【正文】 積分時(shí)間 ： 如上所述．比例增益 P 越大，調(diào)節(jié)靈敏度越高，但由于傳動(dòng)系統(tǒng)和控制電路都有慣性，調(diào)節(jié)結(jié)果達(dá)到最佳值時(shí)不能立即停止，導(dǎo)致 “超調(diào) ”，然后反過(guò)來(lái)調(diào)整，再次超調(diào)，形成振蕩。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。 參數(shù)整定 PID 控制器的參數(shù)整定是 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的核心內(nèi)容。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來(lái)以形成任何閉環(huán)回路。不同的控制系西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。 PID 控制器由比例單元（ P）、積分單元（ I）和微分單元（ D）組成。 讀 鍵 盤 端 口數(shù) 據(jù) 邏 輯 或 0 E 3 H輸 出 按 鍵 狀 態(tài) K 1輸 出 按 鍵 狀 態(tài) K 3輸 出 按 鍵 狀 態(tài) K 2延 時(shí) 去 抖讀 鍵 盤 端 口返 回是 否 為 0 E F H ？數(shù) 據(jù) 相 同 嗎 ？是 否 為 0 F 7 H是 否 為 0 F B H是 否 為 0 F F HNYNNYYNYYN 圖 鍵盤子程序流程圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，就要對(duì)步進(jìn)電機(jī)定子的各相繞組以適當(dāng)?shù)臅r(shí)序進(jìn)行通西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 電。流程圖下圖。 A/D 中斷服務(wù)子程序 數(shù)據(jù)采集采用 A/D 中斷，設(shè)置 ， ， 為模擬輸入端口，每個(gè)端口采集 5 次進(jìn)行中值濾波。 這樣可以讓 ADC 用較高的頻率工作 ， 提高 A/D 的轉(zhuǎn)換速度 ； 還可 以讓 CPU 用較低的頻率工作 ， 降低系統(tǒng)的功耗 。 ADC_START位 ： ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)控制位 ， ADC_START =1 時(shí) ， 開(kāi)始轉(zhuǎn)換 ， 轉(zhuǎn)換結(jié)束后為 ADC_START=0。 （ 2） A/D 轉(zhuǎn)換初始化： A/D 轉(zhuǎn)換允許中斷，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換完成產(chǎn)生中斷，將 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果賦給定義的數(shù)組變量里， A/D 轉(zhuǎn)換完成后進(jìn)行中值濾波處理。且計(jì)算功能、邏輯判斷功能強(qiáng)大。把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)。電機(jī)控制程序，控制輸出脈沖個(gè)數(shù)及輸出脈沖速度，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和速度。A； 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 ，在 1． 5g量程下為 800 mV／ g； ； ，防震能力強(qiáng)。 5% 到 177。 CK(計(jì)時(shí)脈沖 )、U/D(0:DOWN 1:UP)都接入單片機(jī)端口， A、 B、 C、 D 四管腳接入步進(jìn)電機(jī)。ＰＭＭ８７１３有兩種脈沖輸入法：雙脈沖輸入法和單脈沖輸入法。 并行控制。 串行控制。 圖 電機(jī) 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 開(kāi)始時(shí)， SB 接通電源， SA、 SC、 SD斷開(kāi)， B 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、 3 號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的 4 號(hào)齒就和 C、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒， 5 號(hào)齒就和 D、 A 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移用 a 表示。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 步進(jìn)電機(jī)控制原理 由于步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件，它不能直接接到交直流電源上，而必須使用專 業(yè)設(shè)備 步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器 ， 典型步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖 1 所示：控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號(hào)，它為環(huán)形分配器提供脈沖序列，環(huán)形分配器的主要功能是把來(lái)自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后，經(jīng)過(guò)功率放大器的放大加到步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的各項(xiàng)輸入端，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)形分配器主要有兩大類： 一類是用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器要求的功能，通常稱軟環(huán)形分配器。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率 成正比。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的 目的 ；同時(shí)可以通過(guò)控制 脈沖頻率 來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。其速度比普通的 8051 快8~12 倍，具有 2 路 PWM， 8 路高速 10 位 AD 轉(zhuǎn)換 器，方便接收傳感器的模擬信號(hào)和控制小功率直流電機(jī)。 ● 車輛座椅三自由度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)及轉(zhuǎn)換（推薦采用 MMA7260QT 三軸加速度傳感器）。 2020 年 ,河南科技大學(xué)制作了平衡雙輪電動(dòng)機(jī)的樣機(jī) ,2020 年哈爾濱工 程大學(xué)也做了有關(guān)雙輪直立自平衡機(jī)器人的研究。隨后的 2020 年 Segway 公司在 Segway HT 的基礎(chǔ)上又發(fā)布了諸如 :CrossTerrain, XT 和 Golf Transporter 等都市交通工具。該產(chǎn)品具有可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、零半徑轉(zhuǎn)彎以及可以在傾斜平面上運(yùn)動(dòng)等功能 ,結(jié)構(gòu)方面采用了模塊化設(shè)計(jì) ,使得安裝和拆卸都很方便。 從自平衡機(jī)械發(fā)展到自平衡電動(dòng)車 ,其中所用的控制理論都是自平 衡控制技術(shù) ,但其不同之處存在于兩點(diǎn) :一、自平衡電動(dòng)車是用于載人的 ,所以對(duì)系統(tǒng)有很高的安全性要求 。 關(guān)鍵詞 ：車輛自平衡；電動(dòng)控制；角度調(diào)節(jié) II Vehiclethe balanced seat electric control system —— the software part Abstract Today39。（ 月下旬前） VII. 寫出畢業(yè)論文（電子版）。 IV. 36鍵坐姿及位置調(diào)節(jié)子程序。 (論文 )的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）： 自主設(shè)計(jì)一個(gè)典型的 基于微處理器的 車輛自平衡座椅電動(dòng)控制系統(tǒng) ，含以下部分及功能： I. 典型 51內(nèi)核的單片機(jī)系統(tǒng)軟件（推薦采用 STC系列 8051）。（ 月上旬前） IV. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的汽車座椅整體相對(duì)車身是比較固定的，當(dāng)汽車在轉(zhuǎn)彎行駛或者在顛簸的路上行駛時(shí)，這種相對(duì)固定的座椅會(huì)將汽車行駛中產(chǎn)生的離心力傳遞給乘客，從而極大的影 響了駕駛員和乘客的舒適性和安全性。早在二十世紀(jì)八十年代 ,日本國(guó)內(nèi)就做出了一個(gè)重心在上的兩輪自平衡機(jī)器 ,由電動(dòng)機(jī)、控制芯片和多個(gè)陀螺儀組成了它的控制系統(tǒng)。 B2 作為城市出租車 ,具有體積小 ,并且采用清潔能源作為動(dòng)力 ,很適合人類的發(fā)展需求。 2020 年初 ,由美國(guó) Dean Kamen 研究的兩輪自平衡單車面市 ,是世界上第一臺(tái)可以載人的兩輪自平衡電動(dòng)車 ,取名為 SegwayHTil67。用 KY2020 型水平儀和 M0CH21A 光電傳感器來(lái)采集車體姿態(tài)信息 。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)基于 STC12C5A60S2 單片機(jī)的車輛自平衡控制系統(tǒng)。課題采用MMA7260QT 三軸加速傳感器， MMA7260 能在 XYZ 三個(gè)軸上讀取水平墜落、傾斜、移動(dòng)、震動(dòng)和搖擺。 單 片 機(jī) 加速傳感器 橫向驅(qū)動(dòng)器 鍵盤 座椅 前置電路 縱向驅(qū)動(dòng)器 電源 圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 本課題選著混合式步進(jìn)電機(jī)，考慮到 兩 相混合式步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 會(huì)有振動(dòng) 以及 噪聲 的缺點(diǎn)，所以我們選著步距角更小的四相混合式步進(jìn)電機(jī)，并采用四相八拍的工作方式，這樣步距角會(huì)更小，這就很好的解決了 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 缺點(diǎn)。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。 步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（ PM），反應(yīng)式（ VR）和混合式 (HB)，步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī)，是工業(yè)過(guò)程控制和 儀表中一種能夠快速啟動(dòng)，反轉(zhuǎn)和制動(dòng)的執(zhí)行元件，其功用是將電脈沖轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移或直線位移，由于開(kāi)環(huán)下就能實(shí)現(xiàn)精確定位的特點(diǎn)，使其在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。當(dāng)某一相繞組通電時(shí)，對(duì)應(yīng)的磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子形成磁路，這時(shí)，如果定子和轉(zhuǎn)子的小齒沒(méi)有對(duì)齊，在磁場(chǎng)的作用下，由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點(diǎn)，則轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，使轉(zhuǎn)子與定子的齒相互對(duì)齊，由此可見(jiàn)，錯(cuò)齒是促使電機(jī)旋轉(zhuǎn)的原因。 /(50*8)=176。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。當(dāng)需要電動(dòng)機(jī)恒速運(yùn)行時(shí)，就發(fā)出恒定周期的脈沖串；當(dāng)需要加減速運(yùn)行時(shí)，就發(fā)出周期遞減活周期遞增的脈沖串；當(dāng)需要鎖定狀態(tài)時(shí)，只要停止發(fā)脈沖串就 可以了。該器件采用DIP16 封裝，適用于二相或四相步進(jìn)電機(jī)。 （ a） (b) 圖 PMM8731 PMM8713 的功能表 : 輸入 輸出 勵(lì)磁方式 Φ C EA EB CU CD CK U/D CO EM Φ 1 Φ 2 Φ3 Φ 4 三相單 雙勵(lì)磁 0 1 1 Χ Χ Χ Χ 1 1 0 1 0 三相雙勵(lì)磁 0 0 0 Χ Χ Χ Χ 1 1 0 1 0 三相單勵(lì)磁 0 01or10 Χ Χ Χ Χ 0 1 0 0 0 四相單 雙勵(lì)磁 1 1 1 Χ Χ Χ Χ 1 1 0 0 1 四相雙勵(lì)磁 1 0 0 Χ Χ Χ Χ 1 1 0 0 1 四相單勵(lì) 1 01or10 Χ Χ Χ Χ 0 1 0 0 0 Χ ： Don’t Care。 1. 增強(qiáng)型 8051 CPU， 1T，單時(shí)鐘 /機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 2. 工作電壓： STC12C5A60S2 系列工作電壓： （ 5V單片機(jī)） 3. 工作頻率范圍： 0～ 35MHz，相當(dāng)于普通 8051的 0～ 420MHz 4. 用戶應(yīng)用程序空間 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字節(jié) ...... 5. 片上集成 1280字節(jié) RAM 6. 通用 I/O口（ 36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051傳統(tǒng) I/O口） 可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，強(qiáng)推挽 /強(qiáng)上拉，僅為輸入 /高阻，開(kāi)西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 漏每個(gè) I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到 20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過(guò) 120mA 7. ISP（在系統(tǒng)可編程） / IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú) 需專用仿真器可通過(guò)串口（ ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 8. 有 EEPROM功能 (STC12C5A62S2/AD/PWM無(wú)內(nèi)部 EEPROM) 9. 看門狗 MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體 12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接 1K電阻到 地） : 在 5V單片機(jī)為 ，誤差為 177。 1． 5g／ 2g／ 4g／ 6g；通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)選擇。其硬件電路如下圖。例如，對(duì)數(shù)組下標(biāo)越界不作檢查，由程序編寫者自己保證程序的正確。能用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算。 適用范圍大，可移植性好 C 語(yǔ)言有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是適合于多種操作系統(tǒng) 。 如 ： 中哪一位為 “ 1” ， 則 P1 口中對(duì)應(yīng)的位作為模擬功能A/D 使用 。SPEED0,SPEED1： ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度控制位 ， A/D 轉(zhuǎn)換速度見(jiàn)表 。 ADRJ=0， 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的高八位存放在 ADC_RES 中 ， 低 2 位存放在 ADC_RESL 的低 2 位中 。 CHS2 CHS1 CHS0 Analog Channel Select (模擬輸入通道選擇 ) 0 0 0 選擇 作為 A/D輸入來(lái)用 0 0 1 選擇 作為 A/D輸入來(lái)用 0 1 0 選擇 作為 A/D輸入來(lái)用 0 1 1 選擇 作為 A/D輸入來(lái)用 1 0 0 選擇 作為 A/D輸入來(lái)用 1 0 1 選擇 作為 A/D輸入來(lái)用 1 1 0 選擇 作為 A/D輸入來(lái)用 1 1 1 選擇 作為 A/D輸入來(lái)用 表 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 A D 中 斷 入 口讀 取 數(shù) 值 并 存 儲(chǔ) 讀 取 數(shù) 值 并 存 儲(chǔ) 讀 取 數(shù) 值 并 存 儲(chǔ)清 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 標(biāo) 志 位 清 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 標(biāo) 志 位i = 5 ? i