【導(dǎo)讀】多，模擬PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，長(zhǎng)期以來形成了典型的結(jié)構(gòu)，控制器難以獲得滿意的控制效果。法靈活、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用面越來越廣。心，產(chǎn)生占空比受數(shù)字PID算法控制的PWM脈沖實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。時(shí)利用光電傳感器將電機(jī)速度轉(zhuǎn)換成脈沖頻率反饋到單片機(jī)中，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，達(dá)到轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)的目的。在系統(tǒng)中采128×64LCD顯示器作為顯示部件，通過。電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速和運(yùn)行時(shí)間。該系統(tǒng)控制精度高，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。Keywords：digitalPID；PWMimpulse；dutyfactor；astaticmodulation. 備的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了翻天覆地的變化。成為當(dāng)今科技的主流之一，廣泛深入到研究和應(yīng)用工程等各個(gè)領(lǐng)域。器、通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)、傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一。國(guó)際市場(chǎng)，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)也成為現(xiàn)實(shí)需求。術(shù)與解決方案，以提升設(shè)備性能、檔次與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在國(guó)外，尤其在運(yùn)動(dòng)控制及過。技術(shù)，正越來越受到國(guó)內(nèi)外各行業(yè)的高度重視。

　　

【正文】 功能在上面已經(jīng)做了說明，下面介紹1286 4LCD 的相關(guān)指令。 （ 1） 讀取狀態(tài)字 當(dāng) R/W=1， D/I=0 時(shí)，在 E 信號(hào)為高的作用下，狀態(tài)分別輸出到數(shù)據(jù)總線上。狀態(tài)字是了解模塊當(dāng)前工作狀態(tài)的唯一的信息 渠道，在每次對(duì)模塊操作之前，都要讀出狀態(tài)字判斷 BUSY 是否為“ 0”。若不為“ 0”，則計(jì)算機(jī)需要等待，直至 BUSY =0為止。 （ 2） 顯示開關(guān)設(shè)置 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 1 BUSY 0 ON／ OFF RST 0 0 0 0 湖南電子電 氣網(wǎng) 28 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 D D=1：開顯示； D=0 關(guān)顯示。 （ 3） 顯示起始行設(shè)置 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 1 顯示起始行 （ 0~63） 指令表中 DB5～ DB0 為顯示起始行的地址，取值在 0～ 3FH（ 1～ 64 行 ） 范圍內(nèi)，它規(guī)定了顯示屏上最頂一行所對(duì)應(yīng)的顯示存儲(chǔ)器的行地址。 （ 4） 頁(yè)面地址設(shè)置 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 0 1 1 1 Page（ 0~7） 頁(yè)面地址是 DDRAM 的行地址。 8 行為一頁(yè)， DDRAM 共 64 行即 8 頁(yè)，DB2DB0 表示 07 頁(yè)。 （ 5） 列地址設(shè)置 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 1 Yaddress（ 0~63） 列地址是 DDRAM 的列地址。共 64 列 ， DB5DB0 取不同值得到 03FH（ 164） ，代表某一頁(yè)面上的某一單元地址，列地址計(jì)數(shù)器在每一次讀／寫數(shù)據(jù)后它將自動(dòng)加一。 （ 6） 寫顯示數(shù)據(jù) D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 1 0 顯 示 數(shù) 據(jù) 該操作將 8 位數(shù)據(jù)寫入先前已確定的顯示存儲(chǔ)器的單元內(nèi)。操作完成后列地址計(jì)數(shù)器自動(dòng)加一。 （ 7） 讀顯示數(shù)據(jù) D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 1 1 顯 示 數(shù) 據(jù) 湖南電子電 氣網(wǎng) 29 該操作將 12864 模塊中的 DDRAM 存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)單位中的內(nèi)容讀出，然后列地址計(jì)數(shù)器自動(dòng)加一。 根據(jù)上面指令結(jié)合系統(tǒng)要實(shí)行的功能，其顯示子程序流程如圖 所示。 圖 顯示程序流程 系統(tǒng) Proteus 仿真 Proteus 軟件簡(jiǎn)介 Proteus 是英國(guó) Labcenter electronics 公司研發(fā)的 EDA 設(shè)計(jì)軟件， 是一個(gè)基于 ProSPICE 混合模型仿真器的，完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)。 Proteus 不僅可以做數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)?；旌想娐返姆抡?，還可進(jìn)行多種 CPU的仿真，涵蓋了 5 PIC、 AVR、 HC1 ARM 等處理器，真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)從原理設(shè)計(jì)、電路分析、系統(tǒng)仿真、測(cè)試到 PCB 板完整的電子設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了從 概念到產(chǎn)品的全過程。以下為本系統(tǒng)在 Protues 中的仿真流程： （ 1） 新建文件：打開 Protues 點(diǎn) File，在彈出的下拉菜單中選擇 New Design，在彈出的圖幅選擇對(duì)話框中選 Default。 （ 2） 設(shè)置編輯環(huán)境：按上述的方法對(duì) Protues 的設(shè)計(jì)環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。 （ 3） 元器件選?。喊丛O(shè)計(jì)要求，在對(duì)象選擇窗口中點(diǎn) P，彈出 Pickdevices 對(duì) 初始化循環(huán)次數(shù)j ＝ 2 ?寫入數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù) i ＝ 16 ？設(shè)置顯示起始頁(yè) 、 起始列調(diào)用寫入數(shù)據(jù)子程序j = j + 1 。 i = 0i = i + 1RETIYNNY初始化循環(huán)次數(shù)j ＝ 2 ?寫入數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù) i ＝ 8 ？設(shè)置顯示起始頁(yè) 、 起始列調(diào)用寫入數(shù)據(jù)子程序j = j + 1 。 i = 0i = i + 1RETIYNNYa ) 寫入 16 * 16 漢字程序流程 b ) 寫入 8 * 16 數(shù)字湖南電子電 氣網(wǎng) 30 話框，在 Keywords 中填寫要選擇的元器件，然后在右邊對(duì)話框中選中要選的元器件，則元器件列在對(duì)象選擇的窗口中如圖 所示 。 本設(shè)計(jì)所需選用的元器件如下： ① AT89C51:單片機(jī) ② RES、 RX RESPACK8:電阻、排阻、上拉電阻 圖 Proteus 元器件選取界面 ③ CRYSTAL:晶振 ④ CAP、 CAPELEC:電容、電解電容 ⑤ 780 7812:5V、 12V 三端穩(wěn)壓塊 ⑥ IN4007： 二極管 ⑦ AMPIRE128? 64： 液晶顯示器 ⑧ OPTOCUPLERNPN： 光電耦合器 ⑨ BOUTTON： 按鍵 ⑩ MOTORENCODER： 直流電機(jī) 放置元器件、放置電源和地、連線，得到附錄 Ⅱ 所示的系統(tǒng)整體電路，最后進(jìn)行電氣檢測(cè)。 （ 4） 程序編譯 點(diǎn)菜單 Source→ Add/Remove sou rce Files” 在出現(xiàn)的對(duì)話框如圖 中，選擇 ASEM51 編輯器，將上面的匯編源程序 添加。再點(diǎn)菜單Source→ Build ALL 編譯匯編源程序 ，生成目標(biāo)代碼文件 。 （ 5） 程序加載 圖 程序添加界面 在編輯環(huán)境左擊單片機(jī)然后右擊，在彈出的對(duì)話框中將編譯生成的 HEX 文件加載到芯片中，設(shè)單片機(jī)的時(shí)鐘工作頻率為 12MHZ。 （ 6） 電路仿真 點(diǎn)仿真按鍵，按照前面介紹 的系統(tǒng)使用方法進(jìn)行仿真。 湖南電子電 氣網(wǎng) 31 5 系統(tǒng)測(cè)試與分析 為了確定系統(tǒng)與設(shè)計(jì)要求的符合程度，需要進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試與分析，但是由于試驗(yàn)調(diào)節(jié)的制約和時(shí)間的限制，不能完成此次制作，只能通過軟件仿真進(jìn)行驗(yàn)證，在這里使用的是英國(guó)的 Proteus 軟件進(jìn)行測(cè)試，有關(guān)改軟件的使用在前面的章節(jié)已經(jīng)介紹，在這里不再重復(fù)。 根據(jù)第 1 章 PID 參數(shù)整定方法的介紹與分析，對(duì)于本系統(tǒng)采用經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行參數(shù)整定，該方法調(diào)試的原則為： 先是比例后積分，最后再把微分加 ； 曲線振蕩很頻繁，比例度盤要 放大 ； 曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳 ； 曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降 ； 曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng) ； 曲線振蕩頻率快，先把微分降下來 ； 動(dòng)差大來波動(dòng)慢 ， 微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng) 。 下 面以 PID 調(diào)節(jié)器為例，具體說明經(jīng)驗(yàn)法的整定步驟： ① 讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù) IK =0，實(shí)際微分系數(shù) DK =0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，由小到大改變比例系數(shù) PK ，讓擾動(dòng)信號(hào)作階躍變化，觀察控制過程，直到獲得滿意的控制 過程為止。 ② 取比例系數(shù) PK 為當(dāng)前的值乘以 ，由小到大增加積分系數(shù) IK ，同樣讓擾動(dòng)信號(hào)作階躍變化，直至求得滿意的控制過程。 ③ 積分系數(shù) IK 保持不變，改變比例系數(shù) PK ，觀察控制過程有無改善，如有改善則繼續(xù)調(diào)整，直到滿意為止。否則，將原比例系數(shù) PK 增大一些，再調(diào)整積分系數(shù) IK ，力求改善控制過程。如此反復(fù)試湊，直到找到滿意的比例系數(shù) PK 和積分系數(shù) IK 為止。 ④ 引入適當(dāng)?shù)膶?shí)際微分系數(shù) DK 和實(shí)際微分時(shí)間 DT ，此時(shí)可適當(dāng)增大比例系數(shù)PK 和積分系數(shù) IK 。和前述步驟相同，微分時(shí)間的整定也需反復(fù)調(diào)整，直到控制過程滿意為止。 PID 參數(shù)是根據(jù)控制對(duì)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(gè)小電機(jī)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(chǎng)調(diào)試時(shí)進(jìn)行修正。 湖南電子電 氣網(wǎng) 32 根據(jù)上訴方法，通過軟件仿真系統(tǒng)得出數(shù)據(jù)如表 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 : PK =2, IK =, DK =。并且可以反映 表 測(cè)試數(shù)據(jù)表 次數(shù) 設(shè)定 PK 設(shè)定 IK 設(shè)定 DK 設(shè)定（ r/min） 超調(diào)量 調(diào)節(jié)時(shí)間（ s） 誤差 1 2 100 8％ 4 %1? 2 3 100 15％ 5 %2? 3 4 100 22％ 11 %5? 4 1 100 5％ 6 %3? 5 0 100 1％ 12 %6? 6 2 100 6％ 8 %2? 7 2 0 100 2% 15 %9? 8 2 100 8％ 5 %1? 9 2 100 9％ 7 %2? 10 2 100 8％ 6 %1? 11 2 0 100 6% 5 %5? 12 2 100 7% 5 %1? 13 2 100 6% 7 %4? 出 PID 調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用是： （ 1） 比 例環(huán)節(jié)： PK 值的選取決定于系統(tǒng)的響應(yīng)速度。增大 PK 能提高響應(yīng)速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差；但是， PK 值過大會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定減小 PK 可以減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性，但 PK 過小會(huì)減慢響應(yīng)速度，延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間； （ 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(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) IT ， IT 越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)； （ 3） 微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)（變化速率），并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。 通過上訴的數(shù)據(jù)分析可知，該系統(tǒng)完成了設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求，證實(shí)了設(shè)計(jì)方案的可行性和設(shè)計(jì)方法的正確性。 湖南電子電 氣網(wǎng) 33 結(jié)論 本課題的目的在于利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn) PID 算法產(chǎn)生 PWM 脈沖來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。到目前為止通過對(duì)控制器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、 LCD 顯示模塊、鍵盤模塊、數(shù)字 PID算法等進(jìn)行深入的研究。完成了硬件電路的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并且利用 Protel99se 軟件繪制出 PCB 圖紙（見附錄 Ⅳ ），但由于實(shí)驗(yàn)條件不足沒能做出 PCB 板。軟件方面利用 C 語言進(jìn)行編程，增強(qiáng)了程序的可移植性和靈活性，并且利用 Proteus 軟件進(jìn)行仿真更加保證了程序的準(zhǔn)確性。 歸納起來主要做了如下幾方面的工作： PID算法與 PWM控制技術(shù)有機(jī)的結(jié)合； 設(shè)計(jì)了速度檢測(cè)電路； 利用 C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并通過仿真（部分源程序見附錄 Ⅱ ）； 利用 Protel99se對(duì) PCB板 進(jìn)行繪制。根據(jù)上面 論述結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出本次設(shè)計(jì)基本完成了設(shè)計(jì)任務(wù)和要求。 通過此次設(shè)計(jì)，掌握了數(shù)字 PID算法的使用及編程方法，學(xué)習(xí)了如何進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)及相關(guān)技巧，為今后的工作和學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 湖南電子電 氣網(wǎng) 34 參考文獻(xiàn) [1] 孫傳友 . 測(cè)控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì) [M] .北京：北京航空航天大學(xué)出版社 , 20xx： 160－ 166， 174. 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