采用pwm調制技術實現(xiàn)對直流電機轉速的控制(編輯修改稿)
2024-09-14 17:08 本頁面
【文章內容簡介】 子 程 序設 置 界 面 顯 示根 據 設 置計 算 參 數(shù)啟 動 鍵按 下 ？調 用 清 屏 子 程 序電 機 運 行狀 態(tài) 顯 示PWM脈 沖 輸 出YN YN0)]2()1(2)([([uneneKKDIP??? (a) (b)圖 7 電機速度采集方案 圖 8 傳感器輸出脈沖波形4 軟件設計 PID 算法本系統(tǒng)設計的核心算法為 PID 算法，它根據本次采樣的數(shù)據與設定值進行比較得出偏差 ，對偏差進行 P、I 、D 運)(ne算最終利用運算結果控制 PWM 脈沖的占空比來實現(xiàn)對加在電機兩端電壓的調節(jié)[10]，進而控制電機轉速。其運算公式為： ?)(nu因此要想實現(xiàn) PID 控制在單片機就必須存在上述算法，其程序流程如圖 9 所示。 程序流程主流程圖在一個完整的系統(tǒng)中，只有硬件部分是不能完成相應設計任務的，所以在該系統(tǒng)中軟件部分是非常重要的，按照要求和系統(tǒng)運行過程設計出主程序流程如圖 10 所示計算 e ( n )計算 K I e ( n )計算 K P ( e ( n ) e ( n 1 ) )計算 K D ( e ( n ) 2 e ( n 1 ) + e ( n 2 ) ) 計算 Δ u ( n )計算 Δ u ( n )＋ u ( n 1 )e ( n 1 ) → e ( n 2 )e ( n ) → e ( n 1 )u ( n ) → u ( n 1 )返回 圖 9 P I D 程序流程 7 圖 10 主程序流程5 系統(tǒng)測試與分析為了確定系統(tǒng)與設計要求的符合程度，需要進行系統(tǒng)測試與分析，但是由于試驗調節(jié)的制約和時間的限制，不能完成此次制作，只能通過軟件仿真進行驗證，在這里使用的是英國的Proteus 軟件進行測試，對于電機速度采集可根據設定的電機速度計算出 口輸入的方波脈沖的頻率和占空比，來改變等效直流電壓的大小，給 輸入此脈沖來實現(xiàn)電機速度采集。并允許誤差存在。下面以 PID 調節(jié)器為例，具體說明經驗法的整定步驟：①讓調節(jié)器參數(shù)積分系數(shù) =0，實際微分系數(shù) =0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，由小到大IkDk改變比例系數(shù) ，讓擾動信號作階躍變化，觀察控制過程，直到獲得滿意的控制過程為止。pk②取比例系數(shù) 為當前的值乘以 ，由小到大增加積分系數(shù) ，同樣讓擾動信號作階Ik躍變化，直至求得滿意的控制過程。③積分系數(shù) 保持不變，改變比例系數(shù) ，觀察控制過程有無改善，如有改善則繼續(xù)調Ikpk整，直到滿意為止。否則，將原比例系數(shù) 增大一些，再調整積分系數(shù) ，力求改善控制過程。Ik如此反復試湊，直到找到滿意的比例系數(shù) 和積分系數(shù) 為止。pI④引入適當?shù)膶嶋H微分系數(shù) 和實際微分時間 ，此時可適當增大比例系數(shù) 和積分DkDTp系數(shù) 。和前述步驟相同，微分時間的整定也需反復調整，直到控制過程滿意為止。IkPID 參數(shù)是根據控制對象的慣量來確定的。大慣量如：大烘房的溫度控制，一般 P 可在10 以上,I 在（10）之間,D 在 1 左右。小慣量如：一個小電機閉環(huán)控制，一般 P 在（10）之間,I 在（0、5）之間,D 在（、1）之間,具體參數(shù)要在現(xiàn)場調試時進行修正。根據上訴方法，通過軟件仿真系統(tǒng)得出數(shù)據如表 1 所示，通過觀察得出該系統(tǒng)比較合適的 P、I、D 三者的參數(shù)值為: =2, =, =。并且可以反映pkIDk表 1 測試數(shù)據表8次數(shù) 設定 pk設定 I設定 Dk設定（r/min） 超調量 調節(jié)時間（s） 誤差1 2 100 8％ 4 %1?2 3 100 15％ 523 4 100 22％ 114 1 100 5％ 6%3?5 0 100 1％ 126 2 100 6％ 82?7 2 0 100 2% 15%98 2 100 8％ 5 1?9 2 100 9％ 7210 2 100 8％ 6 %111 2 0 100 6% 5?12 2 100 7% 5 113 2 100 6% 74通過上訴的數(shù)據分析可知，該系統(tǒng)完成了設計的任務及要求，證實了設計方案的可行性和設計方法的正確性。6 結論本課題的目的在于利用單片機實現(xiàn) PID 算法產生 PWM 脈沖來控制電機轉速。到目前為止通過對控制器模塊、電機驅動模塊、LCD 顯示模塊、鍵盤模塊、數(shù)字 PID 算法等進行深入的研究。完成了硬件電路的系統(tǒng)設計，并且利用 Protel99se 軟件繪制出 PCB 圖紙，但由于實驗條件不足沒能做出 PCB 板。軟件方面利用 C 語言進行編程，增強了程序的可移植性和靈活性，并且利用9Proteus 軟件進行仿真更加保證了程序的準確性。7 參考文獻[1] ST. L298N 數(shù)據手冊[DB/OL]. [2] 沙占友. 單片機外圍電路設計[M]. 北京：電子工業(yè)出版社, 2022：21.[3] 何立民. MCS51 系列單片機應用系統(tǒng)設計系統(tǒng)配置與接口技術[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，1990：8387.[4] Behzad of Analog CMOS and Integrated Circuits[M].McGrawHill Companies，2022：2836.[5] Tao Wu，Ykang Yang，Yongxuan Huang，etal. HPID Controller Parameters Tuning via Geic Algorithms[C] .Intelligent Controland of the 3rd World Congress on，2022,1：586589. [6] Cominos P，Munro controllers：Recent Tuning Methods and Designto Specifi cation[M].Control Theory and Applications,IEE Proceedings,January，2022,149：46.附錄Ⅰ 部分源程序一、主程序：main( ){ zf=0。 flag1=0。 EA=1。 IT0=1。 EX0=1。 count=0。 en=0。 en1=0。 en2=0。 U0=200。 Un=0。 cc=0。 zanting=0。 pwm1=0。10 pwm2=0。 P1=0xF0。 Init_lcd()。 //設置液晶顯示器 Clr_Scr()。 //清屏 left()。Disp_Chinese(0,0,dan)。 //單 left()。Disp_Chinese(0,16,pian)。 //片 left()。Disp_Chinese(0,32,ji)。 //機 left
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