計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告(參考版)
2025-05-17 03:24本頁(yè)面
【正文】 通過(guò)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。完成了硬件電路的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，軟件方面利用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，增強(qiáng)了程序的可移植性和靈活性并且保證了程序的準(zhǔn)確性。六、總結(jié)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(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。不加入D的話，當(dāng)系統(tǒng)較大慣性或滯后的被控對(duì)象，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)近似等幅振蕩，無(wú)法進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。 系統(tǒng)加入D和不加入D的不同之處?！氨壤表?xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。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(guò)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(wú)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）?！ ”壤≒）控制 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。系統(tǒng)出現(xiàn)靜差，靜差=1 比較控制算法分別采用P、PI、PD、PID，控制效果的不同之處。Kp=，ki=，kd=。V=60r/s, kp=，ki=。（2）【PI結(jié)構(gòu)】系統(tǒng)超調(diào)基本消除，但存在靜差，因此需要加入積分環(huán)節(jié)。 通過(guò)波形圖說(shuō)明PID算法參數(shù)整定規(guī)程（1）【P結(jié)構(gòu)】V=60r/s,kp=,靜差=2，超調(diào)=5 v=60r/s kp=。五、設(shè)計(jì)要求，為什么？ 選用PI結(jié)構(gòu)，因?yàn)镻I結(jié)構(gòu)綜合了P調(diào)節(jié)器和I調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)，能夠更好的減小超調(diào)、消除穩(wěn)態(tài)誤差。在設(shè)計(jì)中采用了光電傳感器做為測(cè)速裝置，其計(jì)算公式為： v= r/min從這里可以看出速度v的誤差主要是由圓盤邊緣上的凹槽數(shù)的多少?zèng)Q定的，為了減少系統(tǒng)誤差應(yīng)盡量提高凹槽的數(shù)量，在本次設(shè)計(jì)中取凹槽數(shù)N為120。其運(yùn)算公式為：因此要想實(shí)現(xiàn)PID控制在單片機(jī)就必須存在上述算法。例如當(dāng)電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，若知道一段時(shí)間t內(nèi)傳感器輸出的低脈沖數(shù)為n，則電機(jī)轉(zhuǎn)速v=r/s。本次設(shè)計(jì)中應(yīng)用了比較常見(jiàn)的光電測(cè)速方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其具體做法是將電機(jī)軸上固定一圓盤，（a）所示，在圓盤的一側(cè)固定一個(gè)發(fā)光二極管，其位置對(duì)準(zhǔn)凹槽處，在另一側(cè)和發(fā)光二極光平行的位置上固定一光敏三極管，如果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到凹槽處時(shí)，發(fā)光二極管通過(guò)縫隙將光照射到光敏三極管上，三極管導(dǎo)通，反之三極管截止，（b）所示。這樣單片機(jī)產(chǎn)生的PWM脈沖控制L298N的選通端[7]，使電機(jī)在PWM脈沖的控制下正常運(yùn)行，其中四個(gè)二極管對(duì)芯片起保護(hù)作用。IN1IN4輸入引腳為標(biāo)準(zhǔn)TTL 邏輯電平信號(hào)，用來(lái)控制H橋的開(kāi)與關(guān)即實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ENA、ENB引腳則為使能控制端，用來(lái)輸入PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。其中輸出腳（SENSEA和SENSEB?）用來(lái)連接電流檢測(cè)電阻，Vss接邏輯控制的電源。三、 單元電路設(shè)計(jì) 硬件資源分配。通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)，對(duì)速度進(jìn)行測(cè)量。 速度采集模塊設(shè)計(jì)方案采用對(duì)射式光電傳感器。 系統(tǒng)方案框圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)方案ULN2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。圖中控制器模塊為系統(tǒng)的核心部件，鍵盤和顯示器用來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，其中通過(guò)鍵盤將需要設(shè)置的參數(shù)和狀態(tài)輸入到單片機(jī)中，并且通過(guò)控制器顯示到顯示器上。根據(jù)PWM控制的基本原理可知，一段時(shí)間內(nèi)加在慣性負(fù)載兩端的PWM脈沖與相等時(shí)間內(nèi)沖量相等的直流電加在負(fù)載上的電壓等效，那么如果在短時(shí)間T內(nèi)脈沖寬度為,幅值為U，：，若令，即為占空比，則上式可化為：
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