【正文】 圖 215 積分環(huán)節(jié)的系統(tǒng)響應(yīng) 分別 用深 藍(lán) 色、 綠 色、 紅 色、淡藍(lán)色和紫 紅色表示 IT = 時(shí)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)。 江西理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3020406080100120140S t e p R e s p o n s eT i m e ( s e c )Amplitude 圖 214 比例環(huán)節(jié)的系統(tǒng)響應(yīng) 分別用深藍(lán)色、綠色、紅色、淡藍(lán)色和紫紅色表示當(dāng) PK =15時(shí)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，從圖 22 可以看出隨著比例系數(shù) PK 的增大，穩(wěn)態(tài)誤差在減小，控制時(shí)間加長(zhǎng)，響應(yīng)速度加快，同時(shí)動(dòng)態(tài)性能變差，振蕩比較嚴(yán)重，閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量增大，但是不能完全消除穩(wěn)定誤差。作為一種線(xiàn)性控制器，它根據(jù)設(shè)定值 r(t)和實(shí)際輸出值 y(t)構(gòu)成控制偏差 e(t)，將偏差按比例、積分和微分通過(guò)線(xiàn)性組合構(gòu)成控制量 u(t)，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。 可編程控制器 (PLC)是利用其閉環(huán)控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn) PID控制，而可編程控制器 (PLC)可以直接與 Control Net相連，如 Rockwell的 PLC5等。如何在各類(lèi)工業(yè)過(guò)程 PID控制器設(shè)計(jì)中，從綜合性能指標(biāo)的角度選擇合適的設(shè)計(jì)方法和控制器參數(shù) 。自整定技術(shù)對(duì)于工程師設(shè)置控制器參數(shù)非常有用，尤其體現(xiàn)在一些復(fù)雜回路的控制器參數(shù)整定上。又如將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和 PID控制結(jié)合起來(lái)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)在線(xiàn)整定 PID控制器的參數(shù)，形成基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)江西理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 的 PID控制器等。通過(guò) PK ， IT 和 DT 三個(gè)參數(shù)的設(shè)定。 需要注意的是，當(dāng)由硬件復(fù)位來(lái)終止空閑工作模式時(shí)， CPU 通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開(kāi)始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期 （ 24 個(gè)時(shí)鐘周期）有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止 CPU 訪問(wèn)片內(nèi) RAM，而允許訪問(wèn)其他端口。 ： AT89S51 共有 5 個(gè)中斷向量： 2 個(gè)外部中斷（ INT0 和 INT1），兩個(gè)定時(shí)中斷（ Timer0 和 Timer1）和一個(gè)串行中斷。 WDT： 掉電時(shí)期，晶體振蕩停止， WDT也停止。 江西理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 DISRTO 位缺省為 RESET 輸出高電平打開(kāi)狀態(tài)。 P1口： P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。 2．位移測(cè)量 如圖 29 所示，兩塊永久磁鐵同極性相對(duì)放置，將線(xiàn)性型霍爾傳感器置于中間，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這個(gè)點(diǎn)可作為位移的零點(diǎn)，當(dāng)霍爾傳感器在 Z軸上作 △Z位移時(shí)，傳感器有一個(gè)電壓輸出，電壓大小與位移大小成正比。 霍爾傳感器分為線(xiàn)性型霍爾傳感器和開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器兩種。 兼于方案二 調(diào)速特性?xún)?yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大 ，因此本設(shè)單片 機(jī)（速度的測(cè)量計(jì)算、輸入設(shè)定及系統(tǒng)控制） 霍爾傳感器速度采集 單片機(jī)（ PID 運(yùn)算控制器、PWM 模擬發(fā)生器） 直流電動(dòng)機(jī) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 江西理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 計(jì)采用方案一。由式 TKK RKUn TE aE 2?? ??可見(jiàn)，當(dāng)磁通 Φ 減小時(shí)， n0升高了，轉(zhuǎn)速降 Δn 也增大了；但 Δn 與 Φ2成正比，所以磁通愈小，機(jī)械特性曲線(xiàn)也愈陡，但仍有一定的硬度。 江西理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 12 直流電機(jī)的接線(xiàn)圖 圖 12是他勵(lì)和并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的接線(xiàn)原理圖。通有電流的電樞繞組在磁場(chǎng)中受到電磁力矩的作用，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，起了能量轉(zhuǎn)換的樞紐作用，故稱(chēng) “電樞 ”。其中 ∑R 為勵(lì)磁回路的總電阻，它包括勵(lì)磁繞組的電阻和外加的調(diào)節(jié)電阻 Rr。前一種方式，整流元件為二極管，如把它和交流勵(lì)磁機(jī)電樞繞組、同步電機(jī)勵(lì)磁繞組一起都裝在轉(zhuǎn)子上，則勵(lì)磁電流就可以直接由交流勵(lì)磁機(jī)經(jīng)整流橋輸入勵(lì)磁繞組 ,不再需要集電環(huán)和電刷，可構(gòu)成無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng) ,為電機(jī)的運(yùn)行、維護(hù)帶來(lái)很多方便。因此，從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，任何電機(jī)都包括磁場(chǎng)部分和電路部分。電動(dòng)機(jī)最早先的樣子是在兩個(gè) U型磁鐵中間安裝了一個(gè)六臂輪，并在每個(gè)臂上帶兩根棒型磁鐵，通電后磁鐵的吸引力和 排斥力推動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 single chip Microputer 。 hall position sensor 。 電動(dòng)機(jī)在雅克比手上還有進(jìn)一步的發(fā)展，他制造了一個(gè)大型的裝置為小艇提供動(dòng)力，并在易北河上試航，雖然當(dāng)時(shí)的時(shí)速只達(dá)到了 公里，但這不影響電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)的成功。從上述原理可見(jiàn)，任何電機(jī)都體現(xiàn)著江西理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 電和磁的相互作用，是電、磁這兩個(gè)矛盾著的對(duì)立面的統(tǒng)一。當(dāng)然整流元件、快速熔斷器等器件在運(yùn)行中均處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，要承受相當(dāng)大的離心力，這在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須加以考慮。 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 分為兩部分：定子與轉(zhuǎn)子。 換向器又稱(chēng)整流子，是直流電動(dòng)機(jī)的一種特殊裝置。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞是分離的，分別由勵(lì)磁電源電壓 Uf 和電樞電源電壓 U 兩個(gè)直流供電；而在并勵(lì)電動(dòng)機(jī)中兩者是并聯(lián)的，由同一電壓 U 供電。見(jiàn)圖 14 江西理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 由于電動(dòng)機(jī)一般是在額定狀態(tài)下運(yùn)行的，它的磁路已接近于飽和，所以在一定負(fù)載下，通常是減小磁通調(diào)速（ Φ＜ ΦN），轉(zhuǎn)速上調(diào)（ n＞ nN）。 檢測(cè)方案 選擇 電機(jī)控制系統(tǒng)中信號(hào)檢測(cè)是必不可少的，不僅開(kāi)環(huán)控制狀態(tài)的極限控制需要，如過(guò)電流、過(guò)電壓、過(guò)熱和欠電壓等嚴(yán)重影響系統(tǒng)正常工作的信號(hào)，而且對(duì)于絕大多數(shù)閉環(huán)控制系統(tǒng)，狀態(tài)信 息的檢測(cè)更是不可缺少，即進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并利用檢測(cè)信號(hào)控制電機(jī)的正常運(yùn)行。 ? 線(xiàn)性型霍爾傳感器由霍爾元件、線(xiàn)性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。 圖 29位移測(cè)量 如果把拉力、壓力等參數(shù)變成位移，便可測(cè)出拉力及壓力的大小，如圖 210所示，是按這一原理制成的力傳感器。對(duì)端口寫(xiě)“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電江西理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。 ALE/~PROG:當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址所存允許）輸出脈沖用于所存地址的低 8位字節(jié)。 雙時(shí)鐘指針寄存器： 為更方便地訪問(wèn)內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，提供了兩個(gè) 16 位數(shù)據(jù)指針寄存器：DP0 位于 SFR（特殊功能寄存器）區(qū)塊中的地址 82H、 83H、和 DP1 位于地址 84H、85H，當(dāng) SFR中的位 DPS=0 選擇 DP0，而 DPS=1 則選擇 DP1。掉電模式下，用戶(hù)不能再?gòu)?fù)位 WDT。這些中斷如圖 1. 這些中斷源各自的禁止和使能位參見(jiàn)特殊功能寄存器的 IE。為了避免在復(fù)位結(jié)束時(shí)可能對(duì)端口產(chǎn)生意外寫(xiě)入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條對(duì)端口或外部存儲(chǔ)器的寫(xiě)入指令。 PID控制器主要適用于基本線(xiàn)性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。正是由于人們不斷地對(duì) PID控制進(jìn)行改進(jìn)，才賦予了它更強(qiáng)的生命力，影響力最廣的 常規(guī)控制算法。 3． PID控制器的廣泛應(yīng)用 PID控制器已廣泛應(yīng)用于化工、冶金、機(jī)械、熱工和輕工等領(lǐng)域，特別適用于具有典型動(dòng)態(tài)特性的溫度、壓力、液位、流量等工藝參數(shù)的控制，可達(dá)到良好的控制效果。在此基礎(chǔ)上，如何將控制系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)的研究成果應(yīng)用于 PID控制器設(shè)計(jì)的實(shí)踐 。還有可以實(shí)現(xiàn) PID控制功能的控制器，如 Rockwell的 LogiX產(chǎn)品系列，它可以直接與 Control Net相連，利用網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能?？刂破鞯妮斎胼敵鲫P(guān)系可描述為 : 比例 積分 微分 被控對(duì)象 + + u(t) + y(t) r(t) e(t) + _ 江西理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 ])()(1)([)(0 dttdeTdtteTteKtu DtIP ??? ? （ 21） 式中 : )()()( tytrte ?? ， PK 為比例系數(shù)， IT 為積分時(shí)間常數(shù)， DT 為微分時(shí)間常數(shù)。 積分環(huán)節(jié)的作用 積分環(huán)節(jié)的引入主要是為了保證實(shí)際輸出值 y(t)在穩(wěn)態(tài)時(shí)對(duì)設(shè)定值 r(t)的無(wú)靜差跟蹤。由圖 23可以清楚得看出， 隨著 IT 的加大，閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量減小，響應(yīng)速度減慢。 ti=。同時(shí)， 隨著積分時(shí)間常數(shù)不減小，靜差在減?。坏沁^(guò)小的 IT 會(huì)加劇系統(tǒng)振蕩，甚至 使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。根據(jù) PID 控制器的基本結(jié)構(gòu)式 (21)，有： ]Ttee[Ku I00P0 ?? (23) 在己知 PK 和 IT 不為常數(shù)的情況下， 0u 為常數(shù)當(dāng)且僅當(dāng) 0e =0。 針對(duì)設(shè)定值控制中的超調(diào)問(wèn)題， Hang 改進(jìn)算法。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定 PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。提高控制回路的性能，不僅需要 PID控制的知識(shí)，而且需要過(guò)程方面的知識(shí) 。 PID控制常常與運(yùn)算環(huán)節(jié)、邏輯環(huán)節(jié)、順序環(huán)節(jié)和選擇器等一些 簡(jiǎn)單的功能塊相結(jié)合組成復(fù)雜控制系統(tǒng)，如串級(jí)控制、前饋控制、比值控制和選擇性控制等。 PID控制器應(yīng)用如此廣泛主要由以下幾個(gè)原因。 PID控制器能解決許多控制問(wèn)題，尤其在動(dòng)態(tài)過(guò)程是良性的和性能要求不太高的情況下。退出掉電模式的方法是硬件復(fù)位或由處于使能狀態(tài)的外中斷 INT0 和 INT1 激活。值得注意的是表 4 中的 和 沒(méi)有定義，用戶(hù)也不要訪問(wèn)這些位，它是保留為以后的 AT89 產(chǎn)品作擴(kuò)展用途。當(dāng)硬件復(fù)位退出掉電模式時(shí)，處理 WDT 可像通常的上電復(fù)位一樣。 電源空閑標(biāo)志： 電源空閑標(biāo)志（ POF）在特殊功能寄存器 SFR 中 PCON 的第四位（ ），電源打開(kāi)時(shí) POF 置“ 1”，它可由軟件設(shè)置睡眠狀態(tài)并不為復(fù)位所影響。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 P2口： P2 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。 1．測(cè)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù) 如圖 211 所示，在非磁性材料的圓盤(pán)邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤(pán)邊緣處，圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖，從而可測(cè)出轉(zhuǎn)數(shù)（計(jì)數(shù)器），若接入頻率計(jì)，便可測(cè)出轉(zhuǎn)速。 （ 1）線(xiàn)性型霍爾傳感器的特性 江西理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 25電壓與外磁場(chǎng)關(guān)系 輸出電壓與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線(xiàn)性關(guān)系，如圖 25 所示，可見(jiàn)，在 B1～ B2 的磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍內(nèi)有較好的線(xiàn)性度，磁感應(yīng)強(qiáng)度超出此范圍時(shí)則呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。電量有電流、電壓、電荷量和電功率等。 Tc n2 n1 n0 Un n Nn n? T 小 減 通 磁 圖 14 改變 ? 時(shí)的機(jī)械特性曲 線(xiàn) 江西理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 二 章 直流電動(dòng)機(jī) PID 調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 調(diào)速方案選擇 （一）方案一： PWM 波調(diào)速 采用由達(dá)林頓管組成的 H型 PWM 電路（圖 2— 1）。則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距也就和電樞電流成正比，T= KTΦIa= KIa 這是并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)。換向片嵌放在套筒上，用壓圈固定后成為換向器再壓裝，在轉(zhuǎn)軸上電樞繞組的導(dǎo)線(xiàn)按一定的規(guī)則焊接在換向片突出的叉口中。 轉(zhuǎn)子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風(fēng)扇等。電機(jī)采用自勵(lì)時(shí)，不需要外界單獨(dú)的勵(lì)磁電源 ,設(shè)備比較簡(jiǎn)單。 直流電動(dòng)機(jī)的分類(lèi) 一般的電機(jī)多采用電流勵(lì)磁。 電動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用的推動(dòng)力來(lái)自直流電動(dòng)機(jī)的問(wèn)世，在 1870 年時(shí)比利時(shí)的工程師格拉姆發(fā)明了這種實(shí)用機(jī)械，并把它大量制造出來(lái)，而后還不斷的對(duì)電動(dòng)機(jī)的效率進(jìn)行提高。 沖量相 等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。 關(guān)鍵詞 :直流電機(jī) ； 單片機(jī) ； 霍爾傳感器 ； PID 控制 Abstract Electrical times today, the motor in industrial and agricultural production and people39。利用直流測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)得電機(jī)速度，經(jīng)過(guò)濾波電路得到直流電壓信號(hào)，把電壓信號(hào)輸入給 A/D 轉(zhuǎn)換芯片最后反饋給單片機(jī)，在內(nèi)部進(jìn)行 PI 運(yùn)算，輸出控制量完成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控制。包括直流電機(jī)在內(nèi)的一切旋轉(zhuǎn)電機(jī)，實(shí)際上都是依據(jù)我們所知道的兩條基本原則制造的。勵(lì)磁調(diào)節(jié)可以通過(guò)調(diào)節(jié)交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流來(lái)實(shí)現(xiàn)；也可以在交流勵(lì)磁機(jī)輸出電