【正文】 _,D,E,_YZDZ: DW 2750H,1850H,1300H DW 1000H,0820HSJCS: DW 0BB8H,1194H,1A0AH DW 2476H,2B9EH,360AHTH。 4,5,6,7 DB 7FH,6FH,77H,40H 。 2010年6月附錄1：程序清單 ORG 0000H LJMP START ORG 0030HZXBDZ: DB 3FH,06H,5BH,4FH 。 衷心感謝老師們和同學(xué)們對(duì)本人的支持和為論文完成所提供的種種便利條件。值此論文完成之際，向馬海濤等老師致以崇高的敬意和衷心的感謝！ 從論文的開(kāi)題到課題的研究，各位師兄和同學(xué)們?cè)谡n題方向和研究方法上給予了我無(wú)私餓幫助和熱心的指導(dǎo)，使我受益匪淺。從課題的選擇方案的擬定、硬件和軟件的設(shè)計(jì)直到論文的撰寫(xiě)，馬老師都給我了極大的幫助與指導(dǎo)。本文工作的總結(jié)：1. 自動(dòng)平衡技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，分析了砂輪自動(dòng)平衡的主要難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，闡述了本文的研究意義；2. 設(shè)計(jì)通過(guò)磁電式速度傳感器采集磨床主軸的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)濾波，放大等電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行 整理，再通過(guò)數(shù)字電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣、分析和處理。總 結(jié)磨削是精密和超精密加工的重要手段，在磨削過(guò)程中，若砂輪不平衡，不僅會(huì)機(jī)床的振動(dòng)，嚴(yán)重制約了磨削表面和精度的提高，還會(huì)加速主軸和軸承的磨損，使磨床精度降低，壽命縮短。下面介紹各模塊的流程圖 軟件流程圖圖61 軟件流程圖 A/D采樣數(shù)據(jù)軟件設(shè)計(jì)圖62 A/D采樣數(shù)據(jù)流程圖 平衡過(guò)程流程圖圖63平衡過(guò)程流程圖本章小結(jié) 本章主要繪制了軟件流程圖，A/D采樣數(shù)據(jù)軟件設(shè)計(jì)，平衡流程圖并設(shè)計(jì)了響應(yīng)軟件程序，附錄一為軟件程序清單。本章詳細(xì)介紹了PID控制的工作原理和特點(diǎn)，根據(jù)砂輪動(dòng)平衡特點(diǎn)制定了PID控制算法，并舉例說(shuō)明了PID的參數(shù)整定方法中擴(kuò)充響應(yīng)曲線法。其整定步驟如下：（1）斷開(kāi)數(shù)字控制器，讓系統(tǒng)處于手動(dòng)操作狀態(tài)，并使之穩(wěn)定，然后突然改變給定值，給被控對(duì)象一個(gè)階躍輸入信號(hào)；（2）記錄被控參數(shù)在階躍輸入下的整個(gè)變化過(guò)程曲線；如圖55所示OtTpty(t)圖55 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法（3）在曲線最大斜率處作切線，求出等效的滯后時(shí)間t和等效時(shí)間常數(shù)Tp，以及它們的比值Tp/t（4）按照表51，由t，Tp，Tp/t值的求出數(shù)字控制器的T，Kp，Ti和Td。工程整定法是基于實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的方法，簡(jiǎn)單易行，是工程實(shí)際經(jīng)常采用的方法。 PID參數(shù)的整定的整定方法PID參數(shù)整定的方法可以分為理論計(jì)算法和工程整定法兩種。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)被控對(duì)象的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。（3）采用增量式算法時(shí)所用的執(zhí)行器本身都具有保持功能，即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，執(zhí)行器仍能保持在原位，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成惡劣影響。（2）為實(shí)現(xiàn)手動(dòng)——自動(dòng)無(wú)擾切換，在切換瞬時(shí)，必須首先將計(jì)算機(jī)的輸出值設(shè)置為閥門(mén)原始開(kāi)度。利用數(shù)字PID控制算法的增量式，可以得到數(shù)字PID控制算法位置式的遞推算式，即 （510）與數(shù)字PID控制算法的位置式相比，增量式有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）位置式每次輸出與整個(gè)過(guò)去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過(guò)去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累積計(jì)算誤差。它只需要保持三個(gè)采樣時(shí)刻的偏差值。因此，需要由數(shù)字PID位置式導(dǎo)出數(shù)字PID控制算法的增量式。由式（57）得出的控制量為全量值輸出，也就是每次的輸出值都與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置(如控制閥門(mén)的開(kāi)度)一一對(duì)應(yīng)，所以把它稱(chēng)之為數(shù)字PID控制算法的位置式。這里，采用后向差分變換法，將式（54）進(jìn)行離散化，得到數(shù)字PID控制器的脈沖傳遞函數(shù)為 （56）式中，為采樣周期，為積分系數(shù)；為微分系數(shù)。 PID調(diào)節(jié)器的數(shù)字化 典型的PID模擬控制系統(tǒng)如圖53所示，圖中是輸入量（給定值）, 為反饋量，為輸出量，PID調(diào)節(jié)器的輸入輸出關(guān)系為 （55） 式中：誤差信號(hào)，是調(diào)節(jié)量的輸出信號(hào)，是調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，和分別是積分時(shí)間常數(shù)和微分時(shí)間常數(shù)，M是偏移量。（3）微分環(huán)節(jié)的作用：有助于系統(tǒng)減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間，從而改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。綜上所述，對(duì)PID控制器中三個(gè)環(huán)節(jié)的作用總結(jié)如下：（1）比例環(huán)節(jié)的作用：能迅速反映偏差，從而減小偏差，但不能消除靜差，的加大，會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，微分控制作用是與偏差的變化速度成正比，能夠預(yù)測(cè)偏差的變化，產(chǎn)生超前控制作用，以阻止偏差的變化，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，但不能消除靜差，且只在偏差剛剛出現(xiàn)時(shí)產(chǎn)生控制作用。圖53 PID階躍響應(yīng)曲線從圖中可以看出，當(dāng)偏差發(fā)生變化時(shí)，微分環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)趨于無(wú)窮的控制作用，調(diào)整系統(tǒng)輸出來(lái)減小偏差的變化，偏差變化的越快，就越大。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)被控對(duì)象的特性和控制要求，可以選擇其結(jié)構(gòu)，形成不同形式的控制器，如比例（P）控制器，比例積分（PI）控制器，比例微分（PD）控制器等。圖52 PID控制器方框圖因此，連續(xù)系統(tǒng)中PID控制器的傳遞函數(shù)為 （53）PID控制規(guī)律為： （54）其中，為比例系數(shù)，為積分時(shí)間常數(shù)，為微分時(shí)間常數(shù)，為PID控制器的輸入，為PID控制器的輸出。自動(dòng)整定通常是指根據(jù)開(kāi)環(huán)狀態(tài)確定的簡(jiǎn)單過(guò)程模型自動(dòng)計(jì)算 PID參數(shù)。另外，由于基于控制律的系統(tǒng)沒(méi)有成熟的穩(wěn)定性分析方法，參數(shù)整定可靠與否存在很多問(wèn)題。這個(gè)方法會(huì)引起 擾動(dòng)，所以基于模型的PID參數(shù)自整定在工業(yè)應(yīng)用不是太好。　　在一些情況下針對(duì)特定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的PID控制器控制得很好，但它們?nèi)源嬖谝恍﹩?wèn)題需要解決：　　如果自整定要以模型為基礎(chǔ)，為了PID參數(shù)的重新整定在線尋找和保持好過(guò)程模型是較難的。PID參數(shù)自整定就是為了處理PID參數(shù)整定這個(gè)問(wèn)題而產(chǎn)生的。　　在工廠，總是能看到許多回路都處于手動(dòng)狀態(tài)，原因是很難讓過(guò)程在“自動(dòng)”模式下平穩(wěn)工作。如果過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定?！　∑浯?，PID參數(shù)較易整定。 PID控制的特點(diǎn)首先，PID應(yīng)用范圍廣。PID調(diào)節(jié)器實(shí)際是一個(gè)放大系數(shù)可自 動(dòng)調(diào)節(jié)的放大器，動(dòng)態(tài)時(shí)，放大系數(shù)較低，是為了防止系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)與振蕩。如何解決這個(gè)矛盾，可以根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況，在控制系統(tǒng)中插入“校正網(wǎng)絡(luò)”，矛盾就可以得到較好解決。反之，只考慮調(diào)節(jié)過(guò)程的穩(wěn)定性，又無(wú)法滿(mǎn)足精度要求。很明顯，自動(dòng)控制系統(tǒng)總希望在穩(wěn)定工作狀態(tài) 下，具有較高的控制質(zhì)量，我們希望持續(xù)時(shí)間短、超調(diào)量小、擺動(dòng)次數(shù)少。圖51 反饋控制原理圖一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)要能很好地完成 任務(wù)，首先必須工作穩(wěn)定，同時(shí)還必須滿(mǎn)足調(diào)節(jié)過(guò)程的質(zhì)量指標(biāo)要求。在很多情況下，并不一定需要全部三個(gè)單元，可以取其中的一到兩個(gè)單元，但比例控制單元是必不可少的。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) （51）式中積分的上下限分別是0和t。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?！　∵@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)。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測(cè)量、比較和執(zhí)行。設(shè)計(jì)報(bào)警電路，執(zhí)行電路，顯示電路等，整合起來(lái)完成本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。由振動(dòng)傳感器采集的磨床振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波、整流得到的可以直接放映砂輪的振動(dòng)情況的波形，所得振動(dòng)信號(hào)送入后續(xù)的ADC0809轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字電路處理、分析，用以決定控制策略。 HD7279A的指令的結(jié)構(gòu)類(lèi)型：不帶數(shù)據(jù)的純指令、指令寬度為8個(gè)BIT，即微處理器的8個(gè)CLK脈沖，執(zhí)行此命令時(shí)，HD7279A的DATA端在第7個(gè)CLK脈沖上升沿變?yōu)檩敵鰻顟B(tài)，并與第8個(gè)脈沖的下降沿回復(fù)為輸入狀態(tài)，并等待接收下一個(gè)指令。 HD7279A采用串行方式與微處理器通訊，串行數(shù)據(jù)從DATA引腳送入芯片，并由CLK端同步。 （1）定義變量、堆棧，初始化I/O； （2）向HD7279A發(fā)復(fù)位指令； （3）SETBEA；打開(kāi)中斷總開(kāi)關(guān)； （4）SETBEX0；啟動(dòng)外部中斷INT0； （5）不斷循環(huán)，等待中斷信號(hào)。由于引腳KEY平時(shí)為高電平，當(dāng)有有效按鍵按下時(shí)會(huì)變?yōu)榈碗娖?，采用中斷的方式時(shí)應(yīng)設(shè)為下降沿觸發(fā)中斷，在中斷程序中，讀取鍵盤(pán)的值，根據(jù)鍵值對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制。表45 HD7279A功能引腳引腳 名稱(chēng) 說(shuō)明 1，2 VDD 電源端，電壓典型值為5V，～ 3，5 NC 空腳，必須懸空 4 VSS 接地 6 CS 片選信號(hào)端，低電平時(shí)可向電路發(fā)送指令及讀取鍵盤(pán)數(shù)據(jù) 7 CLK 同步時(shí)鐘輸入端，上升沿有效 8 DATA 串行數(shù)據(jù)輸入輸出端，接收指令時(shí)為輸入，讀取鍵盤(pán)數(shù)據(jù)時(shí)為輸出 9 KEY 按鍵有效輸出端，平時(shí)為高，當(dāng)有有效按鍵時(shí)，變?yōu)榈碗娖?10～16 SG～SA 段g～段a驅(qū)動(dòng)輸出端 17 DP 小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出端 18～25 DG0～DG7 數(shù)字0～數(shù)字7驅(qū)動(dòng)輸出端 26 CLKO 振蕩輸出端 27 RC RC振蕩器連接端 28 RESET 復(fù)位端，低電平有效 HD7279A的典型應(yīng)用硬件連接如圖所示，采用80C51單片機(jī)對(duì)HD7279A進(jìn)行控制，所用時(shí)鐘頻率為12MHz。其內(nèi)部含有譯碼器，有兩種譯碼方式，可直接接受16進(jìn)制碼。 顯示電路 HD7279A芯片在單片機(jī)系統(tǒng)中，輸入/輸出常常是1項(xiàng)重要的組成部分，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為繁瑣。勵(lì)磁控制法控制磁通，其控制功率雖然較小，但低速時(shí)受到磁極飽和的限制，高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制；而且由于勵(lì)磁線圈感應(yīng)較大，動(dòng)態(tài)相應(yīng)較差。3.2.1.機(jī)組由直流伺服電動(dòng)機(jī)與同軸連接的測(cè)速發(fā)電機(jī)組合而成，能提供額定輸出功率及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速的測(cè)速電壓，有良好的特性線性度，小的電壓紋波系數(shù)。（型號(hào)說(shuō)明：90為機(jī)座號(hào)，機(jī)殼外經(jīng)為90mm，SY為系列號(hào)，80為規(guī)格號(hào)代碼，170代表額定功率）它的優(yōu)點(diǎn)是采用永久磁鐵激磁，具有線性調(diào)節(jié)特性、能正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行，對(duì)控制信號(hào)能作出快速響應(yīng)，適用于自動(dòng)控制系統(tǒng)作執(zhí)行元件，并可用作 驅(qū)動(dòng)元件。其功能模塊如表43所示。當(dāng)為低電平時(shí)，輸入電平對(duì)電機(jī)起控制作用。單通道時(shí)配置如下：VSS9 為5V芯片電源，VS4 為電機(jī)供電電源，in1~4 為電機(jī)正反轉(zhuǎn)電平輸入端，OUT1~4 為電機(jī)接線端，gnd8 為接地，1和15端口 可直接接地 。調(diào)速說(shuō)明如下：通過(guò)控制使能端使L298N處于工作和不工作狀態(tài)，VSS9引腳為芯片供電，VS4引腳為電機(jī)供電，ENA6引腳為通道1使能端，利用單片機(jī)CCP模塊等產(chǎn)生一定頻率的脈沖作用于ENA，根據(jù)脈沖占空比不同就可以得到不同的輸出電壓，從而達(dá)到調(diào)速目的。圖412 報(bào)警電路電路工作時(shí)，單片機(jī)給它一個(gè)低電壓通過(guò)三極管截止，不發(fā)出報(bào)警信號(hào)；當(dāng)給它一個(gè)高電壓通過(guò)三極管導(dǎo)通，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。fi經(jīng)過(guò)比較器后，輸出的波形fc其高電平為+12V，低電平為0V。R2和C組成一階低通濾波電路，其截止頻率2128/s。圖411 光電信號(hào)處理電路上圖電路中，R1=R2==R3=R4=10,C=510nF。通過(guò)調(diào)節(jié)Rw可以調(diào)節(jié)光電頭和轉(zhuǎn)子的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。上述轉(zhuǎn)子的亮暗處，由貼光標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子比較光亮則貼黑標(biāo)簽；轉(zhuǎn)子放光效果不好，則貼亮標(biāo)簽。3DU是紅外接收三極管，當(dāng)LED1發(fā)光射到轉(zhuǎn)子亮處，發(fā)射光打到3DU時(shí)，3DU有電流導(dǎo)通，在R2產(chǎn)生電壓降，VaVb則Vf為高電平。脈沖式光電傳感器的作用方式是光電原理的輸出穩(wěn)定的狀態(tài)，是“通”和“斷”的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。 初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平。因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ， VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。D7－D0為數(shù)字量輸出線。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。表42 ADC0809地址通道選擇表CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7數(shù)字量輸出及控制線：11條 ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。地址輸入和控制線：4條 ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) ADC0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)