【正文】 .....................................................................................28第一節(jié) 算法實(shí)現(xiàn) .....................................................................................................28一、PID 算法 ................................................................................................28二、電機(jī)速度采集算法 ................................................................................28第二節(jié) 程序流程 .....................................................................................................29第三節(jié) 本章小結(jié) .....................................................................................................30第五章 系統(tǒng)功能調(diào)試 ................................................................................................31第一節(jié) 系統(tǒng) PROTEUS 仿真 ....................................................................................31第二節(jié) 系統(tǒng)硬件調(diào)試 .............................................................................................33一、易犯錯(cuò)誤 ................................................................................................33二、檢測(cè)步驟 ................................................................................................33第三節(jié) 系統(tǒng)軟件調(diào)試 .............................................................................................34第四節(jié) 系統(tǒng)實(shí)物調(diào)試 .............................................................................................34第五節(jié) 功能實(shí)現(xiàn) .....................................................................................................36第六節(jié) 本章小結(jié) .....................................................................................................36結(jié)論 ..............................................................................................................................37致 謝 ............................................................................................................................38參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................39附錄 ..............................................................................................................................40一、英文文獻(xiàn) ..........................................................................................................40二、英文翻譯 ..........................................................................................................51三、電路原理圖 ......................................................................................................60四、PCB 電路圖 ......................................................................................................61五、源程序 ..............................................................................................................61六、元件清單 ..........................................................................................................67七、不同 PID 情況下轉(zhuǎn)速測(cè)量表格 ......................................................................68 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1前言直流電機(jī)速度控制在現(xiàn)實(shí)生活中的方方面面都有所運(yùn)用，如今其已經(jīng)滲透到了醫(yī)療、汽車制造、鐵道運(yùn)輸、航天航空、鋼鐵生產(chǎn)、物流配送、飲料生產(chǎn)等多個(gè)方面。軟件部分采用 C 語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)為：可移植性強(qiáng)、算法容易實(shí)現(xiàn)、修改及調(diào)試方便、易讀等。然而，這種方法的主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)的重量的、體積大、效率低和維護(hù)困難。因此我們aRIU?a aRI aaURI??可以改變 ， ， 中任意一個(gè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)速 的調(diào)節(jié) [4]。根據(jù)前面的介紹，改變電樞的供電電壓有兩種方法：一種是采用發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組供電的速度控制系統(tǒng)；另一種是采用晶閘管變流器供電的速度控制系統(tǒng)。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5（2） 、采用晶閘管變流器供電的調(diào)速方法圖 (a) 為晶閘管供電的調(diào)速電路，圖 (b)為晶閘管供電時(shí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性圖 晶閘管供電的調(diào)速電路晶閘管變流器供電的速度控制電路如圖 (a)所示。在該方法中，由于在任何速度下的磁通是相同的，但改變電機(jī)的電源電壓，然而在額定電流時(shí)，并且不考慮在低速（即，電機(jī)被假定為封閉強(qiáng)制通風(fēng)或水冷的情況下） ，無(wú)論是在高速或低速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)可輸出額定轉(zhuǎn)矩，所以這種方法被叫做恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速法，這是其重要特征之一。在額定電壓和額定電流條件下，在不同的速度時(shí)，電機(jī)始終輸出額出功率，所以這種調(diào)速方法被稱為恒功率調(diào)速。在 PWM 控制方式下，是通過(guò)保持周期不變的情況，調(diào)整開(kāi)關(guān)處開(kāi)通時(shí)間的脈沖寬度調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的目的。第四節(jié) 本章小結(jié)本章第一節(jié)主要介紹了直流電機(jī)的工作原理，分析了直流電機(jī)的幾種調(diào)速方法，改變電樞電阻、改變電樞電壓、采用大功率 PWM 脈寬、改變勵(lì)磁電流調(diào)速四種方法，并介紹了在不同調(diào)速調(diào)速方法的直流電機(jī)的工作原理，并在第二節(jié)主要分析了基于單片機(jī)的 PWM 直流電機(jī)的調(diào)速方法，并分析了其應(yīng)用于直流電機(jī)調(diào)速中的優(yōu)點(diǎn)。又因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)需要通過(guò)某種算法實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，基于 PID 算法在實(shí)踐運(yùn)用當(dāng)中已經(jīng)比較成熟，而且形成了一定的理論基礎(chǔ)，便于實(shí)踐運(yùn)用，所以本次設(shè)計(jì)采用 PID 進(jìn)行速度調(diào)節(jié)控制。D數(shù)字 PID 位置型示意圖和數(shù)字 PID 增量型圖分別如圖 和 所示：圖 數(shù)字 PID 位置型控制圖 圖 數(shù)字 PID 增量型控制圖增量式算法與位置式算法相比有如下優(yōu)點(diǎn)：增量式算法不需要做累加，控制量的確定僅與最近幾次采用誤差值有關(guān)，計(jì)算誤差和計(jì)算精度問(wèn)題，對(duì)控制量的計(jì)算影響較小。在不同干擾條件下系統(tǒng)輸出可以保持在一個(gè)給定值附近，使其控制量盡可能的小，在系統(tǒng)和和環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，控制應(yīng)保持穩(wěn)定。試湊法 試湊法是通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬或?qū)嶋H系統(tǒng)的操作，觀察一個(gè)典型的輸入功能，對(duì) PID 參數(shù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，直到滿意為止，以確定參數(shù)的響應(yīng)曲線。PKIDT表 擴(kuò)充臨界比例度法整定參數(shù) [8]控制度 控制規(guī)律 T PIDT PI K? K PID K PI PID K? 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12（2） 、經(jīng)驗(yàn)法經(jīng)驗(yàn)法是靠工作人員的經(jīng)驗(yàn)及對(duì)工藝的熟悉程度，通過(guò)參考測(cè)量值跟蹤與設(shè)定值曲線，來(lái)調(diào)整 P、 I、D 三者參數(shù)值的大小的，具體操作可按以下口訣進(jìn)行：先是比例后積分，最后再把微分加；曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大；曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳；曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降；曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)；曲線振蕩頻率快，先把微分降下來(lái)；動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢，微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)。三、PWM 控制的基本原理脈寬調(diào)制（PWM）基本原理：控制方式就是對(duì)逆變電路的開(kāi)關(guān)器件的觸發(fā)脈沖進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值大小相等的脈沖，用所得的波形等效代替所需要的波形。　　根據(jù)上面理論我們就可以用不同寬度的矩形波來(lái)代替正弦波，通過(guò)對(duì)矩形波的控制來(lái)模擬輸出不同頻率的正弦波。根據(jù)上述原理，在給定的頻率，振幅和后半周期的脈沖數(shù)的正弦波 PWM波形的脈沖寬度和間距可以精確地計(jì)算出。 第二節(jié) 硬件設(shè)計(jì)方案選定根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求，可以設(shè)計(jì)出如圖 所示的系統(tǒng)方框圖。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。該芯片具有以下主要特點(diǎn)：工作電壓高，最高可達(dá) 4 6 V；輸出電流大，瞬問(wèn)峰值電流可達(dá) 3 A，持續(xù)工作電流為 2 A；內(nèi)含兩個(gè) H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制，具有兩個(gè)使能控制端 [10]，所以采用此種方案的電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好。又因?yàn)?1602LCD 液晶顯示器控制方法簡(jiǎn)單，功率低、硬件電路簡(jiǎn)單、可對(duì)字符進(jìn)行顯示。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19七、最終確定系統(tǒng)方案 經(jīng)過(guò)上述的分析與論證，系統(tǒng)各模塊采用的方案如下：（1）控制模塊：采用 STC89C52 單片機(jī)；（2）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 實(shí)現(xiàn)；（3）速度采集模塊：采用光電傳感器；（4）顯示模塊：采用 1602LCD 液晶顯示模塊；（5）鍵盤模塊：采用五位控制鍵盤；（6）電源模塊：采用直接 5V 供電方式實(shí)現(xiàn)。接收鍵盤的輸入控制信號(hào)。二、電源電路模塊電源是整個(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。這樣單片機(jī)產(chǎn)生的 PWM 脈沖控制 L298N 的選通端，使電機(jī)在 PWM 脈沖的控制下正常運(yùn)行，其中四個(gè)極管對(duì)芯片起保護(hù)作用。例如當(dāng)電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)， 將輸出如圖 所示的脈沖，若知道一段時(shí)間 T 內(nèi)傳感器輸出的低脈沖數(shù)為 N，則電機(jī)轉(zhuǎn)速 。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 280)]2()1(2)[)()]1()[)( uneneKneKnUDIP ??????第四章 軟件設(shè)計(jì)第一節(jié) 算法實(shí)現(xiàn)一、PID 算法本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心算法用到了 PID 算法，它是根據(jù)本次采樣的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較