【正文】 有一個參數(shù)不容忽略，那就是電機(jī)在轉(zhuǎn)動過程中的摩擦力。由于摩擦力總是阻礙電機(jī)轉(zhuǎn)動，所以相當(dāng)于額外的給控制量對應(yīng)的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩加了一不定量的負(fù)轉(zhuǎn)矩。如果PID的輸出的控制增量對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為正，則會抵消一部分增量，但如果PID輸出的控制增量對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為負(fù)，則會助長這一增量。如此以來，如果電機(jī)在加速過程中使用和減速過程中同樣的PID參數(shù)，就有可能出現(xiàn)加速欠調(diào)，減速超調(diào)的情況。實驗中，也證明了這一分析的正確性。 解決這一問題的方法是利用微分項的校正作用，在電機(jī)加速狀態(tài)，和減速狀態(tài)采用不同的微分系數(shù)，即在不同的時段采用不同的微分系數(shù),其中加速時微分系數(shù)為Kd1,減速時微分系數(shù)為Kd2。這樣系統(tǒng)的控制算法就成為“變系數(shù)增量式積分分離控制算法”了。第5章 系統(tǒng)調(diào)試在集成電路芯片未插入插座之前，反復(fù)檢查焊接電路板各部分連線是否正確，尤其要確認(rèn)所有電源線是否和地線相連，以及各集成芯片除必須與電源相連的引腳外無其它引腳與電源線相連，在作出上述確認(rèn)之后方可把芯片分批插入插座通電，以避免大面積毀壞芯片，當(dāng)插入芯片通電5分鐘后，沒有明顯的過熱和電源過負(fù)荷，便可轉(zhuǎn)入動態(tài)調(diào)試。 程序下載在對系統(tǒng)測試之前，首先保證單片機(jī)最小系統(tǒng)工作正常，將單片機(jī)最小系統(tǒng)下載程序測試。編寫二極管閃爍程序，用來測試最小系統(tǒng)是否工作。如果下載成功并能夠點亮二極管，二極管以設(shè)定的頻率閃爍，則說明最小系統(tǒng)工作正常，否則需要檢查硬件電路，保證最小系統(tǒng)穩(wěn)定工作。在軟件下載時，需要利用ATISP下載軟件將程序燒寫進(jìn)入單片機(jī)。在下載的過程中，保證電源供電正常。打開ISP軟件后，選擇單片機(jī)型號，設(shè)置計算機(jī)使用的COM口，然后設(shè)置下載最高波特率為9600，選擇源程序文件后，點擊下載。此時對系統(tǒng)上電，該軟件就會將選擇的文件燒錄進(jìn)單片機(jī)。如果燒寫失敗或者連接失敗，則要查看單片機(jī)型號是否正確，波特率設(shè)置是否正確。如果軟件設(shè)置正確，則要檢查硬件電路和芯片。程序下載界面如圖51所示。圖51燒錄界面經(jīng)測試，本設(shè)計最小系統(tǒng)工作穩(wěn)定，能夠正常下載程序并穩(wěn)定運(yùn)行。 顯示部分將八段LED數(shù)碼管安裝在電路板上，檢查連線無誤后接通電源。首先對數(shù)碼管進(jìn)行簡單的檢查操作，往單片機(jī)里面寫入簡單的測試程序，如果數(shù)碼管顯示正常，則說明硬件電路和軟件都沒有問題。經(jīng)過測試，當(dāng)寫入四位LED數(shù)碼管全亮程序時顯示正常，說明顯示程序沒有問題。 按鍵部分在顯示部分調(diào)試成功之后，就可以開始按鍵部分的調(diào)試了，通常先編寫一個鍵功能程序，如按1鍵讓LED全顯示1，按2鍵讓LED全顯示2等， 如果不能正確顯示，則先檢查硬件部分的連線，在檢查軟件部分。如果這個程序調(diào)試成功，再分配鍵具體功能，也是一個鍵一個鍵的調(diào)，最后聯(lián)調(diào)直到成功。一般來說，在編寫鍵盤程序的時候要注意兩個問題，一個是消除鍵抖動問題，另一個是雙鍵或多鍵的問題。消除鍵抖動，通常用軟件延時來處理，其方法是：再判斷有鍵按下后，軟件延時一段時間后，再判斷是否有鍵按下，如果有鍵按下說明確有一個鍵按下，否則做去抖動處理。至于多鍵或雙鍵的處理，可這樣處理：若讀到的鍵值經(jīng)分析后判斷是多鍵按下，那么視此次按鍵操作無效，延時一段時間再去讀鍵值，直到讀到的鍵值經(jīng)分析確認(rèn)是單鍵為止，鍵盤調(diào)試成功。 測量部分的調(diào)試測量電路的調(diào)試主要分為硬件部分和軟件部分：硬件電路的調(diào)試比較簡單，上電后給系統(tǒng)輸入脈沖信號，用示波器觀察測量電路各點的波形，如果在哪一點波形不正常，則檢查該點周圍各點的波形，從而判斷出故障的原因或是元件參數(shù)不合適，排除故障或重新設(shè)計。如果硬件電路沒什么問題了，要進(jìn)行軟件調(diào)試，可以先把測量部分有關(guān)的程序分成幾塊，如計算模塊，有關(guān)的中斷模塊等，分別對這些模塊進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試中可以用一些測試程序來檢測各軟件模塊的正確性。最后進(jìn)行聯(lián)調(diào)，直至系統(tǒng)能正確且實時的顯示測量的頻率為止。經(jīng)實驗運(yùn)行表明,該設(shè)計系統(tǒng)具有測量精度高、工作穩(wěn)定性好、成本低廉等優(yōu)點。 PID參數(shù)的整定測試過程中，首先對P參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，將I和D設(shè)置為0，這樣在整個運(yùn)算中只有P在起作用，從小到大，逐漸增大P參數(shù)，從實時轉(zhuǎn)速中，可以很直觀的看到P增大對控制效果的影響。在P增大的過程中，速度控制響應(yīng)時間和控制效果存在著很大的差異。當(dāng)P較小時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差較大，調(diào)整時間較長，但是超調(diào)量小。隨著P的增大，穩(wěn)態(tài)的誤差減小，調(diào)節(jié)時間也減少，超調(diào)量逐漸增大。當(dāng)P較大時，系統(tǒng)會直接失調(diào)，電機(jī)直接全速運(yùn)轉(zhuǎn)。在進(jìn)行了大量的實驗后，根據(jù)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最優(yōu)狀態(tài)，確定了最合適的P參數(shù)。P參數(shù)對系統(tǒng)靜態(tài)誤差影響較大，我配合I，最終將誤差控制在理想的范圍內(nèi)。在PID控制中，D參數(shù)對系統(tǒng)的影響也非常大，有著重要的作用。D參數(shù)主要是對誤差進(jìn)行微分，相當(dāng)于按一定的周期對速度變化求取加速度。微分控制可以提前預(yù)測速度的變化，能夠感知速度變化的趨勢，從而提前做出控制策略，有利于加快速度控制的效果，縮短調(diào)整時間。D參數(shù)的大小并不好確定，我只有根據(jù)實際的測試進(jìn)行了調(diào)整，將D在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下盡量增大。算法中的I參數(shù)主要是影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。積分的作用是將連續(xù)的誤差進(jìn)行累積，直到誤差為零。在微分計算公式中，將從程序開始執(zhí)行的誤差進(jìn)行相加，理論上可以消除誤差的存在。在本系統(tǒng)中，速度控制很難達(dá)到絕對的無誤差，一味的追求無誤差也是沒有意義的。加上I參數(shù)調(diào)整時非常的復(fù)雜，很難判斷效果如何，故在調(diào)試I參數(shù)的時候只是將其加入，系數(shù)設(shè)置較小。通過對PID參數(shù)的整定，我們最終確定了速度控制的參數(shù)。在實際測試中發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速測量值比預(yù)計的值要大，這里的原因主要是程序中語句導(dǎo)致的延時。這個設(shè)計的幾大模塊比較明確，在編寫程序時，我選擇先編寫出每一個模塊，讓每一個模塊實現(xiàn)其基本的功能，然后再逐步合并模塊，來實現(xiàn)設(shè)計的要求。在編寫程序的過程中遇到了一些問題，通過解決這些問題，我也有了一些收獲。PWM模塊不需要很多的語句去描述，只要理解了它的工作原理，而且要實際測量轉(zhuǎn)速與單片機(jī)I/O口置1的關(guān)系，才能得出正確的調(diào)速語句。結(jié) 論51系列單片機(jī)功能強(qiáng)大，方便今后的功能擴(kuò)展。本文所述的直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是以低價位的單片微機(jī)AT89S52為核心的，而通過單片機(jī)來實現(xiàn)電機(jī)調(diào)整又有多種途徑，由于PWM軟件方法來實現(xiàn)的調(diào)速具有更大的靈活性和更低的成本，它能夠充分發(fā)揮單片機(jī)的效能，對簡易速度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一種有效的途徑。而在軟件方面，采用PID算法來確定閉環(huán)控制的補(bǔ)償量也是數(shù)字電路組成的直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)所不能及的。單片機(jī)的壓力大大減小，程序中有充足的時間進(jìn)行閉環(huán)控制的測控和計算，使得軟件的運(yùn)行更為合理可靠。本次設(shè)計我通過各種方案的討論及嘗試，再經(jīng)過多次的整體軟硬件結(jié)合調(diào)試，不斷地對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。用AT89S52單片機(jī)作為直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制核心，利用紅外對射傳感器測量直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度，用PWM調(diào)速方式控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度，以及停止轉(zhuǎn)動，采用PI自動調(diào)節(jié)速度至預(yù)先設(shè)定的速度。整個系統(tǒng)的電路邏輯結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高，實現(xiàn)功能強(qiáng)。在設(shè)計中牽涉到很多自己不熟悉的知識, 同時明白對電動機(jī)控制不是一個簡單的電子控制問題，它涉及很多方面的知識，相信該系統(tǒng)能使直流電機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的實時監(jiān)控，簡化控制邏輯系統(tǒng)更加完善，而且本系統(tǒng)成本低廉、功能完整、抗干擾性能好。能成功應(yīng)用于直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、監(jiān)控、保護(hù)場合。本次設(shè)計使我懂得有好的理論不代表能高效的用在實踐上，只有通過自己的理解并付諸實踐才能掌握， 遇到困難時要虛心學(xué)習(xí)，更要靠自己去努力解決。因為以后沒有人會像在學(xué)校的老師這樣給予我們無私的幫助，只有獨自完成。而且答案可能不只有一種，有了解決的方案時要考慮還有沒有其他方案更簡便，想得到好的結(jié)果，就要反復(fù)推敲和實踐，想解決問題就必須要能專研，吃苦，有耐心、勤奮、與人團(tuán)結(jié)合作等綜合素質(zhì)。參考文獻(xiàn)[1]曲學(xué)基，曲敬凱，[M].電子工業(yè)出版社，2008[2][M].中國電力出版社，2008[3]巫傳專,[M].電子工業(yè)出版社，2008[4]楊剛,[M].清華大學(xué)出版社，2008[5][M].北京郵電大學(xué)出版社，1996[6][M].北京航空航天大學(xué)出版社，2001 [7][M].天津大學(xué)出版社，2001[8][M].北京航空航天大學(xué)出版社，2001[9][M].北京航天航空大學(xué)出版社，2006 [10][M].北京航天航空大學(xué)出版社，2008 [11][M].電氣制造出版社，2006[12]［J］.城建學(xué)院學(xué)報，2008[13]Behzad of Analog CMOS Integrated Circuits[M].2001（8）：630 [14]Meehan in Merseyside SMEs:Benefits and barriers[M].2008（6）：7368致 謝這次畢業(yè)設(shè)計，凝結(jié)了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設(shè)計。
首先，我要特別感謝孟老師對我的悉心指導(dǎo)，在畢業(yè)設(shè)計期間孟老師指導(dǎo)我、幫助我收集文獻(xiàn)資料，理清設(shè)計思路，完善操作方法，并對我所做的設(shè)計提出有效的改進(jìn)方案。孟老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、誨人不倦的態(tài)度和學(xué)術(shù)上精益求精的精神讓我受益終生。作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。多虧了孟老師的無私的幫助。其次，學(xué)校在這方面也給我們提供了很大的支持和幫助，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)比較重視，每個設(shè)計小組配有專門的指導(dǎo)老師，幫助我們能順利完成整個設(shè)計。對于學(xué)校和老師為我的畢業(yè)設(shè)計所提供的極大幫助和關(guān)心，在此我致以衷心的感謝！最后，還要感謝同學(xué)四年來對我的關(guān)心與支持，感謝各位老師在學(xué)習(xí)期間對我的嚴(yán)格要求。同時也要感謝身邊朋友的熱心幫助，沒有你們的關(guān)心與支持，我不可能這么快完成我的畢業(yè)設(shè)計。這幾個月的歲月是我學(xué)生生涯中最有價值的一段時光，也將會成為我以后永遠(yuǎn)的美好的回憶，在這里有治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而不失親切的老師，也有互相幫助情同骨肉的同學(xué)，更有和諧、融洽的學(xué)習(xí)生活氛圍，這里將是我永遠(yuǎn)向往的地方。借此論文之際，我想向所有人表達(dá)我的最誠摯的謝意，愿我們將來都越來越好。