【正文】 下一時刻做準(zhǔn)備采集時間到否?否？NY離散計算初始化 增量式PID 算法流程圖 SPI控制74HC595驅(qū)動數(shù)碼管。對增量式PID算法式（）歸并后，得： （） （） （） （）其中，式（）已經(jīng)看不出是PID的表達式了，也看不出P、I、D作用的直接關(guān)心，只表示了各次誤差量對控制作用的影響。PID控制器+_直流電機 增量式PID控制算法示意圖考慮式（），用矩形積分時，有： （）用查分代替微分： （）將式（）、式（）代入式式（），PID算法變?yōu)? （）= （）兩式相減，得出控制量的增量算法得： （）式（）成為增量式PID算法。增量式PID控制算法：因為對電機速度的控制，執(zhí)行機構(gòu)需要的不是控制量的絕對值，而是控制量的增量，所以對于電機的控制，采用增量式PID控制算法，而不采用位置式PID控制算法。在數(shù)字計算機中，PID控制規(guī)律的實現(xiàn)，也必須采用數(shù)值逼近的方法。計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)大多數(shù)是采用采樣—數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)。應(yīng)用PID控制，必須適當(dāng)?shù)恼{(diào)整比例放大系數(shù)，積分時間和微分時間，使整個控制系統(tǒng)得到良好的性能。積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩。積分控制的作用是：只要系統(tǒng)有誤差存在，積分控制器就不斷的累加，輸出控制量，以消除誤差。但是，比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。比例（P）控制器：= （）比例+積分（PI）控制器：4= （） 比例+積分+微分（PID）控制器： = （）式中：為比例放大系數(shù)；為積分時間；為微分時間。、積分、微分的線性組合，構(gòu)成控制量，稱為比例（Proportional）積分（Integrating）微分（Differentiation）控制，簡稱PID控制。在PID控制系統(tǒng)中，完成PID控制規(guī)律，成為PID控制器。連續(xù)—。比例（P）控制：是一種簡單的控制方式。為了解決這個矛盾，可以根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計要求和實際情況，在控制系統(tǒng)中插入“校正網(wǎng)絡(luò)”，即：PID控制，矛盾就可以得到很好的解決。反之，只考慮過程的穩(wěn)定性，又無法滿足精度要求。很明顯，自動控制系統(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)時間短，超調(diào)量小、擺動次數(shù)少。兩個定時器初始化定時1s到對方波的下降沿進行捕捉七段數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)速將1s內(nèi)的方波數(shù)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速方波數(shù)寄存器數(shù)清零中斷標(biāo)志位清零開 始返 回 測速軟件流程圖 數(shù)字PID算法介紹 數(shù)字PID簡介一個自動控制系統(tǒng)要能很好的完成任務(wù)，首先必須工作穩(wěn)定，同時還必須滿足過程的質(zhì)量指標(biāo)要求。程序開始時，單片機對32位定時器1進行初始化，然后開始對方波進行計數(shù)和把轉(zhuǎn)速傳遞給七段數(shù)碼管進行顯示。在顯示頻率時，將A/D采集到的0～1024之間數(shù)據(jù)，歸一化到0～9999之間的頻率數(shù)據(jù)，表達式為：；在顯示占空比時，將A/D采集到的0～1024之間數(shù)據(jù)，歸一化到0～7000之間的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，表達式：。歸一化原理：以歸一化的方法將有量綱的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成無量綱的數(shù)據(jù)表達。 74HC595管腳功能表：引腳編號管腳名管腳定義功能15QA～QH三態(tài)輸出管腳8GND電源地9SQH串行數(shù)據(jù)輸出管腳10SCLR移位寄存器清零端11SCK數(shù)據(jù)輸入時鐘線12RCK輸出存儲器所存時鐘線13OE輸出使能14SI數(shù)據(jù)線15VCC電源端4 調(diào)速控制系統(tǒng)的實現(xiàn) PWM信號軟件設(shè)計 PWM信號的設(shè)計流程。b) 共陰極四位七段數(shù)碼管 四位共陰極七段LDE顯示器。 a) 共陽極管 b) 腳配置示意圖 共陽極七段LDE顯示器 通常的七段LED顯示器中只有八個發(fā)光二極管，故也有人叫做八段顯示器。81391112141016MOSI/CSSPICLKMOSOGNDQAVCCSIRCSCLRKSCKSQHOEGNDSCLRQBQCQDQEQFQGQHbaacadeafagaGNDGNDdp七段數(shù)碼管74HC59 SPI控制74HC595驅(qū)動七段數(shù)碼管示意圖 七段數(shù)碼管介紹a) 共陽極七段數(shù)碼管共陽極七段數(shù)碼管，它的發(fā)光二極管陽極并接。數(shù)據(jù)傳輸原則上為全雙工方式，4位到16位數(shù)據(jù)幀由主機發(fā)送到從機或由從機發(fā)送到主機。在一條總線上可以有多個主機或從機。由人眼的視覺特性，每一位LED在一秒內(nèi)點亮次數(shù)不小于30次，其效果和一直點亮相差不多。如此輪流，使每位顯示該位應(yīng)顯示的字符，并保持延時一段時間，以造成視覺暫留效果。要想每位顯示不同的字符，必須采用動態(tài)掃描顯示方式，即在每一瞬加只使某一位顯示相同的字符。其中一個是控制段選碼，另一個是控制位選。靜態(tài)顯示時，需要8N根I/O控制，占用I/O資源比較多；動態(tài)顯示，可以簡化電路、降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制，而共陰極分別由相應(yīng)的I/O口線控制。 七段數(shù)碼管接線方式 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用LED顯示器構(gòu)成N位LED顯示。 測速硬件調(diào)試 光電編碼器測速實物圖 示波器測得的光電編碼器的信號 單片機測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過對比示波器測得的方波信號的頻率和數(shù)碼管顯示的頻率基本一致。兩條信號線中的信號相位相差90度，可以利用相位差判斷盤片是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。表達式為：。盤片至于發(fā)射管和接收管之間，碼盤在旋轉(zhuǎn)的過程中，光路就有會被盤片上的縫隙一會阻斷一會導(dǎo)通，光電開關(guān)的信號輸出就是一個個的脈沖。若在調(diào)制盤上開有個缺口，設(shè)轉(zhuǎn)速為，轉(zhuǎn)速表達式： ()表達式中：為測量計數(shù)時間，為時間內(nèi)單片機捕獲的脈沖數(shù)。在被測電動機軸上固定一個調(diào)制盤，當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時，紅外線被調(diào)制盤分隔成n個紅外光脈沖，紅外線射到光敏器件上一次，則光敏器件就會產(chǎn)生一個電信號脈沖，所以n個紅外脈沖信號被轉(zhuǎn)換成n個電脈沖信號，經(jīng)過放大整形電路，輸出一系列方波脈沖，經(jīng)單片機測出電機的轉(zhuǎn)速。在本設(shè)計中采用脈沖式光電編碼器。所謂模擬式，是指光敏器件的光電流的大小隨光通量的大小而變，為光通量的函數(shù)。 TIP127和TIP122電氣特性符號參數(shù)測試條件最小值最大值單位集電極截止電流 VmA集電極截止電流VmA發(fā)射極關(guān)斷電流2mA集電極—發(fā)射極飽和電壓A mAA mA24VV基極—發(fā)射極電壓A VV直流增益A VA V10001000注：對于PNP類型的TIP127幅值為負TIP122和TIP127的電氣特征曲線圖： NPN PNP NPN PNP 光電編碼器測速 光電編碼器介紹由于光電傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、體積小、價格便宜、響應(yīng)快、性能穩(wěn)定及具有很高的靈敏度等優(yōu)點，因此在檢測和自動空控制等領(lǐng)域中應(yīng)用很廣。 S9014的電氣特性參數(shù)符號測試條件最小值最大值符號集電極基極擊穿電壓，50集電極發(fā)射極擊穿電壓 ，45發(fā)射極基極擊穿電壓，5bc間的穿透電流 , ce間的穿透電流, 直流增益 , 601000集電極發(fā)射極飽和電壓，基極發(fā)射極飽和電壓，1三極管的特征頻率,150。 通用板制作的H橋驅(qū)動電路 產(chǎn)生PWM信號的硬件電路a) 開關(guān):使產(chǎn)生上升沿中斷用來控制flag的狀態(tài)；b) 電位器：，產(chǎn)生0～；c) 消抖電路：使開關(guān)能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的上升沿中斷；開關(guān)、電位器、。H橋電機驅(qū)動仿真圖：。H橋的上峭壁是由PNP型的MOS管構(gòu)成，MOS管的型號為TIP127，該管基極在高電平時截止，低電平時導(dǎo)通；H橋的下峭壁是由NPN型的MOS管構(gòu)成，MOS管的型號為TIP122，該管基極在高電平時導(dǎo)通，低電平時截止。 H橋驅(qū)動電路的設(shè)計 H橋的Proteus仿真仿真和硬件電路調(diào)試a) 在仿真過程中，由于PWM是由單片機產(chǎn)生的，但因M0是最新的16位單片機，仿真軟件proteus中沒有M0，因此用激勵源來代替PWM信號。是直流電機直接通電時的速度(全速)，只跟電機本身的特性相關(guān)，電機一定時，為一個定值。當(dāng)電機通電時速度增加,電機斷電時速度減小。用脈寬調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。改變脈沖的占空比就是對脈沖寬度進行調(diào)制，因為輸入電壓和所需要的輸出電壓都是直流電壓，因此脈沖既是等幅的，也是等寬的，僅僅是對脈沖的占空比進行控制。PWM調(diào)速原理:PWM控制是對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術(shù)，即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)解，來有效的獲得所需要的波形。H橋電路中的4個功率MOSFET分別采用N溝道型和P溝道型，而P溝道功率MOSFET一般不用于下橋臂驅(qū)動電機，這樣就有兩種可行方案：一種是上下橋臂分別用2個P溝道功率MOSFET和2個N溝道功率MOSFET；另一種是上下橋臂均用N 溝道功率MOSFET。M++__Q1Q2Q3Q4 H橋驅(qū)動電路逆時針轉(zhuǎn)動在直流電機控制中常用H橋電路作為驅(qū)動器的功率驅(qū)動電路。M++__Q1Q2Q3Q4 H橋驅(qū)動電路順時針轉(zhuǎn)動，電流從右至左流過電機。MS1S3S2S4GNDVCC H橋功率驅(qū)動原理，當(dāng)Q1與Q4導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng)Q4回到電源負極。當(dāng)電機正常運行時，驅(qū)動電流通過主開關(guān)管流過電機。為了避免直通短路且保證各個開關(guān)管動作的協(xié)同性和同步性，兩組控制信號理論上要求互為倒相，而實際必須相差一個足夠長的死區(qū)時間，這個校正過程既可通過硬件實現(xiàn)，即在上下橋臂的兩組控制信號之間增加延時，也可通過軟件實現(xiàn)。實際控制中，需要不斷地使電機在四個象限之間切換，即在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間切換，也就是在SS2導(dǎo)通且SS4關(guān)斷到SS2關(guān)斷且SS4導(dǎo)通這兩種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換。SS2為一組，SS4為一組，這兩組狀態(tài)互補，當(dāng)一組導(dǎo)通時，另一組必須關(guān)斷。 H橋驅(qū)動原理直流電機驅(qū)動使用最廣泛的就是H型全橋式電路，這種驅(qū)動電路方便地實現(xiàn)直流電機的四象限運行，分別對應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動。f) 可靠性。e) 對控制輸入端的影響。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通。b) H橋的輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅(qū)動多大功率的電機。目前在直流電動機的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。c) 定頻調(diào)寬法：使周期T保持不變，而同時改變和。 PWM的調(diào)制方法PWM有三種調(diào)制方法：a) 定寬調(diào)頻法：保持不變，只改變，這樣使周期T也隨著而改變。因此采用N溝道和P溝道增強型場效應(yīng)管構(gòu)建H橋，實現(xiàn)大功率直流電機驅(qū)動控制。為適應(yīng)小型直流電機的使用需求，各半導(dǎo)體廠商推出了直流電機控制專用集成電路，構(gòu)成基于微處理器控制的直流電機伺服系統(tǒng)。 驅(qū)動電路介紹長期以來，直流電機以其良好的線性特性、優(yōu)異的控制性能等特點成為大多數(shù)變速運動控制和閉環(huán)位置伺服控制系統(tǒng)的最佳選擇。 直流電動機三種調(diào)速方法比較調(diào)速指標(biāo)調(diào)節(jié)電源電壓電樞串聯(lián)電阻減弱勵磁調(diào)速方向從向下調(diào)速從向下調(diào)速從向上調(diào)速在一般靜差率要求下的調(diào)速范圍4～82～3～2調(diào)速平滑性好差差調(diào)速相對穩(wěn)定性好差較好容許輸出橫轉(zhuǎn)矩橫轉(zhuǎn)矩恒功率電能損耗較小大小設(shè)備投資多少少較少：改變電樞回路的串聯(lián)電阻這種調(diào)速方法只能進行有級調(diào)速，平滑性差、機械特性軟、效率低，這種方法缺點很多，所以目前很少采用；改變磁通φ進行調(diào)速，只能減弱磁通，使電動機從額定轉(zhuǎn)速向上變速，屬恒功率調(diào)速方法，動態(tài)響應(yīng)較慢，雖能無級平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍小，這種方法往往與高壓調(diào)速配合使用；調(diào)節(jié)電樞電壓，這種方法屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，動態(tài)響應(yīng)快，適用于要求大范圍無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)目前，大多數(shù)氣動調(diào)速系統(tǒng)都使用電樞控制法。 直流電機基本方程直流電機的幾個基本方程式，即電磁轉(zhuǎn)矩： ()電機電路電動勢平衡方程：