【正文】 define uint unsigned int uint a,b,c,d。 浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 8 /*a 為舵機(jī) 1 的脈沖寬度， b 為舵機(jī) 2 的脈沖寬度，單位 1/1000 ms */ /*c、 d 為中間變量 */ /*以下定義輸出管腳 */ sbit p12=P1^2。 sbit p13=p1^3。 sbit p37=P3^7。 /*以下兩個函數(shù)為定時器中斷函數(shù) */ /*定時器 1，控制舵機(jī) 1，輸出引腳為 P12，可自定義 */ void timer0(void) interrupt 1 using 1 {p12=!p12。 /*輸出取反 */ c=20210c。 /*20210 代表 20 ms，為一個周期的時間 */ TH0=(c/256)。 TL0=(c%256)。 /*重新定義計數(shù)初值 */ if(c=500amp。amp。c=2500)c=a。 else c=20210a。 /*判斷脈寬是否在正常范圍之內(nèi) */ } /*定時器 2，控制舵機(jī) 2，輸出引腳為 P13，可自定義 */ void timer1(void) interrupt 3 using 1 {p13=!p13。 浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 9 d=20210d。 TH1=(d/256)。 TL1=(d%256)。 if(d=500amp。amp。d=2500)d=b。 else d=20210b。 } /*主程序 */ void main(void) {TMOD=0x11。 /*設(shè)初值 */ p12=1。 p13=1。 a=1500。 b=1500。 /*數(shù)值 1500 即對應(yīng) ，為舵機(jī)的中間 90 度的位置 */ c=a。d=b。 TH0=(a/256)。 TL0=(a%256)。 TH1=(b/256)。 TL1=(b%256)。 /*設(shè)定定時器初始計數(shù)值 */ EA=1。 ET0=1。 TR0=1。EX0=1。EX1=1。 ET1=1。 TR1=1。 PX0=0。PX1=0。PT1=1。PT0=1。/*設(shè)定中斷優(yōu)先級 */ for(。) { 浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 10 /*在這個 for 循環(huán)中，可以根據(jù)程序需要 在任何時間改變 a、 b 值來改變脈寬的輸 出時間，從而控制舵機(jī) */ } } 因為在脈沖信號的輸出是靠定時器的溢出中斷函數(shù)來處理，時間很短，因此在精度要求不高的場合可以忽略。因此如果忽略中斷時間，從另一個角度來講就是主程序和脈沖輸出是并行的，因此，只需要在主程序中按你的要求改變 a 值，例如讓 a 從 500 變化到 2500，就可以讓舵機(jī)從 0 度變化到 180 度。另外要記住一點，舵機(jī)的轉(zhuǎn)動需要時間的，因此，程序中 a 值的變化不能太快，不然舵機(jī)跟不上程序。根據(jù)需要，選擇合適的延時，用一個 a 遞增循環(huán)，可以讓舵機(jī)很流暢的轉(zhuǎn)動，而不會產(chǎn)生像步進(jìn)電機(jī)一樣的脈動。這些還需要實踐中具體體會。 舵機(jī)的速度決定于你給它的信號脈寬的變化速度。舉個例子， t＝ 0 試，脈寬為 ， t＝ 1s 時，脈寬為 ，那么，舵機(jī)就會從 對應(yīng)的位置轉(zhuǎn)到 對應(yīng)的位置，那么轉(zhuǎn)動速度如何呢？一般來講， 3003 的最大轉(zhuǎn)動速度在 時為 ，也就是說，如果你要求的速度比這個快的話，舵機(jī)就反應(yīng)不過來了 ；如果要求速度比這個慢，可以將脈寬變化值線性到你要求的時間內(nèi)，做一個循環(huán)，一點一點的增加脈寬值，就可以控制舵機(jī)的速度了。當(dāng)然，具體這一點一點到底是多少，就需要做試驗了，不然的話，不合適的話，舵機(jī)浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 11 就會向步進(jìn)電機(jī)一樣一跳一跳的轉(zhuǎn)動了，嘗試改變這“一點”，使你的舵機(jī)運動更平滑。還有一點很重要，就是舵機(jī)在每一次脈寬值改變的時候總會有一個轉(zhuǎn)速由零增加再減速為零的過程，這就是舵機(jī)會產(chǎn)生像步進(jìn)電機(jī)一樣運動的原因。 四、系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件設(shè)計是舵機(jī)控制器設(shè)計的一大難點 , 它的好壞直接影響整個系統(tǒng)的控制性能。系統(tǒng)軟件 部分由三閉環(huán)控制算法、數(shù)據(jù)采集與處理及各保護(hù)功能組成。在結(jié)構(gòu)上采用模塊化的設(shè)計思想 , 降低了程 序復(fù)雜度 , 從而提高了控制系統(tǒng)軟件的可讀性、可靠性和可移植性。其具體涉及到 : 解析給定 PWM 位置信號 , 舵面位置信號的采集與處理 , 舵面速度的計算與處理 , 電機(jī)電流信號的采集與處理 , 位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)控制算法的實現(xiàn) , 電機(jī)變速換向的實現(xiàn)。整個控制系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)圖如圖 1所示。 圖 1 軟件結(jié)構(gòu)整體框圖 系統(tǒng)采用三閉環(huán)控制策略 , 其中電流環(huán)的循環(huán)時間最短 , 而位置環(huán)最 慢。因此在系統(tǒng)的調(diào)試過程中 , 先調(diào)試最內(nèi)的電流環(huán) , 當(dāng)性能滿足要求后 , 再調(diào)節(jié)速度環(huán)與位置環(huán) , 最終實現(xiàn)調(diào)節(jié)目標(biāo) , 從而減小了 三環(huán)調(diào)節(jié)的耦合性 , 當(dāng)電流環(huán)和速度環(huán)的性能滿足要求后 , 此時可以專注于位置環(huán)參數(shù)的調(diào)整 , 而不改變其它兩環(huán)的調(diào)節(jié)參數(shù)。三環(huán)具浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 12 體算法實現(xiàn)介紹如下。 位置環(huán)設(shè)計 位置環(huán)作為最外環(huán) , 直接決定舵機(jī)伺服控制系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能指標(biāo)。經(jīng)典 PID 算法雖然結(jié)構(gòu)簡單且魯棒性較強(qiáng) , 但三個參數(shù)固定 , 很難保證系統(tǒng)有較快的響應(yīng)速度 , 同時具有較好的靜態(tài)性能和小超調(diào)量 , 所以必須對傳統(tǒng) PID 算法進(jìn)行改進(jìn) , 盡可能兼顧各項性能指標(biāo)。 系統(tǒng)的位置環(huán)調(diào)節(jié)選用 PID 參數(shù)模糊自整定算法 , 由模糊推理機(jī)和經(jīng)典 PID 控制器組成。通過計算當(dāng)前的位置偏差和變化率 , 找出與 PID三個參數(shù)之間的模糊關(guān)系 , 并不斷檢測 , 根據(jù)模糊法則對 PID三個參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整。系統(tǒng)采用此算法計算量較小 , 易于用單片機(jī)來實現(xiàn) , 提高了位置環(huán)的整體調(diào)節(jié)效果和實時性 , 具有良好的動靜態(tài)性能。將位置偏差統(tǒng)一到一定范圍內(nèi) , 規(guī)范后為△ S, 及 PID 三個參數(shù)的規(guī)范公式如下 : △ S是設(shè)置的一個閾值 浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 13 模糊法則可由控制經(jīng)驗 加以總結(jié) , 也可從所期望的階躍特性中進(jìn)行抽取。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度各方面考慮 , 三個參數(shù)的調(diào)整需考慮其相互之間的作用與關(guān)系。程序流程圖如圖 2所示。 圖 2 位置環(huán)流程圖 速度反饋 速度環(huán)與系統(tǒng)硬件沒有直接的關(guān)聯(lián) , 反饋速度由舵面位置的微分得到 , 這對反饋的位置信號有較高的要求。獲得較平滑、具有良好實時性的反饋速度信號是較關(guān)鍵的一步 , 但由于外部干擾的存在 , 并且相鄰兩個數(shù)據(jù)的采樣時間間隔很短 , 若采用直接微分法求速度 , 則與實際速度會存在較大的差別 , 所以對位置信號采用不 完全微分法求速度 , 以減小高頻干擾。設(shè)舵面速度為 v, 位置為 S, 則有 : 浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 14 引入不完全微分得 : 式中 : p 為微分算子 , k 為比例系數(shù) , 為慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)。 離散化后得 : 式中 : T 為廣義采樣時間 。 不完全微分法是采用一階低通數(shù)字濾波器對位置信號濾波后微分 , 因此具有一定的延遲。 速度環(huán)算法由 bangbang控制與積分分離 PI算法相結(jié)合。選取bangbang 控制點應(yīng)與剛切入的 P控制時的輸出量相等 , 以改善輸出的連續(xù)性與減小跳躍性。程序流程圖如圖 3a所示。 電流反 饋 當(dāng)電流發(fā)生變化時 , 系統(tǒng)須做出迅速響應(yīng) ,