【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 候開(kāi)通,:這個(gè)電路的原理也是一目了然的:當(dāng)單片機(jī)的IO口輸出高電平時(shí),R1所在的支路有電流I1,因此R2所在的支路就有I1*E(E為三極管的放大倍數(shù),比如我用的是30).這樣,發(fā)光管接通,單片機(jī)輸出0的時(shí)候,. 經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn),:長(zhǎng)時(shí)間處于發(fā)光狀態(tài),發(fā)熱嚴(yán)重,發(fā)光管效率降低,電阻增大,發(fā)光管發(fā)光效率更高,更省電. 至于接受電路,我使用的就比較的簡(jiǎn)單. 其中,所以?xún)蓚€(gè)電阻的比值就發(fā)生了變化,根據(jù)分壓原理,輸出的電壓值也就改變了. ,直接接到單片機(jī)上進(jìn)行編程不就可以了?不是的!注意,這里的輸出電壓雖然也有高和低,但是這里的電壓是個(gè)模擬量,我測(cè)得有反射(前方有障礙物)的時(shí)候,電壓是4V,沒(méi)有發(fā)射(前方?jīng)]有障礙物)的時(shí)候,你如果直接接到單片機(jī)上,單片機(jī)收到的都是高電平. 處理的辦法有兩個(gè):使用AD轉(zhuǎn)換或是使用電壓比較器.這兩個(gè)方法各有各自的優(yōu)缺點(diǎn),我們來(lái)分析一下: 大家都知道,就是將輸出的電壓值,用AD芯片進(jìn)行數(shù)字化,...這樣做的好處是顯而易見(jiàn)的,直接將輸出接到AD的輸入引腳即可(現(xiàn)在的許多MCU內(nèi)部都自帶ADC,所以根本就不需要外圍電路,直接接上即可).這樣做的不足也有,就是你需要編寫(xiě)AD檢測(cè)的程序,而且占用CPU時(shí)間. 所謂的比較器,就是電壓比較器,看電路: 看,就是這么個(gè)簡(jiǎn)單的電路,當(dāng)UiU時(shí),Uo一直是低電平。當(dāng)UiU時(shí),我們只要調(diào)節(jié)一下參考電壓,就可以使著輸出符合我們的要求低于這個(gè)閥值的時(shí)候是高電平,: 這個(gè)電路就很簡(jiǎn)單了,可以看出多了下面的那塊電路,這樣你設(shè)置不同的閥值,:,高電壓是4V,我們要把這個(gè)電平轉(zhuǎn)變成TTL,因此我們可以把基準(zhǔn)電壓設(shè)置成3V,因此經(jīng)過(guò)電壓比較器,4V就輸出低. .PID系統(tǒng)整定工程實(shí)踐 發(fā)表于 2009/6/28 9:01:53 【如果我寫(xiě)的好，請(qǐng)頂一下】 參加比賽或是做項(xiàng)目也好，PID的應(yīng)用非常的廣，不但可以用在運(yùn)動(dòng)控制的電機(jī)調(diào)速，更可以用在溫度控制、電流控制、電壓控制等等動(dòng)態(tài)變量的控制。 PID其實(shí)沒(méi)有多么神秘，還是那句話(huà)：被控量比我們的預(yù)期量（輸入量）大，CPU就控制其小點(diǎn)；被控量比我們的預(yù)期量小，CPU就控制其大些。在這其中在引入被控量信號(hào)的變化率和誤差累積，就成了真正的PID，可以達(dá)到非常好的控制效果。 直流伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 一個(gè)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的例子 ，一個(gè)基本的伺服系統(tǒng)由控制器、功率放大單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、反饋傳感器組成。控制器是按照一定的控制策略，綜合輸入量和反饋量，輸出控制信號(hào)的邏輯裝置，一般情況下使用工業(yè)計(jì)算機(jī)或是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（DSP、MCU等）來(lái)作為伺服系統(tǒng)的邏輯中樞；功率放大單元是將計(jì)算機(jī)輸出的控制信號(hào)，轉(zhuǎn)變成一定的功率信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)（）是將控制器的控制信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的物理量，可以是電動(dòng)機(jī)（用于運(yùn)動(dòng)控制）、加熱器（用于溫度控制）、功率開(kāi)關(guān)管（用于電流或電壓控制）等等；反饋傳感器（）是將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電氣信號(hào)，并反饋給控制器的裝置，它可以是位置傳感器（位置伺服系統(tǒng)）、速度傳感器（速度伺服系統(tǒng)）、溫度傳感器（溫度伺服系統(tǒng)）、電流傳感器（電流伺服系統(tǒng)）、電壓傳感器（電壓伺服系統(tǒng)）等等。直流伺服系統(tǒng)的工作原理簡(jiǎn)述 ，伺服系統(tǒng)通常是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。其工作流程可以簡(jiǎn)單的描述為：控制器接收外界的輸入，計(jì)算相應(yīng)的輸出值給功率放大單元，功率放大單元將控制器的信號(hào)放大，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。反饋傳感器采集執(zhí)行機(jī)構(gòu)或被控對(duì)象的狀態(tài)，將狀態(tài)信息反饋給控制器，控制器根據(jù)接收到的輸入值和傳感器反饋回來(lái)的反饋值，根據(jù)一定得控制策略（本論文中使用的是PID算法），進(jìn)一步調(diào)整輸出，使輸出達(dá)到目標(biāo)值（輸入值）。 其中，控制器CPU/MCU 功率放大MOSFET/MCS33886/各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 反饋傳感器角度傳感器（位置伺服系統(tǒng)）/旋轉(zhuǎn)編碼器（速度伺服系統(tǒng)）/溫度傳感器（溫度伺服系統(tǒng)）/電流傳感器（電流伺服系統(tǒng)） 為了便于討論，我編寫(xiě)了一個(gè)上位機(jī)軟件，實(shí)時(shí)對(duì)伺服系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行采集，而且還可以繪制出伺服系統(tǒng)的工作曲線(xiàn)。 第3章 直流伺服系統(tǒng)參數(shù)及其整定 數(shù)字PID的參數(shù)根據(jù)偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）進(jìn)行控制（簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制），是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)和理論分析都表明，這種控制規(guī)律對(duì)許多工業(yè)過(guò)程進(jìn)行控制時(shí)，都能得到滿(mǎn)意的效果。不過(guò)，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)PID控制，不是簡(jiǎn)單的將模擬PID控制數(shù)字化，而是進(jìn)一步與計(jì)算機(jī)的邏輯判斷功能結(jié)合，使PID控制更加靈活，更能滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程提出的要求。 采樣頻率的選擇（1）采樣周期應(yīng)遠(yuǎn)小于過(guò)程的擾動(dòng)信號(hào)的周期。根據(jù)香農(nóng)采樣定理：采樣頻率應(yīng)該大于或是等于信號(hào)最高頻率成分的兩倍。這個(gè)定理給出了采樣頻率選擇的最底線(xiàn)。（2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類(lèi)型。在執(zhí)行器的響應(yīng)速度比較慢時(shí)，過(guò)小的采樣周期將失去意義，因此可適當(dāng)選大一點(diǎn)。 在計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度允許的條件下，采樣周期短，則控制品質(zhì)好。當(dāng)過(guò)程的純滯后時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，一般選取采樣周期為純滯后時(shí)間的1/4～1/8。 （3）給定值的變化頻率。加到被控對(duì)象上的給定值變化頻率越高，采樣頻率也應(yīng)該越高，這樣給定值的改變可以迅速得到反應(yīng)。（4）被控對(duì)象的特性若被控對(duì)象是慢速的熱工業(yè)或是化工對(duì)象時(shí)，采樣周期一般取的比較的大；若被控對(duì)象是較快速的系統(tǒng)，采樣周期應(yīng)取得比較小。（5）控制算法的類(lèi)型采用PID控制算法，積分（I）和微分（D）作用都與采樣周期T的選擇有關(guān)系。采樣周期T太小，將使微分作用不明顯。 比例P 一般來(lái)說(shuō)，增加控制系統(tǒng)的比例增益，可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，同時(shí)也會(huì)降低穩(wěn)態(tài)誤差。盡管如此，如果比例增益太大，系統(tǒng)超調(diào)就會(huì)增大，如果Kp再進(jìn)一步增加，震蕩就會(huì)加大，系統(tǒng)就會(huì)變得不穩(wěn)定。 積分I 為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差進(jìn)行累加，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)逐漸增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。但積分過(guò)強(qiáng)同樣影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 微分D 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。但是，如果反饋回來(lái)的過(guò)程變量代表的噪聲，微分參數(shù)就會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。數(shù)字PID的控制算法 位置型PID控制算法 位置型PID控制流程 在控制系統(tǒng)中，這種控制量確定了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，例如在閥門(mén)控制中，這種算法的輸出對(duì)應(yīng)了閥門(mén)的位置（開(kāi)度）。所以，將這種算法稱(chēng)為“位置算法”。 增量型PID控制算法 增量型PID控制流程圖 如上圖， 當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對(duì)值，而是控制量的增量（例如去驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）時(shí)，需要用PID的“增量算法”。數(shù)字PID控制算法實(shí)現(xiàn)方式比較 在控制系統(tǒng)中，如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用調(diào)節(jié)閥，則控制量對(duì)應(yīng)閥門(mén)的開(kāi)度，表征了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，此時(shí)控制器采用數(shù)字PID位置式控制算法；如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)，每個(gè)采樣周期，控制器的輸出的控制量是相對(duì)于上次控制的增量，此時(shí)控制器應(yīng)該采用數(shù)字PID增量式控制法。雖然增量式控制法和位置式控制法更有應(yīng)用領(lǐng)域，但是增量式控制法相對(duì)于位置式控制法，具有諸多的優(yōu)勢(shì)： （1）增量式控制法不需要做累加，控制量增量的去定僅與近幾次誤差采樣值有關(guān)，計(jì)算誤差或計(jì)算精度等問(wèn)題對(duì)控制量的影響比較的小。相比之下，位置控制法要用過(guò)去的誤差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累加誤差。 （2）增量式算法得到的是控制量的增量。例如在閥門(mén)的控制中，只輸出閥門(mén)開(kāi)度的變化部分，誤動(dòng)作影響小，必要時(shí)通過(guò)邏輯判斷限制或禁止本次輸出，不會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的工作。相比之下，位置式控制算法的輸出是控制量的全量輸出，誤動(dòng)作影響比較大。 （3）采用增量算法，容易實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)沖擊切換。 數(shù)字PID控制算法流程 下圖給出了數(shù)字PID控制算法的控制流程圖。增量式的控制流程和位置式的控制流程很相似。 PID程序流程 數(shù)字PID參數(shù)整定1 工程法整定PID參數(shù)的方法在工程上，PID參數(shù)整定的方法比較的多，分別有:湊試法、擴(kuò)充曲線(xiàn)法、優(yōu)選法、自整定法等等。由于研究采用的標(biāo)定系統(tǒng)采樣頻率有限，不能繪制出非常精確響應(yīng)曲線(xiàn)，所以使用擴(kuò)充曲線(xiàn)法誤差較大。下面的參數(shù)整定使用湊試法。（1）首先整定比例環(huán)節(jié)將比例系數(shù)由小到大的變化，并觀(guān)察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直到得到一個(gè)反應(yīng)速度快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線(xiàn)。如果系統(tǒng)靜差已經(jīng)達(dá)到允許的范圍，并且響應(yīng)曲線(xiàn)已經(jīng)令人滿(mǎn)意，那么只是用比例控制器即可。這里確定的是最優(yōu)比例系數(shù)。（2）再加入積分環(huán)節(jié)如果在比例部分不能有效地消除靜差，需要加入積分環(huán)節(jié)。積分系數(shù)P的整定應(yīng)該從大到小。并且應(yīng)該將第一步整定的比例環(huán)節(jié)縮?。ǎ?。然后慢慢的減小積分常數(shù)，直到系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能，并且靜差得以消除。（3）最后加入微分環(huán)節(jié)如果在使用比例積分控制器時(shí)，動(dòng)態(tài)特性仍達(dá)不到要求，可以加入微分環(huán)節(jié)。在整定微分環(huán)節(jié)時(shí)，微分系數(shù)從小到大變化，在同時(shí)小范圍改變比例、積分系數(shù)的同時(shí)，多次試湊，直到達(dá)到理想的控制效果。2 數(shù)字PID參數(shù)整定過(guò)程 由于機(jī)器人手臂定位屬于絕對(duì)位置式定位，這里首先討論位置式PID伺服系統(tǒng)的PID參數(shù)整定。（1）采樣周期的選擇 首先，選擇一個(gè)合適的采樣周期。采樣周期應(yīng)該綜合各方面考慮，首先研究的是一個(gè)位置伺服系統(tǒng)，要求響應(yīng)快，精度高。因此采樣周期不能太大。同時(shí)，電機(jī)帶有減速機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比較的大，因此采樣周期又不能太小。關(guān)于采樣周期的選擇，雖然有“香農(nóng)定理”這樣的規(guī)律，但是并沒(méi)有給出實(shí)質(zhì)的選擇方法，大多是在規(guī)律的指導(dǎo)下探索。這里，本人總結(jié)了一個(gè)根據(jù)工程試驗(yàn)選擇采樣頻率的方法。 電機(jī)在額定電壓下轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感器的輸出電壓曲線(xiàn) ，是電機(jī)在額定電壓下，連續(xù)旋轉(zhuǎn)的位置傳感器輸出電壓曲線(xiàn)?？梢愿鶕?jù)這個(gè)圖大體的估算合適的采樣頻率。從這個(gè)圖上的周期可見(jiàn)，電機(jī)（帶減速機(jī)構(gòu)），即約為430度/秒。，那么可以計(jì)算出來(lái)，*1000=?！皹?biāo)準(zhǔn)單位”，“標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間”。假設(shè)，采樣周期比這個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間”還要大，就可能出現(xiàn)伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)過(guò)了“目標(biāo)點(diǎn)”，但是系統(tǒng)還沒(méi)有檢測(cè)到得現(xiàn)象。當(dāng)然，這個(gè)假設(shè)中沒(méi)有考慮系統(tǒng)的靜摩擦、啟動(dòng)慣量等。但無(wú)論如何，不排除極限情況下，系統(tǒng)穩(wěn)定性要求系統(tǒng)達(dá)到及時(shí)響應(yīng)。因此，本人認(rèn)為采樣周期在一般情況下不要大于這個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間”。接下來(lái)再綜合考慮電機(jī)本體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和靜摩擦的存在，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和靜摩擦越大，采樣周期可以相應(yīng)的越大一些；反饋傳感器的精度越高，采樣周期可以選的越小一些，這樣有利于提高系統(tǒng)的控制精度。綜上所述，采樣周期可以選擇稍小于“標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間”，為1ms,即采樣頻率1KHZ。