【文章內(nèi)容簡介】 的物理意義是當調(diào)節(jié)器積分調(diào)節(jié)作用與比例調(diào)節(jié)作用的輸出相等時所需的調(diào)節(jié)時間稱為積分常數(shù)。積分常數(shù)的大小決定了積分作用強弱程度，選擇的越小，積分的調(diào)節(jié)作用越強，但系統(tǒng)振蕩的衰減速度越慢。當 過小時，甚至會造成系統(tǒng)的持續(xù)振蕩，使調(diào)節(jié)器的輸出波動不定，給生產(chǎn)過程帶來嚴重的危害。相反地當選擇的越大，積分的調(diào)節(jié)作用越弱，雖然過渡過程中不容易出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，但消除偏差e的時間卻很長。積分調(diào)節(jié)對偏差有累積作用，所以，只要有偏差e存在積分的調(diào)節(jié)作用就會不斷地增強，直至消除比例調(diào)節(jié)器無法消除的靜差值。 比例積分微分調(diào)節(jié)（PID）加入積分調(diào)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(diào)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(diào)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(diào)節(jié)器的調(diào)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(diào)節(jié)的基礎上再加人微分調(diào)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)器(PID)。其調(diào)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(diào)節(jié)器微分調(diào)節(jié)作用與比例調(diào)節(jié)作用的輸出相等時所需的調(diào)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(zhuǎn)換后輸出給執(zhí)行機構(gòu)，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(nèi)。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(zhuǎn)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5 單片機閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 位置式PID的控制算法 如前所述PID調(diào)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(nèi)所獲得的偏差信號；第n1次采樣周期內(nèi)所獲得的偏差信號；T采樣周期；調(diào)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(diào)整參數(shù)改善控制性能時，也只須調(diào)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(guān)，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(diào)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(nèi)的偏差信號，即可計算出本次采樣周期內(nèi)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：六、數(shù)據(jù)處理和分析PWM的設定我們通過設定PWM來控制步進電機的轉(zhuǎn)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。步進電機的測速我們通過用軟件設定一個轉(zhuǎn)速，然后與用光電開關(guān)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(diào)速的目的。我們在程序中設定轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，讓步進電機的轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，讓步進電機的轉(zhuǎn)速加起來，使之與72 rpm相吻合。七、實驗心得及體會通過本次課程設計我們學習到了許多書本上沒有的知識，通過自己查資料和互相討論，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)控制并通過對系統(tǒng)控制算法的比較，綜合考慮，選用了閉環(huán)的PID控制，使我們對PID的控制有了更深刻的認識，使自己將理論與實際相結(jié)合起來同時對51系列的單片機的設計及編程有了更深的了解，學會了很多。同時衷心感謝老師的指導。 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,LCD1_data,LCD2_data,LCD3_data。 //鍵順序嗎uchar data testdata[] = {0x00,0x00,0x00,0x00}。uchar data in_data[] = {0x01,0x02}。uchar shift 。uint i。uint q。uint j。/********************************************************/void initime(){ TMOD=0x51。 //T1計數(shù)器，T0定時器，方式1 TL0=(6553610000)%256。 TH0=(6553610000)/256。 //定時10000us TL1=0。 TH1=0。 ET0=1。 EA=1。}void delay(uint ms) { uchar t。 while(ms) { for(t = 0。 t 120。 t++)。 }} void mydelay() { for(i=0。i100。i++) for(j=0。j1000。j++)。}/*************************************************************//* *//* 延時 x* *//* *//*************************************************************/void delay0(uchar x) { unsigned char i。 while(x) { for (i = 0。 i13。 i++) {} }}bit lcd_busy() { bit result。 LCD_RS = 0。 LCD_RW = 1。 LCD_EN = 1。 delayNOP()。 result = (bit)(P0amp。0x80)。 LCD_EN = 0。 return(result)。 }void lcd_wdat(uchar dat){ while(lcd_busy())。 LCD_RS = 1。 LCD_RW = 0。 LCD_EN = 0。 P0 = dat。 delayNOP()。 LCD_EN = 1。 delayNOP()。 LCD_EN = 0。 }void lcd_wcmd(uchar cmd){ while(lcd_busy())。 LCD_RS = 0。 LCD_RW = 0。 LCD_EN = 0。 _nop_()。 _nop_()。 P0 = cmd。 delayNOP()。 LCD_EN = 1。 delayNOP()。 LCD_EN = 0。 }void lcd_pos(uchar pos){ lcd_wcmd(pos | 0x80)。 //數(shù)據(jù)指針=80+地址變量}void dectobit(int dec){ LCD3_data=dec/1000+0x30。 dec=dec % 1000。 LCD2_data=dec/100。 dec=dec % 100。LCD1_data=dec/10+0x30。dec=dec % 10+0x30。LCD0_data=dec。 }void display1(){lcd_pos(0x0b)。lcd_wdat(LCD3_data)。 lcd_pos(0x0c)。lcd_wdat(LCD2_data)。 lcd_pos(0x0d)。lcd_wdat(LCD1_data)。 lcd_pos(0x0e)。lcd_wdat(LCD0_data)。 lcd_pos(0x4b)。lcd_wdat(0x31)。 } void lcd_init(){ delay(15)。 lcd_wcmd(0x38)。 //16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù) delay(5)。 lcd_wcmd(0x38)。 delay(5)。 lcd_wcmd(0x38)。 delay(5)。 lcd_wcmd(0x0c)。 //顯示開，關(guān)光標 delay(5)。 lcd_wcmd(0x06)。 //移動光標 delay(5)。 lcd_wcmd(0x01)。 //清除LCD的顯示內(nèi)容 delay(5)。}/*************************************************************/ Void main(){ uchar m。 lcd_init()。 initime()。 TR0=1。 TR1=1。 //初始化LCD P10=1。 P12=0。 lcd_pos(0x00)。 //設置顯示位置為第一行 for(m=0。m16。m++) lcd_wdat(cdis1[m])。 lcd_pos(0x40)。 //設置顯示位置為第二行 for(m=0。m16。m++) lcd_wdat(cdis2[m])。 //TMOD=0x21。 //將T1設置為8位自動重裝工作方式。 // TH1=175。 //對T1定時常數(shù)進行預置。 //TL1=175。 // TR1=1。 //啟動T1。 while(1) {dectobit(f)。// key_buf=key_buf+0x30。 } } timer()interrupt 1 using 2{ i=i+1。 if(i==600) { i=0。 f=TH1*256+TL1。 TL1=0。 TH1=0。 } TL0=(6553610000)