電機(jī)中大量應(yīng)用，也在電子加工流水線設(shè)備,紡織印染、化工機(jī)電、冶金、鋼鐵、制造、電梯

9、等各個(gè)行業(yè)和大型設(shè)備中使用。然而在這些應(yīng)用中電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制占據(jù)著無(wú)比重要的地位，因此本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的問(wèn)題，利用經(jīng)典 PID 算法控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。其設(shè)計(jì)思路為：以 AT89C52 單片機(jī)為控制核心，產(chǎn)生占空比受 PID 算法控制的 PWM 脈沖以及 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片共同實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。同時(shí)利用光電傳感器將電機(jī)速度轉(zhuǎn)換成脈沖頻率反饋到單片機(jī)中，構(gòu)成轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)，達(dá)到轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)節(jié)的目的。還有在系統(tǒng)中采 12864LCD 顯示器作為顯示部件，通過(guò) 44 鍵盤設(shè)置P、I、D、V 四個(gè)參數(shù)和正反轉(zhuǎn)控制，啟動(dòng)后通過(guò)顯示部件了解電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速和運(yùn)行時(shí)間。因此該系統(tǒng)在硬件方面包

10、括：電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊、速度檢測(cè)模塊、人機(jī)交互模塊。軟件部分采用 C 語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)為：可移植性強(qiáng)、算法容易實(shí)現(xiàn)、修改及調(diào)試方便、易讀等。 本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)： （1）采用數(shù)字 PID 算法，以及可移植性強(qiáng)的 C 語(yǔ)言編程方法，能夠使程序易讀，便于修改和共享，其次能使控制系統(tǒng)更加靈活，簡(jiǎn)便。（2）使用線性的光電隔離器達(dá)到主、控電路的隔離，有利于保護(hù)電路元件，減少損失。（3）采用 128 64LCD 屏顯示模塊讓人更直觀地了解電機(jī)的轉(zhuǎn)速、運(yùn)行時(shí)間易于操作者的控制。（4）采用光電傳感器將速度轉(zhuǎn)化成脈沖頻率反饋到單片機(jī)控制，將比例、積分、微分的靜態(tài)誤差進(jìn)行比較，以致達(dá)到消

11、除誤差，提高了控制的精度。 2 總體方案設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)6 2.1 硬件組成 按照實(shí)際生活中對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的技術(shù)要求，控制系統(tǒng)的硬件應(yīng)包括以下幾部分：（1）控制器。作為控制系統(tǒng)的核心，可采用單片機(jī)、PLC、DCS 等，在實(shí)際應(yīng)用中按照需求和經(jīng)濟(jì)形勢(shì)來(lái)選擇，按照輸入其中的 PID 經(jīng)典算法把輸入來(lái)的偏差信號(hào)按照比例、積分、微分的計(jì)算方式計(jì)算后輸出較小偏差的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，啟停。（2）速度檢測(cè)通道。將速度信號(hào)通過(guò)光電傳感器轉(zhuǎn)化成脈沖頻率反饋到單片機(jī)，來(lái)影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（3）控制輸出通道?？刂破鬏敵龅目刂菩盘?hào)經(jīng)該通道對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)施控制。（4）人機(jī)交互界面。在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)啟停過(guò)程中都能通過(guò)該界面了解到電機(jī)

12、的轉(zhuǎn)速，運(yùn)行時(shí)間，方便工作人員更好地操作。（5）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。L298N 考慮到了電路的抗干擾能力、安全性、可靠性使電路設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，大大提高了工作效率。（6）鍵盤模塊。采用個(gè)按鍵的鍵盤，雖然操作速度會(huì)有所降低但其功能m n更加豐富。（7）電源模塊。通過(guò)固定芯片（7812、7805）對(duì)整流后的電壓進(jìn)行降壓，穩(wěn)壓處理提高安全性，可靠性，節(jié)省電路元件。電路方框圖如圖 2.1 所示：鍵盤模塊控制器模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊直流電機(jī)速度檢測(cè)模塊顯示模塊圖 2.1 硬件方框圖2.2 方案論證方案論證（1）控制器 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)， 控制器主要用于產(chǎn)生占空比受數(shù)字 PID 算法控制的 PWM 脈沖，并對(duì)電機(jī)當(dāng)前速度進(jìn)行

13、采集處理，根據(jù)算法得出當(dāng)前所需輸出的占空比脈沖。對(duì)于控制器的選擇有以下兩種方案。 課程設(shè)計(jì)7 方案一:采用 AT89S51 作為系統(tǒng)控制的方案。AT89S51 單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制 1 吟。相對(duì)于 FPGA 來(lái)說(shuō)，它的芯片引腳少， 在硬件很容易實(shí)現(xiàn)。并且它還具有功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。方案二: 采用 FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編輯門列陣)作為系統(tǒng)的控制器，F(xiàn)PGA 可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能叫模塊大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用 EDA 軟件仿真、調(diào)試，易于進(jìn)

14、行功能控制。FPGA 采用并行的輸入輸出方式， 提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。通過(guò)輸入模塊將參數(shù)輸入給 FPGA ，F(xiàn)PGA 通過(guò)程序設(shè)計(jì)控制 PWM 脈沖的占空比，但是由于本次設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的時(shí)間要求不高，F(xiàn)PGA 的高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。（2）速度檢測(cè)通道模塊方案一：采用測(cè)速發(fā)電機(jī)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量。該方案的實(shí)現(xiàn)原理是將測(cè)速發(fā)電機(jī)固定在直流電機(jī)的軸上， 當(dāng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)測(cè)速電機(jī)的軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，因此測(cè)速發(fā)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生大小隨直流電機(jī)轉(zhuǎn)速大小變

15、化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)， 因此精度比較高，但由于該方案的安裝比較復(fù)雜、成本也比較高，在本次設(shè)計(jì)沒(méi)有采用此方案。方案二：采用霍爾集成片。該器件，內(nèi)部由三片霍爾金屬板組成。當(dāng)磁鐵正對(duì)金屬板肘，由于霍爾效應(yīng)，金屬板發(fā)生橫向?qū)?lsl ，因此可以在電機(jī)上安裝磁片，而將霍爾集成片安裝在固定軸上，通過(guò)對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)進(jìn)行電機(jī)速度的檢測(cè)。方案三：采用對(duì)射式光電傳感器。其檢測(cè)方式為：發(fā)射器和接受器相互對(duì)射安裝，發(fā)射器的光直接對(duì)準(zhǔn)接受器，當(dāng)壩 IJ 物擋住光束時(shí)，傳感器輸出產(chǎn)生變化以指示被測(cè)物被檢測(cè)到。通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)，對(duì)速度進(jìn)行測(cè)量。（3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 方案一：采用專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，例如 L298N、L297N 等電機(jī)驅(qū)

16、動(dòng)芯片， 課程設(shè)計(jì)8由于它內(nèi)部己經(jīng)考慮到了電路的抗干擾能力，安全、可靠行，所以我們?cè)趹?yīng)用時(shí)只需考慮到芯片的硬件連接、驅(qū)動(dòng)能力等問(wèn)題就可以了，所以此種方案的電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好。設(shè)計(jì)者不需要對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)考慮很多，可將重點(diǎn)放在算法實(shí)現(xiàn)和軟件設(shè)計(jì)中，大大的提高了工作效率。 方案二：采用多級(jí)放大晶體管構(gòu)成復(fù)合晶體管增大驅(qū)動(dòng)電流而形成的驅(qū)動(dòng)電路，但由于采用的晶體管較多增大了驅(qū)動(dòng)電路中的元件數(shù)目，使電路復(fù)雜化，抗干擾能力差，安全性低。（4）電源模塊 方案一：通過(guò)電阻分壓的形式將整流后的電壓分別降為控制芯片和電機(jī)運(yùn)行所需的電壓， 此種方案原理和硬件電路連接都比較簡(jiǎn)單， 但對(duì)能量的損耗大，在

17、實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)同一般不宜采用。 方案二：通過(guò)固定芯片對(duì)整流后的電壓進(jìn)行降壓、程、壓處理(如7812、7805等)，此種方案可靠性、安全性高，對(duì)能源的利用率高，并且電路簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)。（5）顯示模塊 方案一: 使用七段數(shù)碼管 C LED ) 顯示。數(shù)碼管具有亮度高、工作電壓低、功耗小、易于集成、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、耐沖擊且性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，并且它可采用 BCD 編碼顯示數(shù)字，編程容易，硬件電路調(diào)試簡(jiǎn)單。但由于在此次設(shè)計(jì)中需要設(shè)定的參數(shù)種類多，而且有些需要進(jìn)行漢字和字符的顯示，所以使用 LED 顯示器不能完成設(shè)計(jì)任務(wù)，不直采用。 方案二:采用 1602LCD 液晶顯示器，該顯示器控制方法簡(jiǎn)單，功率低、硬件電路簡(jiǎn)單

18、、可對(duì)字符進(jìn)行顯示，但考慮到 1602LCD 液晶顯示器的屏幕小，不能顯示漢字，因此對(duì)于需要顯示大量參數(shù)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)不宜采用。 方案三: 采用 128x64LCD 液晶顯示器，該顯示器功率低，驅(qū)動(dòng)方法和硬件連接電路較上面兩種方案復(fù)雜，顯示屏幕大、可對(duì)漢字和字符進(jìn)行顯示。（6）鍵盤模塊 方案一：采用獨(dú)立式鍵盤，這種鍵盤硬件連接和軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，并且各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵均有一端接地，另一端接到輸入線上。按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)影響其它按鍵上的輸入狀態(tài)。但是由于獨(dú)立式鍵盤每個(gè)按鍵需要占用一根 課程設(shè)計(jì)9輸入口線，所以在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I10 口浪費(fèi)大，故此鍵盤只適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。 方案二

19、: 采用行列式鍵盤， 這種鍵盤的特點(diǎn)是行線、列線分別接輸入線、輸出線。按鍵設(shè)置在行、列線的交叉點(diǎn)上， 利用這種矩陣結(jié)構(gòu)只需 m 根行線和 n 根列線就可組成個(gè)按鍵的鍵盤，因此矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多m n的場(chǎng)合。但此種鍵盤的軟件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。 經(jīng)過(guò)上述的分析與論證， 系統(tǒng)各模塊采用的方案如下:( 1 ) 控制模塊: 采用 AT89S51 單片機(jī);( 2 ) 速度檢測(cè)模塊：采用光電傳感器( 3 ) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：采用 L298N。( 4 ) 電源模塊：采用較穩(wěn)定的芯片 7812( 5 ) 顯示模塊：采用 128 64LCD 液晶顯示器( 6 ) 鍵盤模塊：采用個(gè)按鍵的鍵盤m n 2.3 總體

20、方案按照上述方案論證的結(jié)果，基于 PID 算法的直流電機(jī)控制的總體方案框圖如圖 2.2 所示。圖 2.2 中，光電傳感器輸出的微弱信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器放大后輸入到V/F 轉(zhuǎn)換電路，將放大后的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)化成脈沖信號(hào)，脈沖的頻率與輸入的模擬信號(hào)成正比，這個(gè)轉(zhuǎn)化后的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離器輸入到 MCU 中。單片機(jī)對(duì)輸入的脈沖信號(hào)處理后與計(jì)劃的值相比較輸入較小的穩(wěn)態(tài)誤差的信號(hào)，經(jīng)L298N 驅(qū)動(dòng)芯片、放大器后送至直流電機(jī)，同時(shí)把電機(jī)的轉(zhuǎn)速和運(yùn)行時(shí)間顯示在 LED 屏上。從而方便得到比較理想的信號(hào)。其總體方框圖如 2.2 所示：光電傳感器放大電路V/F轉(zhuǎn)換電路光電隔離器光電隔離器電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片直流電機(jī)MCUL

21、ED顯示屏MN鍵盤圖 2.2 總體方框圖 3 硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 單片機(jī)及其外圍電路 課程設(shè)計(jì)10AT89S51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash 程序存儲(chǔ)器，既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中，ATMEL 公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位 AT89S51 單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C52 的主要性能

22、參數(shù)：與 MCS-51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k 字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash 閃速存儲(chǔ)器1000 次擦寫周期4.05.5V 的工作電壓范圍全靜態(tài)工作模式：0Hz33MHz三級(jí)程序加密鎖1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM32 個(gè)可編程 IO 口線2 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器6 個(gè)中斷源全雙工串行 UART 通道低功耗空閑和掉電模式中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性靈活的在系統(tǒng)編程（ISP 字節(jié)或頁(yè)寫模式）AT89S51 的主要內(nèi)部的結(jié)構(gòu)：4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器128 字節(jié)內(nèi)部 RAM32 個(gè) IO 口線看門狗（WDT）兩個(gè)數(shù)據(jù)指針兩個(gè) 16 位定時(shí)

23、計(jì)數(shù)器一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu) 課程設(shè)計(jì)11一個(gè)全雙工串行通信口片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路同時(shí)，AT89S51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 3.2 速度傳感器與信號(hào)調(diào)理電路 在本系統(tǒng)中由于要將電機(jī)本次來(lái)樣的速度與上次采樣的速度進(jìn)行比較，通過(guò)偏差進(jìn)行 PID 運(yùn)算，因此速度來(lái)集電路是整個(gè)系統(tǒng)不可缺少的部分。本次設(shè)計(jì)中應(yīng)用了比較常見的光電測(cè)速方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其具體做法是將電機(jī)軸上固定一困盤， 且其邊緣上有 N 個(gè)等分凹槽，在圓盤的一側(cè)固定一個(gè)發(fā)光二極管，其位置對(duì)準(zhǔn)凹槽處， 在另一

24、側(cè)和發(fā)光二極光平行的位置上固定一光敏三極管， 如果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到凹槽處肘，發(fā)光二極管通過(guò)縫隙將光照射到光敏三極管上，電路如圖 3.1 所示， 三極管導(dǎo)通，反之三極管截止，從圖中可以得出電機(jī)每轉(zhuǎn)一圍在P3.3 的輸出端就會(huì)產(chǎn)生 N 個(gè)低電平。這樣就可根據(jù)低電平的數(shù)量來(lái)計(jì)算電機(jī)此時(shí)轉(zhuǎn)速了。例如當(dāng)電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)， P3.3 將輸出如圖 3 .2 所示的脈沖， 若知道一段時(shí)間 t 內(nèi)傳感器輸出的低脈沖數(shù)為 n ， 則電機(jī)轉(zhuǎn)速v=r/s。+5vR1220R13470P3.3圖 3.1 光電傳感器示意圖圖 3.2 傳感器輸出脈沖波形圖 3.3 電源電路設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)12為獲得穩(wěn)定的電壓和較穩(wěn)定的電流，

25、我們采用相對(duì)較為便宜且性能比較良好的電源芯片 7812、7805、7912。最大的輸出電流為 1.5A.其原理圖如圖3.3。220vGND1000uFC10.33uFC31000uFC20.33uFC4inoutGND7812in outGND79121uFC51uFC6R1470R3470R2240inoutGND7805+5v+12v圖 3.3 穩(wěn)壓電源圖 3.4 直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)模塊是控制器與執(zhí)行器之間的橋梁，在本系統(tǒng)中單片機(jī)的 I/O 口不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，只有引入電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊才能保證電機(jī)按照控制要求運(yùn)行， 在這里邊用 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)， 該芯片是由四個(gè)大功率晶

26、體管組成的 H 橋電路構(gòu)成，四個(gè)晶體管分為兩組，交替導(dǎo)通和截止，用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在開關(guān)狀態(tài)，通過(guò)調(diào)整輸入脈沖的占空比， 調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。其中輸出腳 C SENSEA 和 SENSEB )用來(lái)連接電流檢測(cè)電阻， Vss 接邏輯控制的電源。Vs 為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源。INI-IN4 輸入引腳為標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào)，用來(lái)控制 H 橋的開與關(guān)即實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ENA 、ENB 引腳則為使能控制端， 用來(lái)輸入 P磯幣 4 信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。其電路如圖 3 . 4 所示， 利用兩個(gè)光電相合器將單片機(jī)的 1/0 與驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行隔離， 保證電路安全可靠。這樣單片機(jī)產(chǎn)生的PWM 脈沖控制 L298

27、N 的邊通端口 1 ， 使電機(jī)在 PWM 脈沖的控制下正常運(yùn)行， 其中四個(gè)二極管對(duì)芯片起保護(hù)作用。 課程設(shè)計(jì)13IN15IN27IN310IN412ENA6ENB11GND8NC16SENSEB15SENSEA1OUT414OUT313OUT23OUT12Vs4Vss9U3L298N+12vC720uFC820uF+5vA-+12vGND470R4U3TLP521U4TLP521R5470R65KR7470R85KP 2.6P 2.5P 2.7圖 3.4 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路示意圖 35 電路顯示模塊的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求要對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行顯示，因此在電路中加入顯示模塊是非常必要的。在

28、系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中需要顯示的數(shù)據(jù)比較都，而且需要漢字顯示，在這里邊用128x64 液晶顯示器比較適合， 它是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器， 主要由行驅(qū)動(dòng)器/列驅(qū)動(dòng)器及128x64 全點(diǎn)陣液晶顯示器組成， 可完成漢字( 16x16 ) 顯示和圖形顯示共有20 個(gè)引腳l S l ， 其引腳名稱及引腳編號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表格3 .5 所示。引腳符號(hào)功能引腳符號(hào)功能1VSS電源/地15CS1CS1=1選左64*64點(diǎn)2VDD電源+5v16CS2CS2=1選右64*64點(diǎn)3VO液晶驅(qū)動(dòng)電源17/RST復(fù)位端4RSH：輸入L：輸出18VEE屏驅(qū)動(dòng)負(fù)電源5R/WH：讀取L：寫入19A背光正電源6E使能端20K背光負(fù)電源7

29、-14DB0-DB7數(shù)據(jù)線圖3.5 引腳名稱和標(biāo)號(hào)示意圖其電路連接圖如圖3.6所示： 課程設(shè)計(jì)14P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RXT9P3.0/RXD10P3.1/TCD11P3.2/INT112P3.313P3.414P3.515P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE30EA31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U189S

30、51R1010KR11470220uFC9VSS1VDD2VO3RS4R/W5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714CS115CS216RST17VEE18A19K20U212864 LED112233445566778899R9*10K+5v10K+5vP0.4P0.5P0.6P0.7P1.0P1.1P1.2P1.3P3.3圖3.6 12864屏顯示電路圖 36 鍵盤輸入電路的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)需求， 本系統(tǒng)中使用了4x4 鍵盤用以實(shí)現(xiàn)對(duì)P 、I 、D 三個(gè)參數(shù)和電機(jī)正反轉(zhuǎn)的設(shè)定，以及對(duì)電機(jī)啟動(dòng)、停止、暫停、繼續(xù)的控制，其電路原理圖如圖3.7所示。圖中L0-

31、 L3 為4x4 鍵盤的列信號(hào)， H0-H3 為4x4 鍵盤的行信號(hào)。在本系統(tǒng)中， 用Pl .0、P1.1、P1.2、Pl .3 連鍵盤的列信號(hào)L0-L3 ; 用P0.4PO .7 連接鍵盤的行信號(hào)H0- H3例。按照要求設(shè)計(jì)操作面板如圖3.7所示: 課程設(shè)計(jì)15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9停停停 停停 停停 停停 停停 停停P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0P1.1P1.2P1.3圖3.7 鍵盤模塊鍵盤操作說(shuō)明: 在系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)， 128x64LCD 將顯示開機(jī)界面， 若按下設(shè)置鍵顯示屏進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面，此時(shí)按1 、2 、3 、4 進(jìn)入相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置的狀態(tài)， 輸入相應(yīng)的數(shù)

32、字即可完成該參數(shù)的設(shè)置，待所有量設(shè)置完成后按正/反控制鍵設(shè)置正反轉(zhuǎn)， 最后按啟動(dòng)鍵啟動(dòng)系統(tǒng)， 在運(yùn)行過(guò)程中可按下相應(yīng)鍵對(duì)電機(jī)進(jìn)行暫停、繼續(xù)、停止運(yùn)行的控制。 4 軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)檢測(cè) 41 PID 的基本算法PID控制是比例、積分、微分控制的簡(jiǎn)稱。在自動(dòng)控制領(lǐng)域中， PID 控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的基本控制方式。PID 控制器的原理是根據(jù)系統(tǒng)的被調(diào)量實(shí)測(cè)值與設(shè)定值之間的偏差， 利用偏差的比例、積分、微分三個(gè)環(huán)節(jié)的不同組合計(jì)算出對(duì)廣義被控對(duì)象的控制量。圖4.1是常規(guī)PID 控制系統(tǒng)的原理圖。比例積分微分執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)象r（t）e（t）u（t）y（t）+-+圖4.1 PID控制原理圖y(t) 構(gòu)成的

33、控制偏差信號(hào)e(t) :e(t )=r(t) - y (t) (1) 課程設(shè)計(jì)16其輸出為該偏差信號(hào)的比例、積分、微分的線性組合，也即PID 控制律:式中， Kp 為比例系數(shù); TI 為積分時(shí)間常數(shù); TD 為微分時(shí)間常數(shù)。根據(jù)被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性和控制要求的不同， 式(2) 中還可以只包含比例和積分的PI 調(diào)節(jié)或者只包含比例微分的PD 調(diào)節(jié)。下面主要討論P(yáng)ID 控制的特點(diǎn)及其對(duì)控制過(guò)程的影響、數(shù)字PID 控制策略的實(shí)現(xiàn)和改進(jìn)， 以及數(shù)字PID 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制參數(shù)的整定等問(wèn)題。 42 數(shù)字 PID 算法在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)中， 通常采用如圖l 所示的PID 控制， 其對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)表達(dá)式為

34、對(duì)應(yīng)的控制算法表達(dá)式為模擬調(diào)節(jié)器很難實(shí)現(xiàn)理想的微分de(t) / dt ， 而利用計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)式(10) 所表示的差分運(yùn)算， 故將式(11) 稱為理想微分?jǐn)?shù)字PID 控制器?；镜臄?shù)字PID控制器一般具有以下兩種形式的算法。（1）位置型算法模擬調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)動(dòng)作是連續(xù)的，任何瞬間的輸出控制量u 都對(duì)應(yīng)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如調(diào)節(jié)閥)的位置。由上式可知，數(shù)字控制器的輸出控制量u(k) 也和閥門位置相對(duì)應(yīng)，故稱為位置型算式(簡(jiǎn)稱位置式)。相應(yīng)的算法流程圖如圖4.2所示。由圖可以看出， 因?yàn)榉e分作用是對(duì)一段時(shí)間內(nèi)偏差信號(hào)的累加， 因此，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)位置型算法不是很方便，不僅需要占用較多的存儲(chǔ)單元， 而且編程

35、也不方便， 因此可以采用其改進(jìn)式一一增量型算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。PID位置算法控制器被控對(duì)象r（t）e（t）u（t）y（t）+- 課程設(shè)計(jì)17圖4.2 數(shù)字PID位置型控制器示意圖（2）增量型算法增量型算法僅僅是在算法設(shè)計(jì)上的改進(jìn)， 其輸出是相對(duì)于上次控制輸出量的增量形式， 并沒(méi)有改變位置型算法的本質(zhì)，即它仍然反映執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置開度。如果希望輸出控制量的增量， 則必須采用具有保持位置功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。數(shù)字PID 控制器的輸出控制量通常都是通過(guò)D/A 轉(zhuǎn)換器輸出的，在D/A 轉(zhuǎn)換器中將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)(4-20 mA的電流信號(hào)或0-5V 的電壓信號(hào))，然后通過(guò)放大驅(qū)動(dòng)裝置作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，信號(hào)作用的時(shí)間

36、連續(xù)到下一個(gè)控制量到來(lái)之前。因此， D/A 轉(zhuǎn)換器具有零階保持器的功能。增量型算法的程序流程圖如圖4.3 所示。PID增值算法控制器被控對(duì)象（t）（t）+-re（t）uy（t）圖4.3 數(shù)字PID增值型控制器示意圖因此又有經(jīng)典的控制理論和對(duì)PID算法的深入了解得到PID算法的基本流程圖4.4可為： 圖4.4 PID算法的基本流程圖 43 電機(jī)速度的算法本系統(tǒng)中電機(jī)速度來(lái)集是一個(gè)非常重要的部分， 它的精度直接影響到整個(gè)控制的精度。在設(shè)計(jì)中采用了光電傳感器做為測(cè)速裝置， 其計(jì)算公式為: 課程設(shè)計(jì)18v=n（Nt）60 r/min從這里可以看出速度v 的誤差主要是由困盤邊緣上的凹槽數(shù)N的多少?zèng)Q定的，

37、為了減少系統(tǒng)誤差應(yīng)盡量提高凹槽的數(shù)量， 在本次設(shè)計(jì)中取凹槽數(shù)N 為100 ，采樣時(shí)間t為O.5S ，則速度計(jì)算具體程序流程如圖4.5下：T=0.5s計(jì)算r=n/(60/0.5)計(jì)算v=(r/0.5)*60YN返回開始圖4.5 測(cè)速程序流程圖 4.4 程序流程圖（1）鑒于對(duì)涉及系統(tǒng)的要求和面對(duì)對(duì)象時(shí)能夠方便的使用，特在每次需要重新的顯示時(shí)需要重新刷新一次屏幕現(xiàn)在設(shè)計(jì)的主程序流程圖如圖4.6。 （2）定時(shí)器 T0 的程序流程圖如圖 4.7。脈沖計(jì)數(shù)t=0.5s計(jì)算速度PID運(yùn)算變量賦值刷新數(shù)據(jù)T0賦值RET1YN開始開始初始化清屏設(shè)置鍵按下設(shè)置鍵按下清屏開始屏幕顯示啟動(dòng)鍵按下計(jì)算參數(shù)清屏電機(jī)運(yùn)行屏

38、幕顯示PWM脈沖輸出NYNY圖 4.6 主程序圖 圖 4.7 定時(shí)器 T0 的流程圖（3）鍵盤程序控制流程圖 4.8 課程設(shè)計(jì)19延時(shí)去抖P1口低四位置1讀P1口低四位數(shù)據(jù)到KEYLP1口高四位置1讀P1口高四位數(shù)據(jù)到KEYHKEYL,KEYH相與為KEYKEY=0XEE？KEY=0XED？KEY=0XEB？KEY=0XE7？KEY=0XDE？KEY=0XDD？KEY=0XDB？KEY=0XD7？KEY=0XBD？KEY=0XBE？KEY=0XBB？KEY=0XB7？KEY=0X7E？KEY=0X7D？KEY=0X7B？KEY=0X77？NNNNNNNNNNNNNN鍵0鍵1鍵2鍵3鍵4鍵5鍵6

39、鍵7鍵8鍵9正/反轉(zhuǎn)暫停繼續(xù)啟動(dòng)停止設(shè)置NNRET1NYYYYYYYYYYYYYYYY圖 4.8 鍵盤程序流程圖 課程設(shè)計(jì)20 45 屏幕顯示程序流程圖對(duì) 12864 屏幕工作的情況的簡(jiǎn)要介紹。模塊控制芯片提供兩套控制命令，基本指令和擴(kuò)充指令如下： 指令表 1：（RE=0：基本指令） 指令指令碼功能指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除顯示0000000001將 DDRAM 填滿20H,并且設(shè)定DDRAM 的地址計(jì)數(shù)器(AC)到00H地址歸位000000001X設(shè)定 DDRAM 的地址計(jì)數(shù)器(AC)到00H,并且將游標(biāo)移到開頭原點(diǎn)位置;這個(gè)指令不改變DDRAM 的內(nèi)容顯示狀態(tài)開/關(guān)

40、0000001DCBD=1: 整體顯示 ONC=1: 游標(biāo) ON B=1:游標(biāo)位置反白允許進(jìn)入點(diǎn)設(shè)定00000001I/DS指定在數(shù)據(jù)的讀取與寫入時(shí),設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)方向及指定顯示的移位游標(biāo)或顯示移位控制000001S/CR/LXX設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)與顯示的移位控制位;這個(gè)指令不改變DDRAM 的內(nèi)容功能設(shè)定00001DLXREXXDL=0/1：4/8 位數(shù)據(jù) RE=1: 擴(kuò)充指令操作 RE=0: 基本指令操作設(shè)定 CGRAM地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0設(shè)定 CGRAM 地址 課程設(shè)計(jì)21設(shè)定 DDRAM地址0010AC5AC4AC3AC2AC1AC0設(shè)定 DDRAM 地址（顯示

41、位址）第一行：80H87H 第二行：90H97H讀取忙標(biāo)志和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0讀取忙標(biāo)志(BF)可以確認(rèn)內(nèi)部動(dòng)作是否完成,同時(shí)可以讀出地址計(jì)數(shù)器(AC)的值寫數(shù)據(jù)到 RAM10數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù) D7D0 寫入到內(nèi)部的 RAM (DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)讀出 RAM 的值11數(shù)據(jù)從內(nèi)部 RAM 讀取數(shù)據(jù) D7D0(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)指令表 2：（RE=1：擴(kuò)充指令） 指令指令碼功能指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0待命模式0000000001進(jìn)入待命模式,執(zhí)行其他指令都棵終止待命模式卷動(dòng)地址開關(guān)開啟00000

42、0001SRSR=1：允許輸入垂直卷動(dòng)地址 SR=0：允許輸入IRAM 和 CGRAM 地址反白選擇00000001R1R0選擇 2 行中的任一行作反白顯示，并可決定反白與否。初始值R1R0=00，第一次設(shè)定為反白顯示，再次設(shè)定變回正常睡眠模式0000001SLXXSL=0：進(jìn)入睡眠模式SL=1：脫離睡眠模式擴(kuò)充00001CLXREG0CL=0/1：4/8 位數(shù)據(jù) 課程設(shè)計(jì)22功能設(shè)定RE=1: 擴(kuò)充指令操作RE=0: 基本指令操作G=1/0：繪圖開關(guān)設(shè)定繪圖 RAM 地址001AC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0設(shè)定繪圖 RAM 先設(shè)定垂直(列)地址 AC6AC5AC0 再設(shè)定水平(行

43、)地址 AC3AC2AC1AC0 將以上 16位地址連續(xù)寫入即可寫入數(shù)據(jù)流程圖如 4.9：初始化循環(huán)次數(shù)j=2?設(shè)置顯示起始頁(yè)、起始列 J=j+1；i=0寫入數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)i=16調(diào)用寫入數(shù)據(jù)程序i=i+1RET1寫入1616漢字程序流程圖初始化循環(huán)次數(shù)j=2?設(shè)置顯示起始頁(yè)、起始列 J=j+1；i=0寫入數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)i=8調(diào)用寫入數(shù)據(jù)程序i=i+1RET1寫入816數(shù)字YYNNNYYN開始開始圖 4.9 寫入漢字程序流程圖 46 系統(tǒng)的測(cè)試與分析系統(tǒng)的測(cè)試與分析（1）測(cè)試步驟讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù)K=0，實(shí)際微分系數(shù)KD =0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，由小到大改變比例系數(shù)Kp讓擾動(dòng)信號(hào)作階躍變化，觀察

44、控制過(guò)程，直到獲得滿意的控制過(guò)程為止。取比例系數(shù)Kp 為當(dāng)前的值乘以0.83 ，由小到大增加積分系數(shù)Ki ，同樣讓擾動(dòng)信號(hào)作階躍變化，直至求得滿意的控制過(guò)程。積分系數(shù)K，保持不變，改變比例系數(shù)Kp觀察控制過(guò)程有無(wú)改善，如有改善則 課程設(shè)計(jì)23繼續(xù)調(diào)整，直到滿意為止。否則，將原比例系數(shù)Kp 增大一些， 再調(diào)整積分系數(shù)K ，力求改善控制過(guò)程。如此反復(fù)試湊，直到找到滿意的比例系數(shù)K p 和積分系數(shù)Ki為止。引入適當(dāng)?shù)膶?shí)際微分系數(shù)Kd的 和實(shí)際微分時(shí)間Td此時(shí)可適當(dāng)增大比例系數(shù)Kp 和積分系數(shù)Ki和前述步驟相同， 微分時(shí)間的整定也需反復(fù)調(diào)整， 直到控制過(guò)程滿意為止。（2）系統(tǒng)分析( 1 ) 比例環(huán)節(jié):

45、 Kp 值的邊取決定于系統(tǒng)的響應(yīng)速度。增大Kp 能提高響應(yīng)速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差;但是Kp值過(guò)大會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定減小Kp可以減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性,但Kp過(guò)小會(huì)減慢響應(yīng)速度，延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間。( 2 ) 積分環(huán)節(jié):主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)T，越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。(3) 微分環(huán)節(jié): 能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)( 變化速率) ，并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。 5 結(jié)論本課題的目的在于利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PID 算法產(chǎn)生PWM 脈沖來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。到目前為止通過(guò)對(duì)控制器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、LCD 顯示棋塊、鍵盤棋塊、數(shù)字PID算法等進(jìn)行深入的研究。完成了硬件電路的系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 并且利用Altium 軟件繪制出PCB 圖,利用visio畫出各個(gè)程序的流程圖。歸納起來(lái)主要做了如下幾方面的工作: 1.PID算法與PWM控制技術(shù)有機(jī)的結(jié)合;2.設(shè)計(jì)了速度檢測(cè)電路; 3.利用Altium對(duì)PCB板進(jìn)行繪制。根據(jù)上面論述結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出本次設(shè)計(jì)基本完成了設(shè)計(jì)任務(wù)和要求。通過(guò)此次設(shè)計(jì)， 掌握了數(shù)