【正文】 值10 11 12 13 14 15中斷頻率/HZ64 32 16 8 4 2 對 RTC 編程的實現在 windows 系統(tǒng)中，是通過 VxD 來管理硬件設備或已安裝軟件等系統(tǒng)資源的。VxD 和動態(tài)鏈接庫一樣是 32 位可執(zhí)行程序，只是 VxD 工作在核心層(Ring0)上。VxD可以隨 VMM 一起靜態(tài)加載或卸載。正是由于 VxD 與 VMM 之間的緊密協(xié)作，才使得VxD 具有應用程序所不具備的能力，諸如可以不受限制的訪問硬件設備、任意查看操作系統(tǒng)數據結構(如描述符表、頁表等)、訪問任何內存區(qū)域、捕獲軟件中斷、捕獲 I／O 端口操作和內存訪問等，甚至還可以截取硬件中斷。VxD 在與 windows 的鏈接工作中處理中斷，并在不影響其它應用程序執(zhí)行的情況下為特定的應用程序執(zhí)行I／O 操作。大多數 VxD 管理硬件設備，也有一些 VxD 管理或代替與之有關的軟件，如 ROM BIOS 例程。VxD 可以包含必須在相應設備上執(zhí)行的設備相關代碼，也可以依靠其它軟件去執(zhí)行這些對設備的操作。由于使用 DDK 開發(fā) VxD 十分繁瑣和復雜，需對 Windows 系統(tǒng)的硬件和結構有詳細的了解，因而在實際的應用中易采用 VtoolsD開發(fā)工具來編寫 VxD 文件。下面是對 RTC 的編程和對 IRQ8 的截獲，其部分代碼如下：define MY_IRQ 8class MyHwInt ：public VHardwareInt{長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制26public：MyHwInt ()：VHardwareInt(MY_IRQ,0,0,0){}virtual VOID OnHardwareInt(VMHANDLE)。}。class ClockDevice ：public VDevice{public：virtual BOOL OnSysDynamicDeviceInit ()。virtual BOOL OnSysDynamicDeviceExit()。VirtualDWORDOnW32DeViceIoControl(PIOCTLPARAMSpDIoCParams)。}。VOID MyHwInt：：OnHardwareInt(VMHANDLE hVM){ _outp(0x70，0xc)。 _inp(0x71)。 ／／中斷處理 VWIN32_QueueUserApc(CallBackApc，(DWORD)＆e，TheThread)。 SendPhysicalEO1()。 ／／通知 VPICD 中斷結束)BOOL ClockDevice：：OnSysDynamicDeviceInit(){ pMyIRQ=new MyHwInt ()。 if(!pMyIRQ I I!pMyIRQhook ()) return FALSE。 _outp(0x70，0x0a)。 a=_inp(0x71)。 _outp(0x70，0x0a)。 _outp(0x71，a＆0x80 I 0x22)。 ／／中斷頻率為 128Hz _outp(0x70，0xb)。 b=_inp(0x71)。 _outp(0x70，0xb)。 _outp(0x71，0x40 I b)。長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制27 PMylRQphysicalUnmask()。 return TRUE： } BOOL ClockDevice：：OnSysDynamicDeviceExit() { _outp(0x70，0xb)。 _outp(0x71，b)。 if(pMylRQ) delete pMylRQ。 return TRUE：)4．3 中斷時間的測試為了確定 vxD 的運行性能，在程序中獲取時間值是必要的。如果中斷時間誤差較大，在中斷中實施位置控制，就不能更好的控制伺服電機的運動。因此測試中斷時間就顯得尤為重要。在實例中通過使用 Debug Monitor 工具來測試中斷。Debug Monitor 是 NuMega VtoolsD 提供的開發(fā)工具之一，它可用來觀察VxD 和 WDM 在 debug 狀態(tài)下的輸出流，Debug Monitor 有兩個輸出通道 Monitor 和Default。Monitor 輸出的是和命令相關的事件。Default 輸出的是 VxD 在 debug 狀態(tài)下的輸出流。測試部分程序相當簡單，只要在進入中斷時加入一條輸出流，將Default Monitor 所顯示的相鄰時間相減就是中斷時間。如圖 42 Debug Monitor所顯示的內容。長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制28 圖 42 Debug Monitor在對 RTC 定時精度的檢測中，設定的定時間隔為 7．8125ms。除了中斷服務響應時間，應用程序與 VxD 通信耗費時間，以及應用程序讀寫操作耗費時間，通過debt．1g Monitor 測得定時精度平均為 6 μs，可以滿足高精度的電機控制，證明借助于 VxD 在 windows 環(huán)境下實現實時控制是可行的。長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制29第五章 P ID 控制5．1 P I D 控制簡介PID 控制是比例積分微分的簡稱。PID 控制器早在 30 年代末期就已出現。除了在最簡單情況下應用的開關控制外，它是當時唯一的控制方式。經過 50 多年來的不斷更新換代，PID 控制得到了長足的發(fā)展。特別是近年來，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，發(fā)生了由模擬 PID 控制到數字 PID 控制的重大轉變。與此同時還涌現出了許多新型 P 工 D 控制算法和控制方式。例如，非線性 PID 控制、自適應 PID 控制、智能 P 工 D 控制等等“’ 。常規(guī) PID 控制系統(tǒng)原理框圖如圖 5l 所示。系統(tǒng)是由模擬 PID 控制器和被控對象組成。 圖 51 常規(guī) PID 控制系統(tǒng)原理框圖PID 控制器是一種線性控制器，它根據給定值 r(t)與實際輸出值 c(t)構成控制偏差 e(t)=r(t)c(t) (61)將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制，故稱 PID 控制器。長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制30簡單說來，PID 控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下： 即時成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號 e(t)，偏差一旦產生，控制器立即產生控制作用，以減少偏差。2．積分環(huán)節(jié) 主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數 Ti，T i越大，積分作用越弱，反之越強。3．微分環(huán)節(jié) 能反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號值變得 太大之前，在系統(tǒng)中引入一個早期的修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。到目前為止，PID 控制仍然是歷史最久、生命力最強的基本控制方式。這是因為 PID 控制具有如下優(yōu)點： (1)PID 控制原理簡單，使用方便，并且已經形成了一套完整的參數設計和參數整定方法，很容易為工程技術人員所掌握。 (2)PID 控制算法蘊含了動態(tài)控制過程中過去、現在、和將來的主要信息。通過對比例系數、積分時間常數和微分時間常數的適當調整，可以達到良好的控制效果。 (3)PID 控制適應性強，可以廣泛用于電氣傳動、伺服控制、化工、熱工、冶金、煉油、造紙、建材以及加工制造等各個生產部門。 (4)PID 控制魯棒性較強，即其控制品質對控制對象特性的變化不十分敏感。 (5)PID 控制可以根據不同的需要，針對自身的缺陷進行改進，并形成了一系列改進的算法。正是由于 PID 控制具有上述許多優(yōu)點，使得它仍然是在電氣傳動和過程控制中應最廣泛的基本控制方式，尤其適用于可建立精確數學模型的確定性控制系統(tǒng)。5．2 P l D 控制器設計本系統(tǒng)中采用的電機為三相永磁交流同步伺服電機，所選電機為 Panasonic MDMA082AIC。其主要性能指標為：1．額定轉矩 Mn=3．57Nm 2．最大轉速 nN3000r/min3．額定功率 P=0．75KW4．光電編碼器分辨率為 pf=2500 脈沖/rad，四倍頻。(即每轉可以檢測到 1 長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制31000 個脈沖)。這種位置控制器工作流程是這樣的：計數器 8254 由兩個計數通道接收光電編碼器反饋回來的脈沖信號，將兩個計數通道的計數值相減作為反饋值，給定值減去反饋值，其差值通過數字調節(jié)器的 PID 運算，輸出的值再通過 12 位數模轉換芯片MX7545A 轉換，并且經電壓放大，用它來驅動電機運動到需要的位置。為了研究參數 PID 調節(jié)器算法，我們首先來看一下數摸轉換電路的二進制碼表，見表 52。下面以采樣周期 來推導參數 PID 調節(jié)器控制算法。已知輸出電壓 6000mv，對應電機轉速 3000r/min，規(guī)定：偏差(e(k))=給定值(r(k))反饋值(c(k))，單位：脈沖／ 因此，電壓輸出 V(單位：mv)應該滿足下邊這一等式： = (62) V6000u（ ??） （單位： 脈沖 ??)30001000060 （單位： 脈沖 ??)式中，u(k)是在采樣時刻 k 輸出的電機控制信號，在 53 節(jié)會進一步介紹。 表 52 2’s Complement Code TableDIGITAL INPUTMSB LSBANALOG OUTPUT1111 1111 1111 +VIN( )204720481000 0000 0001 +VIN( )120481000 0000 0000 00111 1111 1111 VIN( )120480000 0000 0000 VIN( )20482048化簡之，電壓輸出為： V = (63)??(??)1000600060300010000 =??(??)從表 61 可以看出，數據位每增加 1 格，輸出電壓為10000 =(單位：mv) (64)12048 因此，參數 PID 調節(jié)器控制算法為：dac=2048+ ??(單位： mv） =2048+??(??)長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制32=2048+ （6??(??)5） P I D 控制器的軟件編制PID 控制器中斷服務流程如圖 53 所示。PID 控制器的離散方程為 =Kpe(K)+K1 +KD[e(k1)]??(??)??∑??=0??(??)式中， 是在采樣時刻足輸出的電機控制信號； 是在采樣時刻 k 的位置誤差；??(??) ??(??)e(k?1)是在采樣時刻 k?1 的位置偏差；K p 、K I、K D是需要用戶寫入的控制器中比例項、積分項和微分項的系數 。 控制系統(tǒng)參數的整定目前在工業(yè)過程中，采用 PID 控制的回路仍占絕大部分比例。要使 PID 控制器達到良好的控制效果，必須對控制器的參數即比例、微分和積分系數進行調整。控制工程中應用較多的 PID 參數整定方法主要有手工經驗法、臨界比例度法以及利用經典最優(yōu)控制規(guī)律的 PID 參數優(yōu)化設計方法等。經分析，同一組控制器參數在不同的運動參數條件下，以及同組參數在不同控制器條件下，系統(tǒng)輸出特性上都有一定差異。作為通用運動控制器，面對的負載情況會有很大差別，根據具體情況選取適當的控制參數是決定系統(tǒng)性能的關鍵。參數選擇不當，嚴重時會導致系統(tǒng)激振，一般情況會使系統(tǒng)的響應速度和精度達不到應有的水平。所以控制參數。選擇調整是決定系統(tǒng)性能的重要環(huán)節(jié)。為確保系統(tǒng)在高速條件下的穩(wěn)定性和控制精度，在本交流伺服系統(tǒng)中，針對不同的工況調節(jié)系統(tǒng)參數，以達到最佳輸出性能。為簡化系統(tǒng)的設計，在實驗過程中，本系統(tǒng)采取在線整定 PID 參數的方法，憑經驗多次嘗試尋得較好的 PID 參數。 PID 參數的方法程序如下圖：長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制33