【正文】 例度 及系統(tǒng)的臨界振蕩周期 。PID 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法有很多，但可歸結(jié)為理論計(jì)算法和工程整定法兩種。由于計(jì)算機(jī)只能識(shí)別數(shù)字量，不能對(duì)連續(xù)的控制算式直接進(jìn)行運(yùn)算，故在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，首先必須對(duì)控制規(guī)律進(jìn)行離散化的算法設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中，常根據(jù)對(duì)象的特征和控制要求，將 P、I、D 基本控制規(guī)律進(jìn)行適當(dāng)組合，以達(dá)到對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行有效控制的目的。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：（1）優(yōu)化的軟件算法，智能化的自動(dòng)控制，誤差補(bǔ)償；（2）使用光電傳感器將電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為脈沖頻率，比較精確的反映出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而與設(shè)定值進(jìn)行比較產(chǎn)生偏差，實(shí)現(xiàn)比例、積分、微分的控制，達(dá)到轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)節(jié)的目的；（3）使用光電耦合器將主電路和控制電路利用光隔開(kāi)，使系統(tǒng)更加安全可靠；（4）12864LCD 顯示模塊提供一個(gè)人機(jī)對(duì)話(huà)界面，并實(shí)時(shí)顯示電機(jī)運(yùn)行速度和運(yùn)行時(shí)間； （5）利用 Proteus 軟件進(jìn)行系統(tǒng)整體仿真，從而進(jìn)一步驗(yàn)證電路和程序的正確性，避免不必要的損失；（6）采用數(shù)字 PID 算法，利用軟件實(shí)現(xiàn)控制，具有更改靈活，節(jié)約硬件等優(yōu)點(diǎn)；（7）系統(tǒng)性能指標(biāo)：超調(diào)量 8％；?調(diào)節(jié)時(shí)間 4s；轉(zhuǎn)速誤差 1r/min。其中電機(jī)速度的控制在運(yùn)動(dòng)控制理論中占有至關(guān)重要的作用，本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用數(shù)字 PID 算法，利用 PWM 調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 PID 控制技術(shù)。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。s astatic this system, the 12864LCD is used as display unit , the 44 keyboard sets those four parameters P、I、D 、V and obverse and reverse control,after starting up,the display unit shows the electromotor39。該系統(tǒng)控制精度高，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。本設(shè)計(jì)以上面提到的數(shù)字 PID 為基本控制算法，以 AT89S51 單片機(jī)為控制核心，產(chǎn)生占空比受數(shù)字 PID 算法控制的 PWM 脈沖實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。s control tasks and consists of many advantages like flexible control arithmetics and high reliability,it is widely used now. This design is based on the digital PID mentioned above as basic control arithmetic and AT89S51 SCM as control core,the system produces PWM impulse whose duty ratio is controlled by digital PID arithmetic to make sure the running of direct current machine39?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過(guò)輸出接口﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)、加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量、經(jīng)過(guò)傳感器、變送器、通過(guò)輸入接口送到控制器。在國(guó)外，尤其在運(yùn)動(dòng)控制及過(guò)程控制方面 PID 控制技術(shù)的應(yīng)用更是越來(lái)越廣泛和深入。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate error） 。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。在系統(tǒng)中采 12864LCD 顯示器作為顯示部件，通過(guò) 44 鍵盤(pán)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。下面分別介紹模擬 PID、數(shù)字 PID 及其參數(shù)整定方法。由式 可得，模擬 PID 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 )1()(STKSEUDDIP??（）由于本設(shè)計(jì)主要采用數(shù)字 PID 算法，所以對(duì)于模擬 PID 只做此簡(jiǎn)要介紹。DP數(shù)字 PID 位置型示意圖和數(shù)字 PID 增量型示意圖分別如圖 和 所示：圖 數(shù)字 PID 位置型控制示意圖 圖 數(shù)字 PID 增量型控制示意圖 數(shù)字 PID 參數(shù)整定方法如何選擇控制算法的參數(shù)，要根據(jù)具體過(guò)程的要求來(lái)考慮。下面介紹兩種常用的簡(jiǎn)易工程整定法。④根據(jù)選定的控制度，查表 求得 T、 、 、 的值 [1]。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)PKI程滿(mǎn)意為止。這里所說(shuō)的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。)(ti )(ti從波形可以看出，在 的上升段，脈沖形狀不同時(shí) 的形狀也略有不同，但其)(ti下降段幾乎完全相同。所以在直流調(diào)速系統(tǒng)中，都是以變壓調(diào)速為主。采用微機(jī)控制后，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、操作維護(hù)方便,電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速精度可達(dá)到較高水平，靜動(dòng)態(tài)各項(xiàng)指標(biāo)均能較好地滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)中高性能電氣傳動(dòng)的要求。方案一：采用 FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編輯門(mén)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 [3]，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)行功能控制。它和AT89S51 一樣都具有軟件編程靈活、體積小、成本低,使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但是它的頻率較低、運(yùn)算速度慢， RAM、ROM 空間小等缺點(diǎn)。方案二：采用專(zhuān)用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，例如 L298N、L297N 等電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，由于它內(nèi)部已經(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。通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)，對(duì)速度進(jìn)行測(cè)量。方案三：采用 12864LCD 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。根據(jù)上面兩種方案的論述，由于本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件連接比較復(fù)雜，對(duì)軟件的運(yùn)行速度要求不高，所以采用方案二矩陣式鍵盤(pán)進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖 系統(tǒng)電路連接及硬件資源分配圖 電源電路設(shè)計(jì)電源是整個(gè)系統(tǒng)的能量來(lái)源，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否運(yùn)行。圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 電機(jī)速度采集電路設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中由于要將電機(jī)本次采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，因此速度采集電路是整個(gè)系統(tǒng)不可缺少的部分。圖中 L0～L3 為 44 鍵盤(pán)的列信號(hào)，H0 ～H3 為 44 鍵盤(pán)的行信號(hào)。圖 主程序流程 鍵盤(pán)程序程序流程延 時(shí) 去 抖 動(dòng)P1口 低 四 位 置 1讀 P1口 低 四 位數(shù) 據(jù) 到 KEYLKEYL、 KEYH相 與 為P1口 高 四 位 置 1讀 P1口 高 四 位數(shù) 據(jù) 到 KEYHKEY=0XE ?KEY=0XEB ?KEY=0XED ?KEY=0XE7 ?KEY=0XDE ?KEY=0XD ?KEY=0XDB ?KEY=0XD7 ?KEY=0XBD ?KEY=0XBE ?KEY=0XB ?KEY=0XB7 ?KEY=0X7E ?KEY=0X7D ?KEY=0X7B ?KEY=0X7 ?數(shù) 字 鍵 0數(shù) 字 鍵 1數(shù) 字 鍵 2數(shù) 字 鍵 3數(shù) 字 鍵 4數(shù) 字 鍵 5數(shù) 字 鍵 6數(shù) 字 鍵 7數(shù) 字 鍵 8數(shù) 字 鍵 9正 /反 功 能 鍵暫 停 功 能 鍵繼 續(xù) 功 能 鍵啟 動(dòng) 功 能 鍵停 止 功 能 鍵設(shè) 置 功 能 鍵RETIYNNNNNNNNNNNNNNNNYYYYYYYYYYYYYYY 鍵盤(pán)中斷程序是用來(lái)設(shè)在系統(tǒng)相應(yīng)參數(shù)和控制系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)，其程序流程圖如圖 所示。（4）頁(yè)面地址設(shè)置 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 1 0 1 1 1 Page（0~7）頁(yè)面地址是 DDRAM 的行地址。圖 顯示程序流程 系統(tǒng) Proteus 仿真 Proteus 軟件簡(jiǎn)介Proteus 是英國(guó) Labcenter electronics 公司研發(fā)的 EDA 設(shè)計(jì)軟件， 是一個(gè)基于 ProSPICE 混合模型仿真器的，完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)。（4）程序編譯點(diǎn)菜單 Source→Add/Remove sou rce Files”在出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框如圖 中，選擇 ASEM51 編輯器，將上面的匯編源程序 添加。③積分系數(shù) 保持不變，改變比例系數(shù) ，觀察控制過(guò)程有無(wú)改善，如有改IKPK善則繼續(xù)調(diào)整，直到滿(mǎn)意為止。根據(jù)上訴方法，通過(guò)軟件仿真系統(tǒng)得出數(shù)據(jù)如表 所示，通過(guò)觀察得出該系統(tǒng)比較合適的 P、I 、D 三者的參數(shù)值為: =2, =, =。軟件方面利用 C 語(yǔ)言進(jìn)行編程，增強(qiáng)了程序的可移植性和靈活性，并且利用 Proteus 軟件進(jìn)行仿真更加保證了程序的準(zhǔn)確性。 EX0=1。 zanting=0。 //單 left()。 //數(shù) right()。 //D left()。 //速 right()。 //橫線 right()。 。Disp_Chinese(0,0,she)。Disp_Digit(2,28,s[0])。Disp_Chinese(2,4,Ki)。Disp_Digit(2,44,dian0)。Disp_Digit(4,28,s[0])。Disp_Chinese(4,4,V)。Disp_Digit(4,44,s[0])。Disp_Chinese(6,44,zheng)。 left()。Disp_Digit(2,28,s[n])。Disp_Digit(2,36,kong)。 Kpp+=n。 if(flag==1) break。 right()。 Delay12864(1000)。 。Disp_Digit(2,28,s[n])。 right()。Disp_Digit(2,52,s[n])。) { left()。 left()。 if(flag==1) break。 Kpp=0。 for(set=0。Disp_Chinese(6,4,zhuan)。Disp_Digit(4,20,maohao)。Disp_Digit(4,36,s[0])。Disp_Digit(2,52,s[0])。Disp_Digit(2,20,maohao)。Disp_Digit(2,36,s[0])。Disp_Chinese(0,16,zhi)。 } Clr_Scr()。 right()。 //系 right()。 //電 left()。 //字 right()。 //片 left()。 pwm2=0。 en=0。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。增大 能提高響應(yīng)速PKPK度，減小穩(wěn)態(tài)誤差；但是， 值過(guò)大會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定減小可以減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性，但 過(guò)小會(huì)減慢響應(yīng)速度，延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間；PKP（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。如此反復(fù)試湊，直到找到滿(mǎn)意的比例系數(shù) 和積分I PK系數(shù) 為止。 （5）程序加載 圖 程序添加界面在編輯環(huán)境左擊單片機(jī)然后右擊，在彈出的對(duì)話(huà)框中將編譯生成的 HEX 文件加載到芯片中，設(shè)單片機(jī)的時(shí)鐘工作頻率為 12MHZ。以下為本系統(tǒng)在 Protues 中的仿真流程：初 始 化循 環(huán) 次 數(shù)j＝ 2 ?寫(xiě) 入 數(shù) 據(jù) 字節(jié) 數(shù) i＝ 16？設(shè) 置 顯 示 起 始頁(yè) 、 起 始 列調(diào) 用 寫(xiě) 入 數(shù)據(jù) 子 程 序j=+1。（5）列地址設(shè)置 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 1 Yaddress（0~63）列地址是 DDRAM 的列地址。圖 定時(shí)程序流程 顯示程序流程顯示模塊是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)的重要部分，在這里選用 12864LCD 顯示器可實(shí)現(xiàn)對(duì)漢字和字符的顯示，該顯示器的引腳功能在上面已經(jīng)做了說(shuō)明，下面介紹12864LCD 的相關(guān)指令。按照要求設(shè)計(jì)操作面板如圖 所示：圖 鍵盤(pán)模塊鍵盤(pán)操作說(shuō)明：在系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，12864LCD 將顯示開(kāi)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 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)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。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。圖 電源電路 電機(jī)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，在這里選用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)大功率晶體管組成的 H 橋電