【正文】 因此， I 的取值與拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)：拖動(dòng)。為此引入積分環(huán)節(jié) I ，其效果是，使經(jīng)過比例增益 P 放大后的差值信號(hào)在積分時(shí)間內(nèi)逐漸增大 ( 或減小 ) ，從而減緩其變化速度，防止振蕩。任何一種變頻器的參數(shù) P 都給出一個(gè)可設(shè)置的數(shù)值范圍，一般在初次調(diào)試時(shí)， P 可按中間偏大值預(yù)置．或者暫時(shí)默認(rèn)出廠值，待設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)再按實(shí)際情況細(xì)調(diào)。解決這一矛盾的方法就是事先將差值信號(hào)進(jìn)行放大。此條應(yīng)該不屬于大的，抽象的 PID 控制理論的內(nèi)容了，而是 PID 理論的具體應(yīng)用。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。兩種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程 經(jīng)驗(yàn)公式 對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 中被廣泛采用。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。它是根據(jù)被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例 +微分（ PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化 “超前 ”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。因此，比例 +積分（ PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error）。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。 PID 控制，實(shí)際中也有 PI 和 PD 控制。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。 原理特點(diǎn) 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 簡(jiǎn)稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)?？刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字來描述。 階躍響應(yīng)是指將一個(gè)階躍輸入（ step function）加到系統(tǒng)上時(shí)，系統(tǒng)的輸出。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。 閉環(huán)控制系統(tǒng)（ closedloop control system）是指被控對(duì)象的輸出（被控制量）會(huì)反送回來影響控制器的輸入，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。 PID 控制算法系統(tǒng)分類 開環(huán)控制系統(tǒng)（ openloop control system）是指被控對(duì)象的輸出（被控制量）對(duì)控制器（ controller）的輸入沒有影響。可編程控制器（ PLC) 是利用其閉環(huán)控制模塊來實(shí)現(xiàn) PID 控制，而可編程控制器（ PLC）可以直接與 ControlNet 相連，如 Rockwell 的 PLC5 等。目前， PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的 PID 控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有 PID 參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器 (intelligent regulator），其中 PID 控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。比如 壓力控制系統(tǒng) 要采用壓力傳感器?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到 被控系統(tǒng) 上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。 自動(dòng)控制系統(tǒng) 可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和 閉環(huán)控制系統(tǒng) 。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和 智能控制 理論三個(gè)階段。其輸入 e (t）與輸出 u (t）的關(guān)系為 u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt] 式中積分的上下限分別是 0 和 t 因此它的傳遞函數(shù) 為： G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]其中 kp 為比例系數(shù)； TI為積分時(shí)間常數(shù)； TD 為微分時(shí)間常數(shù) 。 PID 控制器 簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的 系統(tǒng)模型 等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。 讀 取 速 度 傳 感 器 采 集 數(shù) 據(jù)開 始判 斷 電 機(jī) 正 反 轉(zhuǎn) ？電 機(jī) 正 轉(zhuǎn) N 步Y(jié)電 機(jī) 反 轉(zhuǎn) N 步返 回N 圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程圖 PID 控制算法 PID 控制算法概述 這個(gè)理論和應(yīng)用自動(dòng)控制的關(guān)鍵是，做出正確的測(cè)量和比較后，如何才能更好地糾正系統(tǒng)。當(dāng)縱向電機(jī)不驅(qū)動(dòng)時(shí)，脈沖占空比設(shè)置為零。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中，脈沖個(gè)數(shù)決定電機(jī)轉(zhuǎn)的步數(shù)，脈沖輸出高低電位決定電機(jī)正反轉(zhuǎn)向。流程圖如下。方式 0 為全西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 調(diào)節(jié)，對(duì)座椅進(jìn)行橫縱兩個(gè)方向上的調(diào)節(jié)；方式 1 為半調(diào)節(jié)，只進(jìn)行橫向調(diào)節(jié)；方式 2 為不調(diào)節(jié)，即選擇方式 2 后，座椅不自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)計(jì)時(shí)溢出，產(chǎn)生中斷，對(duì)端口進(jìn)行一次采集。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 開 始k = 0i = i + 1去 除 最 大 值 和 最 小值 求 和 ， 除 以 3i = 0返 回k = k + 1交 換 數(shù) 據(jù)i 5 ?K 5 i ?P [ k ] p [ k + 1 ] ?YYYNNN 圖 數(shù)據(jù)處理流程圖 采樣周期定時(shí)中斷 課題設(shè)置采樣周期為 50ms，采用定時(shí)器 T0，方式 2 進(jìn)行定時(shí)中斷 ,在初始化時(shí)。 對(duì)傳感器每個(gè)方 向上的數(shù)據(jù)采集 5 次，進(jìn)行排序，然后去掉最大和最小的數(shù)值，中間三個(gè)數(shù)值取平均值。 CHS2 CHS1 CHS0 Analog Channel Select (模擬輸入通道選擇 ) 0 0 0 選擇 作為 A/D輸入來用 0 0 1 選擇 作為 A/D輸入來用 0 1 0 選擇 作為 A/D輸入來用 0 1 1 選擇 作為 A/D輸入來用 1 0 0 選擇 作為 A/D輸入來用 1 0 1 選擇 作為 A/D輸入來用 1 1 0 選擇 作為 A/D輸入來用 1 1 1 選擇 作為 A/D輸入來用 表 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 A D 中 斷 入 口讀 取 數(shù) 值 并 存 儲(chǔ) 讀 取 數(shù) 值 并 存 儲(chǔ) 讀 取 數(shù) 值 并 存 儲(chǔ)清 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 標(biāo) 志 位 清 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 標(biāo) 志 位i = 5 ? i = 5 ?i = 5 ?( A D C _ C O N T R | 0 x F 8 ) = = 0 x F 8 ?清 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 標(biāo) 志 位i = i + 1 i = i + 1i = i + 1( A D C _ C O N T R | 0 x F 8 ) = = 0 x F 9 ?A D C _ C O N TR = 0 x F 9A D C _ C O N TR = 0 x F A置 數(shù) 據(jù) 更 新 標(biāo) 志 位YNYNYNYNYN重 啟 A D退 出 中 斷圖 A/D采集中斷流程圖 AD 數(shù)據(jù)處理 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理選用中值濾波法。判斷后，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 16 位數(shù)組變量中，存儲(chǔ)完后，重新開啟 A/D，跳出中斷，這樣反復(fù)采集 5 次之后，換端口地址。當(dāng)一個(gè)端口采集一次完成時(shí)，產(chǎn)生 ADC 中斷，進(jìn)入A/D 采樣中斷子程 序。 ADRJ=0， 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果 ： 取 8 位 （ ADC_RES[7:0]） =256 Vin / Vcc； ADRJ=0， 模 /數(shù) 轉(zhuǎn)換結(jié)果 ： 取 10 位ADC_RES[7:0],ADC_RESL[1:0]） =1024 Vin / Vcc； ADRJ=1， 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果 ：取 10 位 （ ADC_RES[1:0],ADC_RESL[7:0]） =1024 Vin / Vcc； Vin 為模擬輸入電壓 ， Vcc 為單片機(jī)實(shí)際工作電壓 ， 并作為模擬參考電壓 。 ADRJ=0， 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的高八位存放在 ADC_RES 中 ， 低 2 位存放在 ADC_RESL 的低 2 位中 。 經(jīng)過 4 個(gè)時(shí)鐘延時(shí) ， 正確讀到 ADC_CONTR 控制寄存器的值 。 （ 4） 程序中需要注意的問題 ： 由于是 2 套時(shí)鐘 ， 所以 ， 設(shè)置 ADC_CONTR 控制寄存器后 ， 加 4 個(gè)空操作延時(shí)才可以正確讀 ADC_CONTR 寄存器的值 ， 原因是設(shè)置 ADC_CONTR 控制寄存器的語(yǔ)句執(zhí)行后 ， 要經(jīng)過 4 個(gè) CPU 時(shí)鐘的延時(shí) ， 其值才能夠保證被設(shè)置進(jìn) ADC_CONTR 控制寄存器 。 STC12C5A60S2 系列單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊使用的時(shí)鐘是外部晶體時(shí)鐘或內(nèi)部 R/C 振蕩器所產(chǎn)生的時(shí)鐘 ， 不使用時(shí)鐘分頻寄存器 CLK_DIV。SPEED0,SPEED1： ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度控制位 ， A/D 轉(zhuǎn)換速度見表 。 建議進(jìn)入空閑模式前 ， 將 ADC 電源關(guān)閉 ， 啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換前一定要確認(rèn) A/D電源已打開 ， A/D 轉(zhuǎn)換完成后關(guān)閉 AD 電源可降低功耗 。 中斷請(qǐng)求標(biāo)志位 ADC_FLAG： ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位 ， 當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換完成后 ， ADC_FLAG=1， 一定要由軟件清零 ， A/D 轉(zhuǎn)換完成后由該位申請(qǐng)中斷 。 選擇模擬輸入通道 CHS2/CHS1/CHS0： 如 CHS2/ CHS1/CHS0 =111 ~ 000 可分別選擇 ~ 作為 ADC 的 A/D 轉(zhuǎn)換輸入位 。 如 ： 中哪一位為 “ 1” ， 則 P1 口中對(duì)應(yīng)的位作為模擬功能A/D 使用 。定時(shí)器溢出時(shí)產(chǎn)生中斷。 （ 3） 定時(shí)器中斷初始化： 系統(tǒng)采用 T0 定時(shí)器，方式 2，進(jìn)行定時(shí)。 （ 1） I/O 端口初始 化： 對(duì)部分端口進(jìn)行引腳配置，設(shè)置 ， ,P1,2 為模擬輸入通道， , 為鍵盤端口， ， 為單片機(jī)脈沖輸出， ， 外接三個(gè) LED 燈， ， 為脈沖方向控制輸出， 為復(fù)位。 適用范圍大，可移植性好 C 語(yǔ)言有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是適合于多種操作系統(tǒng) 。 允許直接訪問物理地址，對(duì)硬件進(jìn)行操作 由于 C 語(yǔ)言允許直接訪問物理地址，可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作，因此它既具有高級(jí)語(yǔ)言的功能，又 具有低級(jí)語(yǔ)言的許多功能，能夠像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元，可用來寫系統(tǒng)軟件。 C 語(yǔ)言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用。另外C 語(yǔ)言具有強(qiáng)大的圖形功能，支持多種顯示器和驅(qū)動(dòng)器。能用來實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算。 C 語(yǔ)言的運(yùn)算類型極其豐富，表達(dá)式類型多樣化。 C 語(yǔ)言可以像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。 C 語(yǔ)言一共只有 32 個(gè)關(guān)鍵字， 9 種控制語(yǔ)句，程序書寫形式自由，區(qū)分大小寫。例如，對(duì)數(shù)組下標(biāo)越界不作檢查，由程序編寫者自己保證程序的正確。本節(jié)主要講編寫程序方面的技巧。另外，設(shè)計(jì)中加入 3 個(gè)鍵的鍵盤來控制座椅自平衡調(diào)節(jié)的方式，分別是方式 0 橫縱均自動(dòng)調(diào)節(jié)，方式 1 只是橫向調(diào)節(jié)和方式 2 不調(diào)節(jié)。數(shù)據(jù)采集處理程序，主要解決 MMA7260 傳送的加速度模擬信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)以及數(shù)據(jù)的解算。其硬件電路如下圖。 圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 顯示部分 設(shè)計(jì)采用三個(gè) LED燈顯示所選的調(diào)節(jié)模式。 ： 23X26mm 圖 傳感器引腳 圖 傳感器硬件電路 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 MMA7260QT引腳說明如表 ： 引腳號(hào)： 符號(hào) 注解 PIN01 Z Z模擬輸出 PIN02 Y Y模擬輸出 PIN03 X X模擬輸出 PIN04 G1 量程選擇控制 GS1 PIN05 G2 量程選擇控制 GS2 PIN06 5V 5V電壓正極，只選其一 PIN07 NC 懸空 PIN08 3V3 ，只選其一 PIN09 GND 接負(fù)極 PIN10 SL 休眠模式控制 表 測(cè)量范圍選擇如表 ： G1 G2 G量程選擇 G靈敏度選擇 (Mv/g) 0 0 800 0 1 2g 600 1 0 4g 300 1 1 6g 200 表 鍵盤 課題設(shè)置 3 個(gè)鍵，采用獨(dú)立式鍵盤，分別接在 ， ， 端口。A，休眠模式下為 3181。 1． 5g／ 2g／ 4g／ 6g；通過撥碼開關(guān)選擇。 MMA7260 與 STC12C5A60S2 單片機(jī)的連接十分簡(jiǎn)便 ， 根據(jù) MMA7260 的數(shù)據(jù)手冊(cè)可知 ， 只要在 7260 與單片機(jī) AD 引腳間加阻容濾波器即可直接連接 ， 不需要其它有源元件。 10% 以內(nèi) ) 用戶 在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 / 時(shí)鐘 常溫下內(nèi)部 R/C 振