【正文】 ronment prohibit the system from reaching its best control effect,so the analog PID controller barely has satisfied the development of puter technology and intelligent control theory ,the digital PID technology is thriving which can achieve the analog PID39。其控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機構﹑輸入輸出接口。但是由于中國科技落后，為此，我們需要更進一步的學習、掌握與應用先進的控制技術與解決方案，以提升設備性能、檔次與市場競爭力。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。同時利用光電傳感器將電機速度轉換成脈沖頻率反饋到單片機中，構成轉速閉環(huán)控制系統(tǒng)，達到轉速無靜差調節(jié)的目的。實際經驗和理論分析都表明，PID 控制能夠滿足相當多工業(yè)對象的控制要求，至今仍是一種應用最為廣泛的控制算法之一。積分作用的強弱取決于積分時間常數 ， 越大，積分作用越弱，反之則越強；ITI（3）微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。根據式（）不難看出 u(n1)的表達式，即 01 })]2()1([)({)1( uneTneeKnuiDIP ?????????（）P I D位置算法控制器 被控對象r ( t )+e ( t ) uc ( t )P I D增量算法控制器 被控對象r ( t )+e ( t ) uc ( t )將式（）和式（）相減，即得數字 PID 增量型控制算式為)1()(???nunu )]2()1(2)[)(][ ????neneKeKDIP（） 從上式可得數字 PID 位置型控制算式為 )(nu 0)]2()1(2)[)()]1()[ uneneneDIP ??????（）式中： 稱為比例增益；PK 稱為積分系數；IIT? 稱為微分系數 [1]。當然，這是一種近似的方法，有時可能略嫌粗糙，但相當適用，可解決一般實際問題。通常，當控制度為 時，就可以認為 DDC 與模擬控制效果相當；當控制度為 時，DDC 比模擬控制效果差。④引入適當的實際微分系數 和實際微分時間 ，此時可適當增大比例系數DKDT和積分系數 。沖量即指窄脈沖的面積。圖 給出了不同窄波時 的響應波形。例如改變電樞回路電阻調速只能實現有級調速，減弱磁通雖然能夠平滑調速，但這種方法的調速范圍不大，一般都是配合變壓調速使用。電動機調速系統(tǒng)采用微機實現數字化控制，是電氣傳動發(fā)展的主要方向之一。對于控制器的選擇有以下三種方案。方案三：采用傳統(tǒng)的 AT89C51 單片機作為運動物體的控制中心。因此此中方案不宜采用。其檢測方式為：發(fā)射器和接受器相互對射安裝，發(fā)射器的光直接對準接受器，當測物擋住光束時，傳感器輸出產生變化以指示被測物被檢測到。方案二：采用 1602LCD 液晶顯示器，該顯示器控制方法簡單，功率低、硬件電路簡單、可對字符進行顯示，但考慮到 1602LCD 液晶顯示器的屏幕小，不能顯示漢字，因此對于需要顯示大量參數的系統(tǒng)來說不宜采用。但此nm?種鍵盤的軟件結構較為復雜 [6]。采用 AT89S51 單片機作為核心器件，轉速檢測模塊作為電機轉速測量裝置，通過 AT89S51 的 口將電脈U7C2C6Vin1GND2+5V 3U47805Vin1GND2+12V 3U37812C3C7+5v+12v1234U6C820μFC53300μFC420μFC13300μF12J1~220V沖信號送入單片機處理，L298 作為直流電機的驅動模塊，利用 12864LCD 顯示器和 44 鍵盤作為人機接口。這樣單片機產生的 PWM 脈沖控制 L298N 的選通端 [7]，使電機在 PWM 脈沖的控制下正常運行，其中四個二極管對芯片起保護作用。 20 K 背光電源（）714 DB0DB7 數據線 有些型號的模塊 120 腳為空腳12864 液晶顯示器與單片機的連接電路如圖 所示：圖 顯示模塊電路圖0 1 2 34 5 6 78 9 傳傳傳 傳傳傳傳 傳傳 傳傳 傳傳H0H1H2H3L0L1L2L3 鍵盤電路設計根據設計需求，本系統(tǒng)中使用了 44 鍵盤用以實現對 P、I、D 三個參數和電機正反轉的設定，以及對電機啟動、停止、暫停、繼續(xù)的控制，其電路原理圖如圖 所示。 計 算 e(n)計 算 KIe(n)計 算 KP(en)en1計 算 KD(en)2e(n1)+2計 算 Δ u(n)計 算 Δ u(n)＋ 1e(n1)→ e(n2)→ 1u(n)→ u(n)返 回圖 序 流 程開 始初 始 化調 用 清 屏 子 程 序開 始 界 面 顯 示設 置 鍵按 下 ？調 用 清 屏 子 程 序設 置 界 面 顯 示根 據 設 置計 算 參 數啟 動 鍵按 下 ？調 用 清 屏 子 程 序電 機 運 行狀 態(tài) 顯 示PWM脈 沖 輸 出YNYN 圖 測速程序流程 程序流程 主流程圖在一個完整的系統(tǒng)中，只有硬件部分是不能完成相應設計任務的，所以在該系統(tǒng)中軟件部分是非常重要的，按照要求和系統(tǒng)運行過程設計出主程序流程如圖 所示。（3）顯示起始行設置D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 1 1 顯示起始行（ 0~63）指令表中 DB5～DB0 為顯示起始行的地址，取值在 0～3FH（1～64 行）范圍內，它規(guī)定了顯示屏上最頂一行所對應的顯示存儲器的行地址。根據上面指令結合系統(tǒng)要實行的功能，其顯示子程序流程如圖 所示。本設計所需選用的元器件如下： ①AT89C51:單片機②RES 、RXRESPACK8:電阻、排阻、上拉電阻 圖 Proteus 元器件選取界面③CRYSTAL :晶振 ④CAP、CAPELEC:電容、電解電容⑤7807812:5V、12V 三端穩(wěn)壓塊⑥IN4007：二極管⑦AMPIRE128 64：液晶顯示器?⑧OPTOCUPLERNPN：光電耦合器⑨BOUTTON：按鍵⑩MOTORENCODER：直流電機放置元器件、放置電源和地、連線，得到附錄Ⅱ所示的系統(tǒng)整體電路，最后進行電氣檢測。②取比例系數 為當前的值乘以 ，由小到大增加積分系數 ，同樣讓擾P IK動信號作階躍變化，直至求得滿意的控制過程。小慣量如：一個小電機閉環(huán)控制，一般 P 在（10 ）之間,I 在（0、5）之間,D 在（、1）之間,具體參數要在現場調試時進行修正。完成了硬件電路的系統(tǒng)設計，并且利用 Protel99se軟件繪制出 PCB 圖紙（見附錄Ⅳ） ，但由于實驗條件不足沒能做出 PCB 板。 IT0=1。 cc=0。Disp_Chinese(0,0,dan)。Disp_Chinese(0,0,shu)。Disp_Digit(0,56,dd)。Disp_Chinese(3,0,shu0)。Disp_Chinese(6,0,heng)。 for( 。 right()。 left()。 right()。 right()。 left()。 right()。 right()。 left()。Disp_Digit(2,36,s[0])。 left()。) { left()。Disp_Digit(2,36,s[n])。 Delay12864(2500)。Disp_Digit(2,28,s[0])。Disp_Digit(2,28,kong)。 Kii+=10*n。 Delay12864(2500)。Disp_Digit(2,52,s[0])。 Kpp+=*n。Disp_Digit(2,52,kong)。Disp_Digit(2,36,s[n])。 } left()。 for(flag=0,n=0。) //等待啟動鍵按下{ switch(set) {case 0:break。 left()。 right()。 left()。 left()。 right()。 left()。 left()。 //清屏 left()。Disp_Chinese(6,32,xiao)。Disp_Chinese(3,32,tong)。Disp_Chinese(3,32,ji)。Disp_Digit(0,32,dp)。Disp_Chinese(0,32,ji)。 P1=0xF0。 en1=0。通過此次設計，掌握了數字PID算法的使用及編程方法，學習了如何進行系統(tǒng)設計及相關技巧，為今后的工作和學習奠定了堅實的基礎。積分作用的強弱取決于積分時間常數 ， 越大，積分作用越弱，反之則越強；ITI（3）微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號的變化趨勢（變化速率） ，并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。④引入適當的實際微分系數 和實際微分時間 ，此時可適當增大比例系數DKDT和積分系數 。（6）電路仿真 點仿真按鍵，按照前面介紹的系統(tǒng)使用方法進行仿真。i=0i=+1 RETIYNNY初 始 化循 環(huán) 次 數j＝ 2 ?寫 入 數 據 字節(jié) 數 i＝ 8？設 置 顯 示 起 始頁 、 起 始 列調 用 寫 入 數據 子 程 序j=+1。共 64 列，DB5DB0 取不同值得到 03FH（164 ） ，代表某一頁面上的某一單元地址，列地址計數器在每一次讀／寫數據后它將自動加一。（1）讀取狀態(tài)字當 R/W=1， D/I=0 時，在 E 信號為高的作用下，狀態(tài)分別輸出到數據總線上。0)]2()1(2)([([uneneKKDIP???t=?計 算 r=n/120計 算 v=(r/)*60返 回NY4 軟件設計 算法實現 PID 算法本系統(tǒng)設計的核心算法為 PID 算法，它根據本次采樣的數據與設定值進行比較得出偏差 ，對偏差進)(ne行 P、I 、D 運算最終利用運算結果控制 PWM 脈沖的占空比來實現對加在電機兩端電壓的調節(jié) [10]，進而控制電機轉速。例如當電機以一定的轉速運行時， 將輸出如圖 所示的脈沖，若知道一段時間 t 內傳感器輸出的低脈沖數為 n，則電機轉速 v=r/s。其中輸出腳（SENSEA和 SENSEB）用來連接電流檢測電阻，Vss 接邏輯控制的電源。方案二：通過固定芯片對整流后的電壓進行降壓、穩(wěn)壓處理（如 7817805等），此種方案可靠性、安全性高，對能源的利用率高，并且電路簡單容易實現。按鍵的工作狀態(tài)不會影響其它按鍵上的輸入狀態(tài)。以上三種方案中，第三種方案不宜采用，第一種和第二種方案的測速原理基本相同都是將電機轉速轉換為電脈沖的頻率進行測量，但考慮到市場中的霍爾元件比較難買，而且成本也比較高，所以綜合考慮在設計中選用第二種方案進行設計。 速度采集模塊設計方案本系統(tǒng)是一閉環(huán)控制系統(tǒng)，在調節(jié)過程中需要將設定與當前實際轉速進行比較，速度采集模塊就是為完成這樣功能而設計的，其設計方案以下三種：方案一：采用霍爾集成片。綜合上述三種方案比較，采用 AT89S51 作為控制器處理輸入的數據并控制電機運動較為簡單，可以滿足設計要求。方案二：采用 AT89S51 作為系統(tǒng)控制的方案。2 設計方案與論證 系統(tǒng)設計方案根據系統(tǒng)設計的任務和要求，設計系統(tǒng)方框圖如圖 所示。同樣，由于開關頻率高,快速響應特性好,動態(tài)抗干擾能力強，可以獲得很寬的頻帶；開關器件只工作在開關狀態(tài)，因此主電路損耗小、裝置效率高；直流電源采用不可控整流時，電網功率因數比相控整流器高。用傅立葉級數分解后將可看出，各 在低頻)(ti )(ti段的特性非常接近，僅在高頻段有所不同 [2]。當窄脈沖變?yōu)槿鐖D 的 d 所示的單位脈沖函數 時，環(huán)節(jié)的響應即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數。小慣量如：一個小電機閉環(huán) PID K? K PI PID PI K? K PID Kabcda bii ( t )i ( t )e ( t )RL0控制，一般 P 在（10 ）之間,I 在（0、5）之間,D 在（、1）之間,具體參數要在現場調試時進行修正。②取比例系數 為當前的值乘以 ，由小到大增加積分系數 ，同樣讓擾IK動信號作階躍變化，直至求得滿意的控制過程。②用選定的采樣周期使系統(tǒng)工作：工作時，去掉積分作用和微分作用，使調節(jié)器成為純比例調節(jié)器，逐漸減小比例度 （ ）直至系統(tǒng)對階躍輸入的響應?PK/1?達到臨界振蕩狀態(tài)，記下此時的臨界比