【正文】 量的確定，僅與最近次的采樣值有關(guān)，所以較容易通過加權(quán)處理而獲得比較好的控制效果。此外，當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，由于輸出通道或執(zhí)行裝置具有信號的鎖存作用，故能仍然保持原值。1）由于計(jì)算機(jī)輸出增量，因此誤動(dòng)作時(shí)影響小，必要時(shí)可用邏輯判斷的方法去掉。、就整個(gè)系統(tǒng)而言，位置型與增量型控制算法并無本質(zhì)區(qū)別，或者仍然全部由計(jì)算機(jī)承擔(dān)其計(jì)算，或者一部分由其他部件去完成。采用增量式算法時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出的控制增量對應(yīng)的是本次執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置（例如閥門開度）的增量。可以將式（）進(jìn)一步改寫為 （）式中 它們都是與采樣周期、比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)有關(guān)的系數(shù)。根據(jù)遞推原理可得 （）用式（）減式（），可得 （）式中。2）數(shù)字PID增量型控制算法。而且，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的對應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，的大幅度變化，會引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化，這種情況往往是生產(chǎn)實(shí)踐中不允許的，在某些場合，還可能造成重大的生產(chǎn)事故，因而產(chǎn)生了增量型PID控制的控制算法。圖49給出了位置式PID控制算法的程序框圖。由于計(jì)算機(jī)輸出的直接去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如閥門），的值和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置（如閥門開度）是一一對應(yīng)的，所以通常稱式（）或式（）為位置式PID控制算法。由式（）可得離散的PID表達(dá)式為 （）或 （）式中：為采樣序號，；為第次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值；為第次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；為第次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；為積分系數(shù)，；為微分系數(shù)。顯然，上述離散化過程中，采樣周期必須足夠短，才能保證有足夠的精度。由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，積分和微分項(xiàng)不能直接使用，需要進(jìn)行離散化處理。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時(shí)，用求和代替積分、用后向差分代替微分，使模擬PID離散化變?yōu)椴罘址匠獭?4)數(shù)字PID增量型控制算法。（3）微分環(huán)節(jié)。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。（2）積分環(huán)節(jié)。比例控制能迅速反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。(5)鍵盤抖動(dòng)處理消除按鍵抖動(dòng)是按鍵操作中必須完成的工作，如果通過加延時(shí)的方式在系統(tǒng)運(yùn)行程序中對按鍵抖動(dòng)進(jìn)行處理的話，必然會影響系統(tǒng)中其他程序的響應(yīng)速度，在本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，采用狀態(tài)圖的方式對其進(jìn)行處理，在按鍵的程序內(nèi)部加入局部靜態(tài)變量來指示程序的內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)，按鍵消除抖動(dòng)的處理流程圖如下圖所示； 鍵操作消抖流程圖簡單來說，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下。(3)執(zhí)行子程序：根據(jù)識別結(jié)果，執(zhí)行相應(yīng)子程序。無論鍵盤采用哪種組織形式及讀鍵方式，其主要的操作步驟如下：(1)讀鍵：判斷是否有鍵按下。鍵盤是由若干按鍵組成的最簡單輸入設(shè)備，操作人員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)通信。；維護(hù)更新模塊是通過人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)的，顧名思義，其功能是完成系統(tǒng)的維護(hù)和知識庫的更新，除此之外，它還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自適應(yīng)能力和強(qiáng)制學(xué)習(xí)的功能。 無刷直流電機(jī)控制器工作流程圖管理模塊是實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)功能的中軸，分為主程序和中斷服務(wù)程序，它們之間沒有運(yùn)行的先后順序，并沒有強(qiáng)調(diào)同步與異步，管理模塊通過一系列的標(biāo)志位將系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊聯(lián)系起來，通過對各個(gè)標(biāo)志位的置位與清零實(shí)現(xiàn)對各個(gè)模塊的有效調(diào)度，以使各個(gè)功能模塊配合實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。結(jié)合本系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況，將定時(shí)器中斷設(shè)置為每2ms一次。若定時(shí)器中斷過于頻繁，那么，在同樣的時(shí)間里，微控制器要比正常情況下多處理很多的信息，會影響微控制器的利用效率。}(3)初始化定時(shí)中斷地市中斷可以為控制系統(tǒng)提供精確的時(shí)間參數(shù)，本設(shè)計(jì)中正是利用了其這一特點(diǎn)。PORTG=0X00。PORTF=0X00。PORTE=0X00。PORTD=0X00。PORTC=0X00。PORTB=0X00。Void port_init (){PORTA=0X00。(2)I/O的初始化I/O初始化中，對ATmega128的各I/O端口進(jìn)行初始化，統(tǒng)一將I/O端口設(shè)置缺省狀態(tài)。通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試，ATmega128芯片系統(tǒng)時(shí)鐘在8MHz時(shí)運(yùn)行效率高且穩(wěn)定性好。同時(shí)完成各個(gè)模塊知識庫參數(shù)的初始化以及系統(tǒng)各個(gè)模塊完成功能的初始化。主要功能是提高系統(tǒng)的自適應(yīng)能力以及自學(xué)習(xí)能力。管理程序是各個(gè)子程序協(xié)調(diào)運(yùn)行核心管理，在整個(gè)調(diào)度的過程中均有消息觸發(fā)。初始化主模塊中含有微控制器芯片的內(nèi)部硬件初始化、過程關(guān)系和知識庫的初始化。 模塊結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)的內(nèi)部，知識庫會通過分析輸出量的評測結(jié)果及反饋值信息，對其內(nèi)容進(jìn)行更新，設(shè)計(jì)中，也可以通過鍵盤對各個(gè)參數(shù)進(jìn)行重新配置。這種修訂后的的參數(shù)和方法，能夠有效的提高模塊的適應(yīng)性，顯示其動(dòng)態(tài)開放特性。在這一過程中，知識庫作用于過程的參數(shù)或方法是固定的，顯示其靜態(tài)開放特性。過程的運(yùn)行受控于知識庫的作用，接收來自于知識庫的參數(shù)及方法。內(nèi)部和外部元素之間相輔相成，構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。這樣的編程方法從硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件代碼的編寫兩大方面都大大降低了難度，縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期?？v觀這四種編程方法的優(yōu)缺點(diǎn)，依據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)采用一種結(jié)合模塊化結(jié)構(gòu)化和面向智能體兩種方法相結(jié)合的新軟件編程方法。每個(gè)功能塊只執(zhí)行相對單一的功能，每個(gè)功能塊都具有單入口單出口的結(jié)構(gòu)，并且都可以進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)試。選擇合適的軟件設(shè)計(jì)方法決定了系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)是否合理，同時(shí)決定了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能是否穩(wěn)定可靠。而在上下基板間的電壓為一交流電壓時(shí)，液晶分子的螺旋結(jié)構(gòu)在電(磁)場的作用下，變成了同向排列結(jié)構(gòu)，對光線的方向沒有作任何旋轉(zhuǎn)，而上下偏振片的偏振角度相互垂直，這樣入射光線就無法通過另一端的偏振片射出，光線無法進(jìn)入觀察者的眼中，看到的效果就為黑色。液晶分子的排列為螺旋結(jié)構(gòu)，對光線具有旋旋旋光性，上下偏振片的偏振角度相互垂直。整個(gè)LCD Panel由上下玻璃基板和偏振片組成，在上下玻璃之間，按照螺旋結(jié)構(gòu)將液晶分子有規(guī)律的進(jìn)行涂層。人機(jī)界面主要包括事件輸入和結(jié)果指示，事件輸入包括鍵盤輸入，通訊接口，事件中斷等，結(jié)果指示包括LED/LCD顯示、通訊接口、外圍設(shè)備操作等。設(shè)計(jì)鍵盤的16個(gè)鍵分別為：0~9 數(shù)字鍵；電機(jī)開、關(guān)，啟動(dòng)鍵，停止鍵；退出鍵；確定鍵，以及功能鍵。SPl串行下載模式,在正常工作過程中PEN引腳沒有其他功能。PEN是SPl串行下載的使能引腳。使用ADC時(shí)應(yīng)該通過一個(gè)低通濾波器與Vcc連接。XTAL2:反向振蕩器放大器的輸出。低于此時(shí)間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。RESET:復(fù)位輸入引腳。在ATmegal 03兼容模式下，端口G只能作為外部存儲器的鎖存信號以及32kHz振蕩器的輸入,并且在復(fù)位時(shí)這些引腳初始化為PG0=PGl=1以及PG2=0。復(fù)位發(fā)生時(shí)端口G為三態(tài)。端口G(PG4~PG0):端口G為5位雙向I/O口,并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。端口F也可以作為J TAG接口。復(fù)位發(fā)生時(shí)端口F為三態(tài)。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動(dòng)特性,可以輸出和吸收大電流。端口E也可以用作其他不同的特殊功能。端口D也可以用作其他不同的特殊功能。在ATmegal03兼容模式下,端口C只能作為輸出,而且在復(fù)位發(fā)生時(shí)不是三態(tài)。端口C(PC7~PC0):端口C為8位雙向I/0口,復(fù)位發(fā)生時(shí)端口C為三態(tài)。端口B(PB7~PB0):端口B為8位雙向I/O口,復(fù)位發(fā)生時(shí)端口B為三態(tài)。復(fù)位發(fā)生時(shí)端口A為三態(tài)。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動(dòng)特性,可以輸出和吸收大電流。ATmega128各引腳功能如下：Vcc:數(shù)字電路的電源,GND:地。速度等級：0 8 MHz ATmega128L,0 16 MHz ATmega128。53個(gè)可編程I/O – 64引腳TQFP 與 64 引腳 MLF封裝。可以通過軟件進(jìn)行選擇的時(shí)鐘頻率。片內(nèi)/ 片外中斷源。上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測。8路10 位ADC,8 個(gè)單端通道,7 個(gè)差分通道,2 個(gè)具有可編程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道。兩路8 位PWM。兩個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16 位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器。其最小系統(tǒng)原理圖如下圖所示。ATmega128微控制器是的8位單片機(jī)，64管腳封裝。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體軟件結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。為保證自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，程序中必須對各個(gè)功能模塊進(jìn)行合理的調(diào)度，使各個(gè)功能模塊更加靈活高效地實(shí)現(xiàn)各自的控制功能。作為系統(tǒng)框架的硬件系統(tǒng)，如果沒有軟件，那么所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)就像沒有靈魂一樣，由此可見，軟件實(shí)現(xiàn)的好壞將對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)影響是至關(guān)重要的。相對垂直的范圍區(qū)間。由于采用換相控制方式，其定子繞組產(chǎn)生的是跳變的磁場，使得該磁場與轉(zhuǎn)子磁場的位置保持在60176。在此期間相電流方向保持不變。電角度換相一次，每只功率管持續(xù)導(dǎo)通 120176。由于兩兩導(dǎo)通方式提供了更大的電磁轉(zhuǎn)矩而被廣泛采用。由V1～V6六只功率管構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)全橋可以控制繞組的通電狀態(tài)。解決辦法是把單獨(dú)挑出來，其他值依然按照式（）遞推計(jì)算 （）最后，由式（）可推導(dǎo)出步進(jìn)電機(jī)從速度為0加速到s，以及速度從s減速到0所要走的步數(shù)為 （）在本例中，加速過程的加速度和加速過程的減速度都為1000，給定時(shí)器提供的時(shí)鐘源頻率為50MHz，根據(jù)式（）和式（）可以計(jì)算出和的值，根據(jù)式（）就可以導(dǎo)出的值。n確切的近似的近似值誤差123456101001000，除外，其他比值的誤差都很小。如果減速過程中要跑m步，則有 （） 加速過程 減速過程 現(xiàn)在根據(jù)式（）和式（）分別列出相鄰的兩步c值之比的確切值與近似值?？梢酝茢唷５剑ǎ┬枰_平方，它不適合沒有浮點(diǎn)運(yùn)算功能的處理器，下面再加以變換。如果為加速狀態(tài)，則，；如果為減速狀態(tài)，則。 用定時(shí)器控制時(shí)間 ，電機(jī)某一步的持續(xù)時(shí)間（即定時(shí)器的延時(shí)時(shí)間）為 （）式中：為第n步時(shí)定時(shí)器的計(jì)數(shù)值；f為給定時(shí)器提供的時(shí)鐘源頻率。步進(jìn)電機(jī)先以加速度加速，然后以加速度減速到停止，之間沒有勻速過程。 加減速運(yùn)行曲線（a）勻加減速曲線；（b）S形加減速曲線加減速實(shí)時(shí)算法的核心是使用定時(shí)中斷，當(dāng)定時(shí)器發(fā)生超時(shí)中斷時(shí)，中斷服務(wù)程序推動(dòng)電機(jī)走下一步，然后計(jì)算出下一步將要維持的時(shí)間，并以之設(shè)置定時(shí)器下一次的中斷時(shí)間。為了滿足加減速要求，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行通常按照根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)得到的加減速曲線進(jìn)行。如果啟動(dòng)頻率超過極限啟動(dòng)頻率，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)會產(chǎn)生失步，不能正常啟動(dòng)；如果突然停止，會由于慣性發(fā)生過沖，造成位置精度降低；升降速過于緩慢，則會影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作效率。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)需要因電機(jī)而異。如果它的值太大，則可以較快地到達(dá)目的位置，但有可能產(chǎn)生振蕩。當(dāng)快要到達(dá)指定的停止位置時(shí)，再以恒定的加速度減速，在停止位置處停住。軟件脈沖分配方式的調(diào)速，可以通過采用延時(shí)或定時(shí)程序調(diào)整兩個(gè)控制字之間的時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)；硬件脈沖分配方式的調(diào)速，可以通過控制步進(jìn)脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)。控制脈沖的頻率決定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于反轉(zhuǎn)的狀態(tài)，三個(gè)霍爾傳感器感應(yīng)出來的值正好次序相反。電機(jī)在旋轉(zhuǎn)之前首先完成轉(zhuǎn)子定位工作，然后再根據(jù)霍爾傳感器反饋回的轉(zhuǎn)子位置信息給出下一步的控制信息。實(shí)際應(yīng)用較多的分段同步控制方式綜合了同步控制和異步控制的優(yōu)點(diǎn)：在低頻段使用異步控制方式，而在其它頻率段使用同步控制方式。雖然不存在同步控制方式所產(chǎn)生的低頻諧波分量大的缺點(diǎn)，但是可能會造成逆變器輸出的正半波與負(fù)半波、三相波之間不嚴(yán)格對稱的現(xiàn)象，引起電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)。（2）異步控制方式。相差的對稱關(guān)系。使調(diào)制波頻率與載波頻率的比值等于常數(shù)，即在逆變器輸出電壓的每個(gè)周期內(nèi)，所使用的三角波數(shù)目不變，因此產(chǎn)生的SPWM波的脈沖數(shù)是一定的。載波與調(diào)制波的頻率調(diào)整有以下三種形式。載波頻率的提高，受逆變開關(guān)管的最高開關(guān)頻率限制。一般說來，載波頻率應(yīng)大于調(diào)制波頻率10~20倍，載波頻率越高，諧波波幅越小，電流波形越平滑。（e）是線電壓的輸出波形，同理也可以得到。下臂開關(guān)管產(chǎn)生負(fù)脈沖。每一條正弦波與等腰三角形載波的交點(diǎn)決定了同一橋臂（同相）逆變開關(guān)管的開通與關(guān)斷的時(shí)間。（a）表示了三相調(diào)制波與等腰三角形載波的關(guān)系，三相調(diào)制波由頻率和幅值都一樣，但相位上相差120176。（2）雙極性控制。每半個(gè)周期內(nèi)，在逆變橋的同一橋臂的上下兩個(gè)逆變開關(guān)管中，只有一個(gè)逆變開關(guān)管按圖24的規(guī)律反復(fù)通斷，而另一個(gè)逆變開關(guān)管始終關(guān)斷；在另半個(gè)周期內(nèi)，兩個(gè)逆變開關(guān)管的工作狀態(tài)正好相反。 SPWM波形 SPWM波生成方法三相逆變開關(guān)管生成SPWM波的控制方式有單極性控制和雙極性控制兩種。等腰三角形波稱為載波，而正弦波則稱為調(diào)制波。由于諧波成分大大減少，驅(qū)動(dòng)效果可以達(dá)到基本滿意的水平。然而，矩形波含有許多高次諧波成分，將產(chǎn)生使交流異步電動(dòng)機(jī)發(fā)熱、力矩下降、振動(dòng)噪聲等不良后果。實(shí)際上，因?yàn)闊o法控制的大小，通常是忽略在阻抗上產(chǎn)生的壓降，用調(diào)節(jié)電源電壓來近似地代替調(diào)節(jié)，使其跟隨頻率的變化，保持磁通量近似恒定，即 （）這就是為什么在變頻的同時(shí)也要變壓，即VVVF。通常在設(shè)計(jì)時(shí)已使電動(dòng)機(jī)的磁通容量達(dá)到最大容量，因此磁通量再增加將產(chǎn)生磁飽和，引起電流波形畸變，削弱電磁力矩，影響機(jī)械特性。此時(shí)如果外負(fù)載不變，則不變，將增加，也就是使磁通量增加。交流異