【正文】 但是輸出則采用位置式的輸出形式，算法公式如下： y(n)=y(n1)+ δ y(n)=y(n1)+Kp*(δ e(n)+I*e(n)+D*δ e(n)^2)， 把δ e(n)=e(n)e(n1), δ e(n)^2=δ e(n)2*δ e(n1)+e(n2)代入上式，則： y(n)=y(n1)+Kp*[(e(n)e(n1))+I*e(n)+D*(e(n)2*e(n1)+e(n2))] 式中： e(n)=wu(n)。它與位置式 PID 相比，有以下優(yōu)點(diǎn)： 首先：位置式 PID 算法每次輸出與整個過去狀態(tài)有關(guān)，計算式中要用到過去誤差的累加值，因此容易產(chǎn)生較大的計算誤差，而增量式 PID 只需要計算增量，計算誤差當(dāng)精度不足時對控制量的計算影響較小。但是當(dāng) h15mm 時，峰鳴器必須響，發(fā)出報警聲，以提示使用者。根據(jù) 采樣定理可得 fs=2f,在此次設(shè)計中取 fs=4f=20HZ，即可得采樣周期為 T=,本設(shè)計采用晶振為 12HZ，采用定時器 0、模式 1，則計數(shù)的脈沖個數(shù)為： (50*1000)*12/foc=50000 個，故有： TH0=(6553650000)/256 TL0=(6553650000)%256 車身垂直加速度與振幅位移的變換思想： 由于壓電式加速度傳感器檢測的是車身的垂直振動加速度值，在程序的設(shè)計過程中必須將其轉(zhuǎn)化為車身振動的大小，即振幅的位移，其轉(zhuǎn)化過程如下： 假設(shè)路面對車身的輸入為 x=Asinω t V=dx/dt=Aω cosω t a= dV/dt=A(ω ^2)*sinω t x/a=1/(ω ^ 2)。其電路圖連接如圖 10所示： 圖 10 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 （ 5） 電路 原理圖 (見 附錄 ) （ 6）硬件電路的仿真：開啟 PC 機(jī)，在桌面上雙擊“ ” 進(jìn)入 Protel 界面，打開電路原理圖，然后選中菜單“ Project” →“ Compile Document” 進(jìn)行電氣檢查編譯，然后點(diǎn)擊軟件右下角的“ system” 菜單→“ Messages” 即可觀察仿真的結(jié)果，如果電氣連接正確 則 “ Messages” 里面的內(nèi)容為空（ 仿真結(jié)果 見附錄） 4 汽車懸架系統(tǒng)振幅控制器的系統(tǒng)軟件設(shè)計過程 任何一個應(yīng)用系統(tǒng)，它們 都有著自己的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)， 少了任何一個部分都不可能稱之為一個完整的應(yīng)用系統(tǒng)，它們之間是相互依存的一個整體，硬件系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)的一個基礎(chǔ)和前提，為軟件系統(tǒng)提供了一個操作平臺；而軟件系統(tǒng)是硬件系統(tǒng)的靈魂 ，它對硬件系統(tǒng)起到擴(kuò)充和完善的作用。 微機(jī)檢測系統(tǒng) 課程設(shè)計說明書 11 圖 8 時鐘電路 圖 9 復(fù)位電路 （ 3）報警電路圖： 本報警電路采用 PNP三極管作為驅(qū)動器件， 電阻 R2輸出端接到單片機(jī) 上，當(dāng)單片機(jī)檢測到車身振幅超過 15MM 時 , 輸出高電平，三極管導(dǎo)通，便可驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)出報警聲響。 ④電源信號及其它 :5 條 (4)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片 ULN2021,如下圖 7 所示 : IN1～ IN7 為信號輸入端，內(nèi) 部為開路 開路輸出達(dá)林頓驅(qū)動器 ，最高可驅(qū)動電壓 50V， GND 為接地端， COM 可以接電源或懸空。 OE=1 時 圖 6 ADC0809 引腳圖 可以輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 ③數(shù)字量輸出及控制線： 11 條 當(dāng) START=1 時，開始進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換期間 START=0。 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。 (3)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809：如下圖 6所示 。當(dāng)該信號為高電平時，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負(fù)跳變時，數(shù)據(jù)鎖存。 （ 2）地址鎖存器 74LS373：如下圖 5所示。 ④ ALE 腳：地址鎖存允許信號，用于鎖存單片機(jī)輸出的 低 ，高電平有效 ⑤ EA 腳：其功能為內(nèi)外程 序存儲器選擇控制端。 微機(jī)檢測系統(tǒng) 課程設(shè)計說明書 10 ②時鐘引腳 X1及 X2：用于接晶體振蕩器，此次設(shè)計用的晶振頻率為 12MHZ。其中 P0口可作為數(shù)據(jù)總線 和地址總線（低 8位）分時復(fù)用的端口， P2口可 圖 4 AT89C51 引腳圖 作為地址總線的 高 8位，即 P0 口和 P2口地起構(gòu) 函數(shù) 成 16 位地址總線，可供尋址的地址范圍是 ： 64KB。采用 40只引腳的雙列直插封裝方式 (見圖 4)，本次設(shè)計用到的各引腳的功能如下 : ① I/O 口引腳：共 4個，分別是 P0、 P P P3，均為 8 位口。由于對汽車懸架振幅控制系統(tǒng)的要求來看， 8位的 ADC0809 精度、分辨率及轉(zhuǎn)換時間已經(jīng)符合要求，故本次設(shè)計就選擇最常用的 ADC0809 控制芯片。 3． 1． 3 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇： A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇主要根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)以及控制系統(tǒng)的要求，性能指標(biāo)越高， A/D 所采集的數(shù)據(jù)越精度，但是價格也越高，所以應(yīng)根據(jù)具體情況具體分析。不需要增加 D/A 信號的轉(zhuǎn)換，使用比較方便。 3． 1． 2 電機(jī)的選擇： 微機(jī)檢測系統(tǒng) 課程設(shè)計說明書 9 現(xiàn)在市場上的電機(jī)型號多種多樣，但是總的來說可以分為直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)兩種， 電機(jī)作為一種微機(jī)控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件，無論是哪一種在特定的場合，特定的工作環(huán)境下， 要求不盡相同，各有其特點(diǎn)： 直流電機(jī)可以分為電壓驅(qū)動的和電流驅(qū)動的電機(jī)，只要控制輸出的電流或電壓的大小便可以方便地控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度，亦很容易實(shí)現(xiàn)其正反控制。 AT89C51：此單片機(jī)為 ATMEL 公司的 51系列單片機(jī)，除具有 MCS51 系列的基本功能外，增加了 4K的 flash 閃存，并且具有 6個中斷源和一個 UART 串口。以流程圖為設(shè)計思路，用相關(guān) 編程軟件進(jìn)行 圖 3 懸架系統(tǒng)設(shè)計總流程圖 程序的設(shè)計（如 Keil），通過反復(fù)的調(diào)試程序直至其正確。 （ 1） 在 系統(tǒng) 硬件部分中，通過分析，確定控制器所要求的各類芯片，包括單片機(jī)的型號， A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)）的選取等，細(xì)化各部件的設(shè)計過程，然后繪制電路草圖，確認(rèn)無誤后便可用計算機(jī)軟件 protel 繪制電路原理圖，最后通過電氣規(guī)則檢查來判斷電路設(shè)計的正確情況。 通過比較分析，本設(shè)計采取方案二，從處理器角度看， AT89C51 功能更加完善，亦不需要存儲器的擴(kuò)展，使用方便；從控制系統(tǒng)的要求來看，本次設(shè)計采用 8 位的 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器即可符合要求，如采用 12 位的 A/D，價格會比較昂貴，會增加控制器的開發(fā)成本；從執(zhí)行機(jī)構(gòu)的角度來看，步進(jìn)電機(jī)控制方便，精確度高，單片機(jī)輸出的控制信號通過驅(qū)動電路便可驅(qū)動電機(jī)，若采用直流電機(jī)還需要 增設(shè) D/A 芯片及其接口電路，減少了不必要的麻煩。 圖 2 懸架控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 2． 3 汽車懸架系統(tǒng)振幅控制器設(shè)計方案論證 （ 1）方案一：本方案采用單片機(jī) 8031 為微處理器，壓電式加速度傳感器， A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用 12 位的逐次逼近型 AD574，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用 電壓型輸出控制的 直流電機(jī)，單片機(jī)輸出的控制信號的處理采用 DAC0809 處理芯片。其最大的特點(diǎn)就是調(diào)節(jié)速度快，能夠快速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，減少系統(tǒng)的調(diào)整時間。并且比例環(huán)節(jié)存在靜差，無法消除； 在積分環(huán)節(jié)中，積分調(diào)節(jié)的作用在于偏差 存在 的情況下， 當(dāng)偏差消失后，積分調(diào)節(jié)不起作用，從而使系統(tǒng)信號的放大處理 壓電式加速度傳感器收集信息 將信號送至A/D 轉(zhuǎn)換器 ECU 處理器 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 調(diào)整步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速 控制懸架系統(tǒng)的阻尼器 圖 1 電控半主動懸架系統(tǒng)