基于51系列單片機控制步進電機調速閉環(huán)系統(tǒng)設計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-16 13:14 本頁面
【文章內容簡介】 節(jié)對偏差有累積作用，所以，只要有偏差e存在積分的調節(jié)作用就會不斷地增強，直至消除比例調節(jié)器無法消除的靜差值。 比例積分微分調節(jié)（PID）加入積分調節(jié)后，雖可消除靜差，使控制系統(tǒng)靜態(tài)特性得以改善，但由于積分調節(jié)器輸出值的大小是與偏差值e的持續(xù)時間成正比的，這樣就會使系統(tǒng)消除靜差的調節(jié)過程變慢，由此帶來的是系統(tǒng)的動態(tài)性能變差．尤其是當積分常數(shù)很大時，情況更為嚴重。另外，當系統(tǒng)受到?jīng)_激式偏差沖擊時，由于偏差的變化率很大，而PI調節(jié)器的調節(jié)速度又很慢，這樣勢必會造成系統(tǒng)的振蕩，給生產(chǎn)過程帶來很大的危害．改善的方法是在比例積分調節(jié)的基礎上再加人微分調節(jié)，構成比例積分微分調節(jié)器(PID)。其調節(jié)規(guī)律可用(3)式表示。 （3）式中： 為微分常數(shù)，它的物理意義是當調節(jié)器微分調節(jié)作用與比例調節(jié)作用的輸出相等時所需的調節(jié)時間稱為微分常數(shù)． PID控制算法單片機控制系統(tǒng)通過A／D電路檢測輸出值s，并計算偏差e和控制變量y，再經(jīng)D／A轉換后輸出給執(zhí)行機構，從而實現(xiàn)縮小或消除輸出偏差的目的，使系統(tǒng)輸出值s穩(wěn)定在給定值區(qū)域內。在計算機控制過程中，整個計算過程采用的是數(shù)值計算方法，當采樣周期足夠小時，這種數(shù)值近似計算相當誰確，使離散的被控過程與連續(xù)過程相當接近。圖2為單片機閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 J。PID算法是將描述連續(xù)過程的微分方程轉化為差分方程，然后，根據(jù)差分方程編制計算程序來進行控制計算的。另外在PID控制中，由于PID算式選擇的不同，最終所得到的控制效果是不同的。下面進行PID控制算法的研究。圖2 單片機閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖Figure 2 Closed loop control system block diagram of the SCM 位置式PID的控制算法 如前所述PID調節(jié)的微分方程為：將此微分方程寫成對應的差分方程形式． （4）式中：第n次采樣周期內所獲得的偏差信號；第n1次采樣周期內所獲得的偏差信號；T采樣周期；調節(jié)器第rt次控制變量的輸出；為了編寫計算機程序的方便，現(xiàn)將算式(4)寫成下列形式 （5）式中：，因為采樣周期T，積分常數(shù)和微分常數(shù)選定后皆為常數(shù)，因此及必為常。當調整參數(shù)改善控制性能時，也只須調整、和的大小即可。 增量式PID的控制算法在位置式PID控制算法中，每次的輸出與控制偏差e過去整個變化過程相關，這樣由于偏差的累加作用很容易產(chǎn)生較大的累積偏差，使控制系統(tǒng)出現(xiàn)不良的超調現(xiàn)象。由算式(4)可得： （6）用(4)式減去(6)式，可得增量式PID的算式： （7）其中，為了編寫程序方便，將(7)式改寫成下列形式： （8）式中：，從增量式PID的算式中可知，只要知道了現(xiàn)時以前的三次采樣周期內的偏差信號，即可計算出本次采樣周期內的控制變量y的增量。 綜合以上分析，我們采用增量式PID算法，本系統(tǒng)的軟件控制算法主要采用了增量式PID 控制算法。其控制算法的流程圖為： 步進電機控制流程圖如下： PWM的設定我們通過設定PWM來控制步進電機的轉速。當T=6S時，我們通過試湊的方法了解到，當PWM=1/300時，所給步進電機剛好啟動，當PWM=1/17時，步進電機速度達到最大。我們通過用軟件設定一個轉速，然后與用光電開關采集回來的速度相比較，采用閉環(huán)的PID控制來達到步進電機穩(wěn)定調速的目的。我們在程序中設定轉速為72 rpm，當采集回來的數(shù)據(jù)小于72rpm時，我們通過改變PID的相應的參數(shù)（=，= ，=）來調節(jié)電機的轉速，讓步進電機的轉速加起來，使之與72 rpm相吻合。同樣，當采集回來的數(shù)據(jù)大于72rpm時，也改變PID的相應的參數(shù)來調節(jié)電機的轉速，讓步進電機的轉速加起來，使之與72 rpm相吻合。本次設計通過對系統(tǒng)控制算法的比較，綜合考慮，選用了閉環(huán)的PID控制，對系統(tǒng)進行整體設計后基本達到了要求，實現(xiàn)步進電機速度閉環(huán)控制?！緟⒖嘉墨I】1 溫希東，路勇. 計算機控制技術. 西安電子科技大學出版社,2005 69~802 曹天漢. 單片機原理與接口技術. 電子工業(yè)出版社,2006 96~1113 曹承志. 電機拖動與控制. 機械工業(yè)出版社,2000 267~277附錄 include include define uchar unsigned chardefine uint unsigned int float f=0。bit F_in=0,truer。 sbit P10=P3^0 。sbit P12=P3^2。//sbit P14=P1^4。sbit LCD_RS = P2^0。 sbit LCD_RW = P2^1。sbit LCD_EN = P2^2。//sbit BEEP = P3^7。 uchar code cdis1[ ] = {motorspeed: }。 uchar code cdis2[ ] = { number: }。define delayNOP()。 {_nop_()。_nop_()。_nop_()。_nop_()。}。uchar key_buf。 //顯示緩存uchar temp。uchar key,key_num=0。 uchar LCD0_data,LCD
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