【正文】 編 號(hào)： 審定成績： 重慶郵電大學(xué) 畢業(yè)論文 設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于 FuzzyPI 控制的直流電機(jī)系統(tǒng)的研究 學(xué) 院 名 稱 ： 自 動(dòng) 化 學(xué) 生 姓 名 ： 鄧 鵬 專 業(yè) ： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) ： 0830905 學(xué) 號(hào) ： 2021214826 指 導(dǎo) 教 師 ： 馮 輝 宗 答辯組 負(fù)責(zé)人 ： 填表時(shí)間：二○一三年 五月 重慶郵電大學(xué)教務(wù)處制重慶郵電大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 I 摘 要 在 當(dāng)代社會(huì) ，電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛 。 隨著生產(chǎn) 技術(shù)的 不斷發(fā)展 和提高 ，對(duì)電機(jī) 的調(diào)速特性的要求 就顯得 特別高 ，同時(shí)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量 也 提出了更高的要求。 在國外，這類調(diào)速系統(tǒng)的價(jià)格是十分昂貴的；而在國內(nèi)的同類型的產(chǎn)品性能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及人家，要求也達(dá)不到一個(gè)絕對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，對(duì)于當(dāng)代的社會(huì)生產(chǎn)特別是工業(yè)方面就具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文設(shè)計(jì)了一種以 STC12C5410AD 單片機(jī)作為主 控制 器， 以普通 PI和模糊PI 兩種控制算法來控制電機(jī)， 使用霍爾 傳感器 進(jìn)行測(cè)量 ，以 LCD 來顯示 的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)。 首先對(duì)模糊 PI 控制作了簡單的介紹，構(gòu)建直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的模型。 本系統(tǒng)采用集成霍爾傳感器敏感速率信號(hào)，具有頻率響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。文章介紹了霍爾傳感器的工作原理，闡述了霍爾傳感器測(cè)速系統(tǒng)的工 作過程，利用脈沖計(jì)數(shù)法實(shí)現(xiàn)了對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量，通過 LCD 直觀地顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。 實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的良好調(diào)速性能。 結(jié)合硬件電路設(shè)計(jì)，采用模塊化方法進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)。編制了電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量設(shè)計(jì)了測(cè)量模塊、轉(zhuǎn)速模塊、顯示模塊等的 C51 程序 ，來 表明 基于模糊 PI控制的直流電機(jī)調(diào)速方案是可行的，并且有較好的發(fā)展前景 。 【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) 電機(jī) 轉(zhuǎn)速測(cè)量 模糊 PI 霍爾傳感器 液晶顯示 重慶郵電大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 II ABSTRACT In contemporary society, the motor is widely used. As production technology continues to develop and improve, we have higher requirements about the characteristics of the motor speed control, and we have higher requirements about the measurement of the motor speed, too. In other countries, this type of speed control system is very expensive. In china, the performances of the same type of product are far worse than other countries. And it is hard to reach an absolutely stable state. Therefore, designing a good performance DC motor speed control system has a very important practical influence to the modern society of China. This paper presents a DC motor speed measurement system which using STC12C5410AD as the main controller, using ordinary PI and FuzzyPI two kinds algorithms to control the motor, using a Hall sensor to measure, the LCD displays the DC motor speed. Firstly, we make a brief introduction about FuzzyPI, and build a DC motor speed control system model. The system uses integrated Hall sensor as the measure part. It has fast frequency response, antiinterference ability and other characteristics. This paper introduces the working principle of the Hall sensor, Hall sensor speed system elaborated the working process, the use of pulse counting method to achieve the speed measurement, through the LCD visually display the motor speed value. to achieve good speed performance DC motor, we bine with hardware circuit design, modular software design methods. Prepared the motor speed measurement design measurement modules, speed module, display module, etc. C51 procedure, to indicate that fuzzy PI control DC motor speed control scheme is feasible and has good prospects for development. 【 Key words】 microcontroller motor speed measurement Fuzzy PI Hall sensor LCD 重慶郵電大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 III 目 錄 前 言 ………………………………………………………………………………… 1 第一章 緒論 ………………………………………………………………………… 2 第一節(jié) 引言 ……………………………………………………………………… 2 第二節(jié) 本章小結(jié) ………………………………………………………………… 3 第 二 章 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) …………………………………………………… 4 第一節(jié) 常見算法簡介 …………………………………………………………… 4 第 二 節(jié) 模糊 PI 控制 …………………………………………… ………………… 5 模糊 PI 背景介紹 ………………………………………………………… 5 模糊 PI 理論分析 ………………………………………………………… 6 第三節(jié) 直流電機(jī)調(diào)速原理 ……………………………………………………… 6 第四節(jié) 無刷直流電機(jī) ………………… ……………………………… … ……… 7 第五節(jié) 本章小結(jié) ………………… ……………………………… … …………… 8 第 三 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ……………………………………………… ……………..1 0 第一節(jié) 電路原理設(shè)計(jì) ………………………………… ………………………..1 0 第二節(jié) 主要元器件介紹 ……………………………………………………….. 11 單片機(jī) STC12C5410AD…………………………………………………1 1 顯示電路 LCD1602……………………………………………………….1 3 霍爾傳感器測(cè)速模塊 …………………………………………………….1 8 L298 驅(qū)動(dòng)芯片 ………………………………………………………….. 18 鍵盤電路 ………………………………………………………………. .19 第三節(jié) 本章小結(jié) ………………………………………………………………… 19 第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) …………………………………………………………….. 20 第一節(jié) 軟件設(shè)計(jì)總體方案 ………………………………………………………2 0 主程序設(shè)計(jì)總體思路 …………………………………………………...2 1 模糊 PI……………………………………………………...……………2 1 PWM功能配置 ……………………………………………...……………2 2 顯示程序設(shè)計(jì) ………………… ………………………………………… 23 中斷程序設(shè)計(jì) …………… …………………………………………… 24 轉(zhuǎn)速程序設(shè)計(jì) …………………………………………………………… 25 鍵盤設(shè)計(jì) …………………………………………………………………2 6 第二節(jié) 本章小結(jié) ………………………………………………………………… 26 第 五 章 結(jié)果及分析 ……………………………………………………………….. 28 重慶郵電大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 IV 第一節(jié) 結(jié)果及其分析 ………………………………………………………….. 28 第二節(jié) 本章小結(jié) ………………………… …………………………………… ....30 結(jié) 論 …………………………………………………………………………….. 31 致 謝 ……………………………………………………………………………..3 2 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………… 33 附 錄 …………………………………………………………………………… 35 重慶郵電大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 1 前 言 隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的步伐的加快，人們生活水平的不斷提高，大家以及整個(gè)社會(huì)對(duì)自動(dòng)化的需求也是越來越高，依 賴性也是越來越強(qiáng)。其中控制算法就是集中的一個(gè)良好體現(xiàn)。 PID 調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)較為成熟、應(yīng)用比較廣泛的一種調(diào)節(jié)方式，其調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)是根據(jù)輸入的偏差值，按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，它的運(yùn)算結(jié)果用于對(duì)輸出的控制。 PID 控制算法在相當(dāng)多的控制領(lǐng)域的應(yīng)用中都取得了比較滿意的效果。 PID 控制算法的種類很多，根據(jù)其應(yīng)用場合不同，對(duì)算法的要求也有所不同。本文主要通過對(duì)主要 PID 算法存在的問題進(jìn)行分析并對(duì) PID 控制算法進(jìn)行改進(jìn)。模糊 PI 調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)控制中的一種更加有效的控制方法。模糊 PI 控制是基于規(guī)則的一種智能 控制方式，它不依賴于被控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，特別適合于對(duì)具有多輸入多輸出的強(qiáng)耦合性、參數(shù)的時(shí)變性和嚴(yán)重的非線性與不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)的控制，控制的方法較為簡單，魯棒性更好。當(dāng)然無刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也是在逐步的擴(kuò)大。正是由于 微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、 自動(dòng) 控制理論 等方面理論和實(shí)踐知識(shí) 的快速發(fā)展 ,無刷直流電機(jī)得 到了前所未有的 迅速推廣 。 當(dāng) 無刷直流電機(jī) 調(diào)速系統(tǒng)用于要求調(diào)速性能、控制精度 等很多需求 較高的場合時(shí) ，比 如精密電子儀器設(shè)備 、深海潛水、 機(jī)器人控制 、航天航空 設(shè)備 等 方面的場合時(shí) ,無刷直流電機(jī)系統(tǒng)調(diào)速 的快速性、穩(wěn)定 性以及魯棒性 就成為了 衡量 它們 性能 好壞 的 一些非常重要也十分關(guān)鍵的標(biāo)準(zhǔn)。 對(duì)于這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，我 在分析無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立了整個(gè)無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的模型，采用一種新型的模糊 PI 控制方法，在無刷直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流控制采用滯環(huán)電流調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速的測(cè)量通過霍爾測(cè)速元件，而轉(zhuǎn)速控制通過采用普通 PI 控制和模糊控制相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)，通過對(duì)結(jié)果的分析來證實(shí)：這種新型的模糊 PI 智能控制方法響應(yīng)快、無超調(diào)、魯棒性強(qiáng)、抗干擾能力好，較傳統(tǒng) PI 控制具有更好的動(dòng)、靜態(tài)特性。 重慶郵電大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 2 第一章 緒論 第一節(jié) 引 言 現(xiàn)代化的建設(shè)離不開機(jī)械，而機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力很多是由電機(jī)提供的，這主要包括了直流電機(jī)和交流電機(jī)兩種，雖然交流電機(jī)的發(fā)展將最終取代直流電機(jī)，但直流電機(jī)還將在很長一段時(shí)間里一直占據(jù)重要地位。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的啟動(dòng)和制動(dòng)性能，易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在很多的需要調(diào)速的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。直流電機(jī)都占有主要地位。 直流電機(jī)調(diào)速方法 根據(jù)直流電機(jī)調(diào)速方程： 2 ee e e TU I R U RnTC C C C? ? ??? ? ? 右公式可知，可以通過三種方法來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速： 調(diào)節(jié)電樞電壓。 調(diào)節(jié)電樞回路電阻。 減弱 勵(lì)磁磁通。 對(duì)于要求在