【正文】 設(shè)計(jì)的主要驅(qū)動(dòng) MC68HC708MP16 三相異步電動(dòng)機(jī)控制策略。)有成百上千的單片機(jī)的類型,可以被看作是一種中型,但只有少數(shù)人有專門設(shè)計(jì)用于電機(jī)的控制。最大 I/O 口總輸入電流不能超過 100 毫安。[注:在使用這種 A / D 轉(zhuǎn)換的最大分辨率(16 位)、電噪聲水平的 A / D 轉(zhuǎn)換控制邏輯可能導(dǎo)致錯(cuò)誤。這種 MC68HC705JJ7 6144 位型號(hào)可編程只讀存儲(chǔ)器,16 個(gè)字節(jié),和 224 位的 RAM。單片機(jī)的成本是主要取決于其硅模具尺寸和包裝類型。另外的一種重要的單片機(jī)元素是它的內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)。許多類型的外部元件被用于單片機(jī)中。EEPROM 單片機(jī)程序允許快速修正并且既適合原機(jī)型也適合小規(guī)格機(jī)型的產(chǎn)品。其他處理器的變化，例如精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（RISC），使用較少的指令并且操作更快速。一種方法是叫做普林斯頓結(jié)構(gòu)被應(yīng)用在許多單片機(jī)和微處理器中（例如摩托羅拉公司的 MC68HC05MC4 單片機(jī)）。這些設(shè)計(jì)復(fù)雜編程困難不能簡(jiǎn)單易用的單片機(jī)裝置很可能會(huì)成為勢(shì)不可擋的發(fā)展工具。首先提出了系統(tǒng)的原理闡述，確保系統(tǒng)一個(gè)有價(jià)值的控制系統(tǒng)，給硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)確定具體的目標(biāo)。因此，我們又考慮了一種新的算法—積分分離 PID 算法。PID 應(yīng)用范圍廣，雖然很多工業(yè)過程是非線形或時(shí)變性的，但通過適當(dāng)簡(jiǎn)化，可以將其變成線形和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，就可以進(jìn)行 PID 控制了。其電路如圖 28 所示1234D0BRIDGE1C4100UFV1220VT1TRANS1Vin1GND2Vout 3IC10LM7805 C7100UFVCC圖 28 電源電路Figure 28 power supply circuit孫作斌：基于數(shù)字 PID 的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)16其中變壓器是將電網(wǎng)電壓（220V、50Hz）變換為所需的 10V 交流電壓；整流是將變壓器次級(jí)交流轉(zhuǎn)換為單向脈動(dòng)直流；濾波是將整流后的波紋濾除。遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13圖 25 74LS164 結(jié)構(gòu)圖Fig. 25 74LS164 structure chart各引腳說明：A、B：串行輸入端；CLK：移位時(shí)鐘脈沖；：復(fù)位端；MR ～ ：并行數(shù)據(jù)輸出端。VSS： 接地。在中斷服務(wù)程序中，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送到指定的存儲(chǔ)單元。193。180。202。輸出具有 TTL 三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線上。負(fù)載電阻R 上輸出電壓 （22）??1010273VIRR?????選擇R 1使V 0在A/D允許輸入范圍內(nèi)，本系統(tǒng)選R 1=10KΩ。系統(tǒng)運(yùn)行過程中的溫度數(shù)值由數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示。用于測(cè)量恒溫箱溫度的 K 型熱電偶電勢(shì)發(fā)生變化，運(yùn)用 AD590 進(jìn)行冷端補(bǔ)償，然后將信號(hào)經(jīng)過放大處理為 05V 電壓信號(hào)，將此電壓送入 AT89S51 內(nèi)的采樣保持器和 A/D 轉(zhuǎn)換電路后得到與恒溫箱相應(yīng)的數(shù)字量。孫作斌：基于數(shù)字 PID 的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)21 緒論 本課題的設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)是基于數(shù)字 PID 的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)，要求設(shè)計(jì)一個(gè)恒溫箱，保溫范圍為 800到 850 攝氏度，當(dāng)溫度超過 850 攝氏度時(shí)候，啟動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行散熱。本系統(tǒng)利用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒溫箱溫度恒定控制，其總體結(jié)構(gòu)圖如圖 11圖 11 恒溫箱溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Figure 11 the constant temperature box temperature control system structure diagram所示。常用的熱電阻材料有鉑、銅、鎳、鐵等，它具有高溫度系數(shù)、高電阻率、化學(xué)、物理性能穩(wěn)定、良好的線性輸出特性等，常用的熱電阻如 PT100、PT1000 等，熱電阻傳感器一般檢測(cè)在200 到 800 攝氏度溫度范圍。測(cè)量放大電路，如圖 21 為溫度測(cè)量放大電路。206。248。235。216。根據(jù)我們學(xué)生掌握的程度，本設(shè)計(jì)最終選用經(jīng)典的單片機(jī) AT89S51 作為本系統(tǒng)的 CPU。8．PSEN：程序儲(chǔ)存使能端1）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀?。翰粍?dòng)作。移相觸發(fā)方式調(diào)功實(shí)際上是控制可控硅的導(dǎo)通角，達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的，此方式易造成電磁干擾且電路復(fù)雜。7 主回路設(shè)計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)中，調(diào)節(jié)功率的器件多種多樣，如 SCR(晶閘管)、GTO(門極可關(guān)斷晶閘管)、BJT( 雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)等， 這里我們采用課本學(xué)過的可控硅進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，電源部分采用 220V 交流電，然后進(jìn)行整流處理，通過調(diào)節(jié)可控硅的觸發(fā)角來(lái)控制負(fù)載加熱功率，主回路如圖 29 所示。由于本課題要求采用數(shù)字 PID 控制，因此，我們下面對(duì)常用的三種數(shù)字 PID 控制算法進(jìn)行研究，來(lái)確定一種適合本系統(tǒng)的 PID 控制算法。但在過程的啟動(dòng)、結(jié)束或大幅度增減設(shè)定時(shí),短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)輸出會(huì)產(chǎn)生很大的偏差,造成 PID 運(yùn)算的積分累積,致使控制量超過系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能允許的最大動(dòng)作范圍,造成系統(tǒng)短時(shí)控制失效,引起系統(tǒng)較大的超調(diào),甚至引起系統(tǒng)較大的振蕩,這是在生產(chǎn)過程中絕對(duì)不允許的。當(dāng)被控量接近設(shè)定值時(shí),引入積分控制,以消除系統(tǒng)靜差,提高系統(tǒng)控制精度。鍵盤掃描工作和驅(qū)動(dòng)程序展示類似于數(shù)學(xué)公式僅僅有一些例子。記住能讓單片機(jī)執(zhí)行一項(xiàng)很長(zhǎng)的工作或者是處理很復(fù)雜的數(shù)學(xué)等式的程序設(shè)計(jì)指令（軟件程序）是十分重要的。指令的執(zhí)行過程（是讀取一個(gè)信號(hào)，然后計(jì)算出一個(gè)值，之后輸出一個(gè)信號(hào)）對(duì)于單片機(jī)的申請(qǐng)是更重要的。一些單片機(jī)裝置將兩者集合起來(lái)了(例如 68HC908AT32 8 位單片機(jī) 16 位單片機(jī)或產(chǎn)于摩托羅拉公司的 68HC912B32)。時(shí)鐘的振蕩器可以由水晶,陶瓷諧振器、或一個(gè)電抗耦合組成，或者可以由外部電源提供。遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）312 電機(jī)控制單片機(jī)有三個(gè)普通的電機(jī)控制單片機(jī)的團(tuán)體第一組包括基本電刷直流電機(jī)的速度(和/或方向)控制,而且只需要低成本 8 位單片機(jī)帶有 A/ D 轉(zhuǎn)換和定時(shí)器。 廉價(jià)電機(jī)控制例子是一種廉價(jià)的單片機(jī)定義是一個(gè)少于 2 美元并且通常是 4 位或 8 位裝置?？傤~定電壓大電流的 6 個(gè) I / O 范圍為 40 到 15 毫安。電容器大于 2μF 不應(yīng)使用,因?yàn)樗麄儗?chuàng)造高流量能量在單片機(jī)和也會(huì)受到更高的內(nèi)部漏抗。這種轉(zhuǎn)換的速度是足夠遠(yuǎn)程控制測(cè)量,例如溫度、平均電流。8 位 MCU 28 針 MC68HC705MC4 的定時(shí)器模塊型有和一個(gè)交換器為無(wú)刷電機(jī)控制。這個(gè)階段可以增強(qiáng) BLM 高速控制的性能。注意每個(gè)模塊的接口與內(nèi)部總線如何用來(lái)執(zhí)行一個(gè)特定的任務(wù)。RAM 的內(nèi)容可以保存在少于 10μA 電流供應(yīng)的單片機(jī)待機(jī)模式下。PIC12C671 單片機(jī)的一個(gè)有趣的特點(diǎn)是其 8 針的結(jié)構(gòu)。這種類型的 A / D 轉(zhuǎn)換器需要更多抗干擾措施,但較低成本和可解決 12 或更多位使用比率法。它的指令集由 62 指令和 8 位尋址模式。這個(gè)組織以 16 位單片機(jī)與 32 位高速中央處理器和復(fù)雜的定時(shí)器結(jié)構(gòu)。有些 MCU 設(shè)計(jì)使用低頻震蕩器,舉個(gè)例子,一個(gè) 32kHz 振蕩器,內(nèi)部倍頻電問題最小化的振蕩器。在單片機(jī)的內(nèi)存有特殊的功能，就像輸入輸出口一樣。當(dāng)使用一個(gè) ROM 型的單片機(jī)時(shí)，你要記住程序的改變必須由單片機(jī)的生產(chǎn)者來(lái)做，當(dāng)一個(gè)潛伏在程序中的漏洞被發(fā)現(xiàn)時(shí)很可能有大量的產(chǎn)品將被廢棄。這個(gè)結(jié)構(gòu)控制單片機(jī)的大多數(shù)功能并且接收來(lái)自于軟件程序的指令。單片機(jī)可以高精度的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩并且可以保護(hù)或者至少能發(fā)現(xiàn)電機(jī)故障的情況。這樣的程序可以滿足各種型號(hào)的單片機(jī)的發(fā)展工具設(shè)計(jì)的要求。這里我們采用一種無(wú)超調(diào)的積分分離 PID 控制，本文專門設(shè)計(jì)了其 PID 流程圖。2. 手動(dòng)/自動(dòng)切換時(shí)沖擊小，便于實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換。在過去的幾十年里，PID 控制，也就是比例積分微分控制在工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)可控硅調(diào)功控溫需解決3個(gè)技術(shù)關(guān)鍵：獲取工頻交流電源的過零觸發(fā)脈沖，作為觸發(fā)可控硅的同步脈沖；將控制算法得到的控制量變?yōu)榭煽毓柙谥芷趦?nèi)的導(dǎo)通時(shí)間；隔離工頻交流電源強(qiáng)電對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)和控制電路弱電的干擾。10．XTAL1， XTAL2：接石英晶體振蕩器。2. P1 口：只做 I/O 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。當(dāng) ＝0 時(shí)，與寫信號(hào)WR 共同選通 ADC0809。216。247。其轉(zhuǎn)換時(shí)間大約在幾微秒到幾百微秒之間。由于本課題的任務(wù)要求測(cè)量的范圍為800℃850℃，綜合價(jià)格以及各方面性能，決定采用鎳鉻—鎳硅合金的K型熱電偶作為本課題的溫度傳感器， K型熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，其測(cè)溫范圍200℃1300 ℃。以此控制量控制可控硅的觸發(fā)角度，決定加熱電路的工作狀態(tài)。以 AT89S51 單片機(jī)為主體，利用 K 型熱電偶采集溫度，將信號(hào)經(jīng)過再經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成 05V 電壓信號(hào)并輸入 A/D 轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換結(jié)果送到單片機(jī)進(jìn)行處理，處理結(jié)果做到響應(yīng)輸出，主回路部分用控制可控硅觸發(fā)角調(diào)節(jié)功率，另外，為了采集過零電壓信號(hào)，硬件部分利用了過零檢測(cè)技術(shù)。在這一章中主要介紹系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊和它們的電路圖，它是在第一章的基礎(chǔ)上更加細(xì)致地介紹恒溫箱溫度控制的各個(gè)組成部分，簡(jiǎn)要分析電路圖的工作過程及功能。當(dāng)被控量接近設(shè)定值時(shí),引入積分控制,以消除系統(tǒng)靜差,提高系統(tǒng)控制精度 [4]。目前運(yùn)用受限的主要原因一是價(jià)格相對(duì)較貴，二是非接觸式溫度傳感器的輸出同樣存在非線性的問題，而且其輸出受與被測(cè)量物體的距離、環(huán)境溫度等多種其它因素的影響。另一種常用的 A/D 轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式的，逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器是一種速度較快精度較高的轉(zhuǎn)換器。198。VCCGNDOEVR(+)VR()3 8181。194。由圖 23 可知 ADC0809 的通道選擇地址 A，B，C 分別由 89S51 的 ～ 經(jīng)地址鎖存器 74LS373 輸出提供。3）不擴(kuò)充時(shí)，可做一般 I/O 口使用，但內(nèi)部無(wú)上拉電阻，作為輸入輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。2）接低電平時(shí)：CPU 讀取外部程序存儲(chǔ)器（ROM） 。然而，傳統(tǒng)的可控硅過零觸發(fā)調(diào)功器由同步脈沖產(chǎn)生電路、檢零電路、隔離電路組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低了可靠性，而且采用分立元件，器件的離散性和溫漂嚴(yán)重影響調(diào)功器控制精度及使用壽命 [9]。反饋理論及其在自動(dòng)控制中應(yīng)用的關(guān)鍵是：做出正確測(cè)量與比較后，如何用于系統(tǒng)的糾正與調(diào)節(jié)。 增量式 PID 控制算法當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量時(shí)，可由式（32）推導(dǎo)出來(lái)提供增量的 PID 控制算式，根據(jù)遞推原理可得 （33）)]2()1([*)(*)1(*)1( 10 ???????? keKdjetkeKpkukj用式（32 ）減式（33 ） ，可得 （3??????)1())(*)( )2()(2*1????? ?kedketp kedtku4）式中 )1()(?keke增量式控制雖然只是算法上作了一點(diǎn)改進(jìn)，卻帶來(lái)了不少的優(yōu)點(diǎn)：1. 由于計(jì)算機(jī)輸出增量，所以誤動(dòng)作時(shí)影響小，必要時(shí)可用邏輯判斷的方法去掉。 積分分離 PID 控制流程設(shè)計(jì)在系統(tǒng) PID 控制模塊中，位置式 PID 調(diào)節(jié)對(duì)于運(yùn)算量要求很大，對(duì)系統(tǒng)處理速度會(huì)有影響，而增量式 PID 調(diào)節(jié)方式，積分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)誤差，溢出的影響大。這些數(shù)據(jù)文本是通過軟件編譯程序或匯編程序把機(jī)器編碼轉(zhuǎn)換過來(lái)的并且被輸入到單片機(jī)中。單片機(jī)可以測(cè)量電機(jī)的電流、電壓、轉(zhuǎn)速、溫度以及磁通量，并且能夠?yàn)殡姍C(jī)設(shè)計(jì)出最好的操作策略。 中央處理單元（CPU）中央處理器是單片機(jī)的大腦。在同等條件下，ROM 和 OTP 的區(qū)別是 ROM 的存儲(chǔ)形式是在單片機(jī)內(nèi)部的，而 OTP 是電觸發(fā)程序。 輸入/輸出裝置不同于微處理器的幾種方法。這是程序代碼可以被內(nèi)部總線執(zhí)行的速度。第三個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng),包括精密電機(jī)組機(jī)床及工業(yè)自動(dòng)化。這個(gè)單片機(jī)采用諾依曼結(jié)構(gòu)和負(fù)荷值指示的代碼和數(shù)據(jù)都來(lái)自同一存儲(chǔ)器總線。一個(gè)內(nèi)部溫控二極管可以選為 A / D 轉(zhuǎn)換的輸入進(jìn)行研究,來(lái)跟蹤當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度。該單片機(jī)的使用 35 個(gè)單獨(dú)的文檔說明并且可以執(zhí)行大多數(shù)的指令在四個(gè)時(shí)鐘周期或一個(gè)執(zhí)行周期即在 1μs 內(nèi)。這可擦可編程只讀存儲(chǔ)器和隨機(jī)存儲(chǔ)器的內(nèi)存的大小適用于控制一些簡(jiǎn)單或者有一點(diǎn)復(fù)雜的應(yīng)用程序。這樣的模塊化設(shè)計(jì)方法,使每個(gè)模塊式是進(jìn)一步優(yōu)化或修改而設(shè)計(jì)的整個(gè)單片機(jī)。這個(gè) MC68HCO8MP16 PWM 單元還包括截止時(shí)間的規(guī)定,以確保最小電流在半橋擊穿的特點(diǎn)著重介紹了電機(jī)電流畸變。它也有一個(gè) 6 輸入通道 8 位串行通信的 A / D,SCI、176 個(gè)字節(jié)的內(nèi)存,和 3584 字節(jié)的只讀存儲(chǔ)器。它不足以保護(hù)采用 IGBT 階段死區(qū)效應(yīng),因?yàn)榇蠖鄶?shù) IGBTs 額定電流短路電路來(lái)維持,只有 10μs。最快的 8 位的 A / D 轉(zhuǎn)換的時(shí)間是在 500μs 范圍,檢測(cè)短路和關(guān)閉電源,但對(duì)測(cè)量的緩慢的變量,如溫度或直流供電電源電壓,這種類型的 A / D 是足夠的。這個(gè) 15mA 范圍足以控制發(fā)光二極管。這種類型單片機(jī)的兩個(gè)例子一個(gè) 68HC705JJ7 20pin 單片機(jī),摩托羅拉公司 PIC12C672 8 位單片機(jī)芯片技術(shù)有限公司(8 針)。第二個(gè)電機(jī)控制組由直刷電機(jī)控制系統(tǒng),需要更強(qiáng)的性能比一個(gè)簡(jiǎn)單的調(diào)速的設(shè)計(jì)。單片機(jī)振蕩器的頻率可能會(huì)誤導(dǎo)人們單片機(jī)的性能的判斷。這類裝置允許單片機(jī)快速的改變閃存中的數(shù)據(jù)并且可以存儲(chǔ)在操作過程中的數(shù)據(jù)在其 EEPROM 斷電情況下。這要求為每一種類型單片機(jī)的執(zhí)行