基于l298芯片pwm控制直流電機(jī)的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)(編輯修改稿)
2025-07-24 22:54 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 塊主要有以下兩種方法： 方法一：獨(dú)立式鍵盤。每個(gè)鍵占用一個(gè)I/O口。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，缺點(diǎn)是所占用端口資源較多。 方法二：行列式鍵盤。行列式鍵盤由行線跟列線組成。以對(duì)行線和列線進(jìn)行掃描的方法來(lái)確認(rèn)鍵值。其優(yōu)點(diǎn)是在鍵盤較多的情況下，占用的I/O口資源較少，缺點(diǎn)是相對(duì)于獨(dú)立式鍵盤而言，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 將上訴兩種方法進(jìn)行比較，本課題要求完成電機(jī)的加速、減速、啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)控制，以及對(duì)P、I、D三項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定，所以所需的按鍵較多。若采用獨(dú)立式鍵盤勢(shì)必占用大量的I/O口資源，所以方法一不予以采用。而行列式恰好滿足了本課題的要求，所以采用方法二。 行列式鍵盤輸入模塊電路圖三、調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字部分的設(shè)計(jì)與原理 PID控制器 PID控制的原理與方法 對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)，通常要求其具有快速性、穩(wěn)定性的品質(zhì)和性能指標(biāo)，本課題為了提高調(diào)速系統(tǒng)對(duì)直流電機(jī)在速度運(yùn)行的上述要求，將采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)對(duì)本直流電機(jī)調(diào)速進(jìn)行優(yōu)化，并采用數(shù)字PID控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)靜差運(yùn)行。 PID控制器的原理框圖增益常數(shù)（系數(shù)）上升時(shí)間過(guò)沖建立時(shí)間穩(wěn)態(tài)誤差Kp減少增大很小變化減小KI減少增大增加消除KD很小變化減小減少很小變化 積分（I）和比例積分（PI）控制階躍響應(yīng)在單片機(jī)的應(yīng)用中，可選用的控制方法其實(shí)很多，但最常用的還是數(shù)字PID算法。通過(guò)最優(yōu)控制理論可以證明，PID控制能夠滿足非常多工業(yè)控制對(duì)象的控制要求。PID算法也存在多種算法，如位置式PID算法、增量式PID算法等。本課題的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用的核心算法是增量式PID算法，它是根據(jù)本次采樣的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較，求出誤差，然后通過(guò)P、I、D用算，一步步逼近設(shè)定值，最終輸出運(yùn)算結(jié)果來(lái)控制PWM脈沖的占空比來(lái)調(diào)節(jié)直流電機(jī)兩端的電壓值，從而達(dá)到控制點(diǎn)自己轉(zhuǎn)速的作用。增量式PID算法公式為：： 數(shù)字增量式PID程序流程圖 單片機(jī)接收從光電編碼器的脈沖，然后進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算，計(jì)算出當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速，最后將轉(zhuǎn)速值傳送給LCD顯示與PID控制模塊。 數(shù)字測(cè)速模塊設(shè)計(jì)思想利用單片機(jī)的外部中斷來(lái)記錄脈沖數(shù)。每當(dāng)編碼器旋轉(zhuǎn)一周記為一個(gè)脈沖，由脈沖觸發(fā)外部中斷，累計(jì)外部中斷的次數(shù)，除以編碼盤上的總開口數(shù)，便可得到編碼器旋轉(zhuǎn)地圈數(shù)。再利用單片機(jī)的定時(shí)器，利用軟件定時(shí)產(chǎn)生1秒的定時(shí)時(shí)間，在1秒定時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，所記錄的外部中斷發(fā)生中斷的次數(shù)，便是電機(jī)的轉(zhuǎn)速(r/s)。轉(zhuǎn)速計(jì)算公式： （a） （b） （c） (a)系統(tǒng)主程序流程圖 (b)外部中斷流程圖 (c)定時(shí)器中斷流程圖 12864LCD顯示模塊 12864LCD顯示器的控制方法 在前面的章節(jié)已經(jīng)對(duì)12864LCD顯示器的引腳分布以及引腳功能做了說(shuō)明，下面我們來(lái)介紹下12864LCD顯示器的控制方法。讀狀態(tài)D/IR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0011BUSY0ON／OFFRST0000如果BUSY=1，表示系統(tǒng)正忙，不能操作；只有BUSY=0時(shí)，才能操作。寫指令D/IR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000下降沿指令寫數(shù)據(jù)D/IR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB010下降沿顯示數(shù)據(jù)將8位數(shù)據(jù)寫入已確定的顯示存儲(chǔ)器的單元內(nèi)。操作每完成一個(gè)列地址，列地址計(jì)數(shù)器加1.顯示開關(guān)設(shè)置D/IR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000011111D當(dāng)D=1時(shí)，開顯示；當(dāng)D=0時(shí)，關(guān)顯示。顯示起始行設(shè)置D/IR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00011顯示起始行（0~63）有上表可知，DB5至DB0為顯示起始行的地址，取值在0至3FH(1至64行)之間，它所規(guī)定的是顯示器屏幕上顯示內(nèi)容的最頂一行所對(duì)應(yīng)的顯示存儲(chǔ)器的行地址。 寫入1616漢字程序流程圖單片機(jī)讀取行線和列線當(dāng)前的電平高低，確認(rèn)是否有按鍵按下，然后通過(guò)內(nèi)部運(yùn)算確定鍵值，輸出鍵值，用于：改變電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，12864LCD顯示相關(guān)參數(shù)，設(shè)定PID參數(shù)。 鍵盤輸入模塊設(shè)計(jì)思想行列式鍵盤編程要實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)目標(biāo)：鍵的正確判斷。先使某行值為“0”。再讀取列值，如果讀取得到的列值是“0”，則說(shuō)明所在行和列的交叉處的鍵被按下。鍵去抖動(dòng)。當(dāng)掃描到有鍵按下時(shí)，延時(shí)10ms再判斷該鍵是否仍是按下的，若不是，則將它當(dāng)做誤操作處理。這樣可以有效對(duì)按鍵動(dòng)作進(jìn)行消抖。鍵值確定。根據(jù)行號(hào)、列號(hào)建立一個(gè)鍵值數(shù)據(jù)表，鍵值存于數(shù)據(jù)表中，當(dāng)相應(yīng)的按鍵按下時(shí)，再?gòu)闹腥℃I值。通過(guò)相應(yīng)的鍵值執(zhí)行其對(duì)應(yīng)的代碼。 行列式鍵盤輸入模塊的程序流程圖 行列式鍵盤程序流程圖 由電機(jī)原理可得一下公式： （51）在確定的調(diào)速系統(tǒng)中，I、R、K及φ都是確定，則由式（51）可知，轉(zhuǎn)速n與直流電機(jī)的電樞電壓存在一定關(guān)系，只要調(diào)節(jié)點(diǎn)數(shù)電壓U，就能改變轉(zhuǎn)速n，此法稱為調(diào)壓調(diào)速法。 由于全空性功率電子器件的逐步發(fā)展，PWM控制技術(shù)與開關(guān)功率電路已經(jīng)成為主流技術(shù)，以其能減小功率器件導(dǎo)通損耗、提高驅(qū)動(dòng)效率等優(yōu)點(diǎn)，所以在功率應(yīng)用方面已經(jīng)基本取代了現(xiàn)行功率放大電路。在PWM控制技術(shù)中，讓功率器件按一個(gè)固定頻率工作在“開”與“關(guān)”兩個(gè)狀態(tài)，即開關(guān)飽和和導(dǎo)通狀態(tài)。通過(guò)這種方式來(lái)改變公路器件的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的通、斷的時(shí)間，來(lái)改變負(fù)載兩端的平均電壓的大小。當(dāng)這個(gè)負(fù)載為直流電機(jī)時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的調(diào)壓調(diào)速。下面舉例說(shuō)明下，PWM的工作原理，如下圖所示： PWM波形圖設(shè)T為脈沖的周期，t1為電樞兩端高電平時(shí)電壓為Ud所用的時(shí)間，α為占空比，得：因此，我們可得電樞兩端電壓的平均值：若電壓幅值，周期，脈寬，則占空比，得：電樞兩端的平均電壓。 PWM脈沖的產(chǎn)生 單片機(jī)的PWM口。新一代的單片機(jī)增加了許多功能，其中包括PWM功能。在這
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