【正文】 準(zhǔn)，將 DDC 的控制效果與模擬調(diào)節(jié)器的控制效果相比較。使用這種方法整定數(shù)字調(diào)節(jié)器參數(shù)的步驟是： ① 選擇一個足夠小的采樣周期，具體地說就是選擇采樣周期為被控對象純滯后時間的十分之一以下。下面介紹兩種常用的簡易工程整定法。這種方法最大優(yōu)點就是整定參數(shù)時不依賴對象的數(shù)學(xué)模型，簡單易行。用理論計算法設(shè)計調(diào)節(jié)器的前提是能獲得被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，這在工業(yè)過程中一般較難做到。顯然，要同時滿足上述各項要求是很困難的，必須根據(jù)具體過程的要求，滿足主要方面，并兼顧其它方面。 數(shù)字 PID 位置型示意圖和數(shù)字 PID 增量型示意圖分別如圖 和 所示： 圖 6 數(shù)字 PID 位置型控制示意圖 圖 7 數(shù)字 PID 增量型控制示意圖 數(shù)字 PID 參數(shù)整定方法 如何選擇控制算法的參數(shù)，要根據(jù)具體過程的要求來考慮。 由 （ ） 可看出，位置型控制算式不夠方便，這是因為要累加偏差 )(ie ,不僅要占用較多的存儲單元，而且不便于編寫程序，為此對式 （ ） 進(jìn)行改進(jìn)。 為將模擬 PID 控制規(guī)律按式 （ ） 離散化，我們把圖 中 )(tr 、 )(te 、)(tu 、 )(tc 在第 n 次 采樣的數(shù)據(jù)分別用 )(nr 、 )(ne 、 )(nu 、 )(nc 表 示，于是式 （ ） 變?yōu)? ： )(ne = )(nr － )(nc （ 11） 12 當(dāng)采樣周期 T 很小時 dt 可以用 T 近似代替， )(tde 可用 )1()( ?? nene 近似代替，“積分”用“求和”近似代替，即可作如下近似 T nenedt tde )1()()( ??? （ 12） ? ???t niTiedtte01)()( （ 13） 這樣，式 （ ） 便可離散化以下差分方程 01 })]1()([)()({)( uneneTTneTTneKnuniDIP?????? ?? （ 14） 上式中 0u 是偏差為零時的初值 ,上式中的第一項起比例控制作用 ,稱為比例 （ P）項 )(nuP ,即 )()( neKnu Pp ? （ 15） 第二項起積分控制作用 ,稱為積分 （ I） 項 )(nuI 即 ??? niIPIieTTKnu1)()( （ 16） 第三項起微分控制作用 ,稱為微分 （ D） 項 )(nuD 即 )]1()([)( ??? neneTTKnu DPD （ 17） 這三種作用可單獨使用 (微分作用一般不單獨使用 )或合并使用 ,常用的組合有 : P 控制 : 0)()( ununu P ?? （ 18） PI 控制 : 0)()()( unununu IP ??? （ 19） PD 控制 : 0)()()( unununu DP ??? （ 20） PID 控制 : 0)()()()( ununununu DIP ???? （ 21） 式 （ ） 的輸出量 )(nu 為全量輸出 ,它對于被控對象的執(zhí)行機構(gòu)每次采樣時刻應(yīng)達(dá)到的位置 。因此，系統(tǒng)中數(shù)字控制的設(shè)計，實際上是計算機算法的設(shè)計。 由式 可得，模擬 PID 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 )11()( )()( STSTKSE SUSD DIP ???? （ 10） 由于本設(shè)計主要采用數(shù)字 PID 算法，所以對于模擬 PID 只做此簡要介紹。 簡單的說， PID 調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié) 的作用是： （ 1） 比例環(huán)節(jié) ： 即時成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號 )(te ,偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減少偏差 ； （ 2） 積分環(huán)節(jié) ： 主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。例如， P調(diào)節(jié)器， PI 調(diào)節(jié)器， PID 調(diào)節(jié)器等。 圖 5 模擬 PID 控制系統(tǒng)原理框圖 11 PID 調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，它根據(jù)給定值 )(tr 與實際輸出值 )(tc 構(gòu)成的控制偏差 ： )(te = )(tr － )(tc （ 8） 將偏差的比例、積分、微分通過線性組合構(gòu)成控制量，對控制對象進(jìn)行控制，故稱為 PID 調(diào)節(jié)器。下面分別介紹模擬 PID、數(shù)字 PID 及其參數(shù)整定方法。根據(jù)偏差的比例 （ P） 、積分（ I） 、微分 （ D） 進(jìn)行的控制，稱為 PID 控制。 PID 算法 控制算法是 微機化控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，整個系統(tǒng)的控制功能主要由控制算法來實現(xiàn)。對射式光電開關(guān)的特點在 于：可辨別不透明的反光物體，有效距離大，不易受干擾，高靈敏度，高解析，高亮度，低功耗，響應(yīng)時間快，使用壽命長，無鉛，廣泛應(yīng)用于 ：投幣機，小家電，投幣機，自動感應(yīng)器，傳真機，掃描儀等設(shè)備上面 。 光電傳感器 對射式光電開關(guān)由發(fā)射器和接收器組成，其工作原理是：通過發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間阻斷光線時，光電開關(guān)就產(chǎn)生開關(guān)信號。 我們選用 20 格碼盤。 光 柵 光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方 形孔。帶散熱片時能持續(xù)提供 1A的電流，如果使用外圍器件，它還能提供不同的電壓和電流。主要特點是：工作電壓可達(dá) 36V：輸出電流大，瞬 間峰值可達(dá) 2A，持續(xù)工作電流為 1A。 L293d 是 ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓，小電流電機驅(qū)動芯片。 缺點 :功率器件工作在線性區(qū)，功率低和散熱問題嚴(yán)重。在線性放大驅(qū)動方式，半導(dǎo)體功率器件工作在線性區(qū)。是一種兩相和四相電機的專用驅(qū)動電路，即內(nèi)部含有兩個 H 橋的高電壓大電流雙全 橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號，可驅(qū)動 46V， 2A 以下的電機。 電機的驅(qū)動模塊的選擇 方案一： 用 L298 進(jìn)行驅(qū)動。 LCD1602 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 方案二：以 LCD1602 顯示， 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點 陣 型液晶模塊。 顯示模塊的選擇 方案一：以 4 個 8 位 LED 數(shù)碼管顯示。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時／計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部RAM， 32 個 I ／ O 口線，兩個 16 位定時／計 數(shù)器，一個 5 向量兩級 斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。 cm 在本次課程設(shè)計中所用是 R140 型直流電機。直流電動機利用電磁力定律產(chǎn)生力合轉(zhuǎn)矩，利用電磁感應(yīng)定律產(chǎn)生電勢。改變電刷 A、 B 上電源的極性，也就改變了電機轉(zhuǎn)動的方向。直流電動機包含三部分：固定的磁極、電樞、換向片和 電刷。那么可以基本 確定構(gòu)建一個閉環(huán)系統(tǒng)可以達(dá)到要求實現(xiàn)對位置的控制。 （ 4)信號的采集、計數(shù)、數(shù)碼顯示、報警等功能用 8051 來控制實現(xiàn)。 （ 2)控制算法采用 PID 控制算法。s progress, the industry for position control of more and more important, due to the dc motor speed is easy to control, precision and high efficiency, can realize the smooth position control in a wide range, etc and in metallurgy, machinery processing and manufacturing industries widely used. Based on the small power dc gear motor as control object, the application of PID control algorithm to realize accurate control of dc motor. And developed a controller for STC80c51 L293D drive dc motor. Using C language programming to achieve position control of dc motor. Test results show that the control of speed and high reliability. Keywords: dc motor, PID, and position control 4 一、設(shè)計 題目 設(shè)計要求 基于單片機的直流電機位置控制系統(tǒng)設(shè)計。測試結(jié)果表明，該方法