基于51系列單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計word格式-文庫吧資料
2024-12-02 03:43本頁面
【正文】 3^7。 sbit LCD_RW = P2^1。 //sbit P14=P1^4。 sbit P10=P3^0 。 基于 51 系列單片機(jī) 控制 步進(jìn)電機(jī) 調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng) 設(shè)計 12 附錄 include include define uchar unsigned char define uint unsigned int float f=0。 基于 51 系列單片機(jī) 控制 步進(jìn)電機(jī) 調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng) 設(shè)計 11 七 、 實(shí)驗(yàn) 心得 及體會 通過 本次課程設(shè)計 我們學(xué)習(xí)到了許多書本上沒有的知識，通過自己查資料和互相討論，對系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計后基本達(dá)到了要求，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)速度閉環(huán)控制 并通過對系統(tǒng)控制算法的比較，綜合考慮，選用了閉環(huán)的 PID 控制，使我們對PID 的控制有了更深刻的認(rèn)識，使自己將理論與實(shí)際相結(jié)合起來同時對 51 系列的單片機(jī)的設(shè)計及編程有了更深的了解，學(xué)會了很多。我們在程序中設(shè)定轉(zhuǎn)速為72 rpm， 通過與 采集回來的數(shù)據(jù)相比較，當(dāng)采集回來的數(shù)據(jù) 小于 72rpm 時，我們通過改變 PID 的相應(yīng)的參數(shù) （ pk =， iT = ， dT =） 來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，讓步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速加起來，使之與 72 rpm 相吻合。 當(dāng) T=6S 時，我們通過試湊的方法了解到，當(dāng) PWM=1/300 時，所給步進(jìn)電機(jī)剛好啟動， 當(dāng) PWM=1/17 時，步進(jìn)電機(jī)速度達(dá)到最大。 綜合以上分析，我們采用增量式 PID算法 ， 本 系統(tǒng)的軟件控制算法主要采用了 增量式 PID 控制算法。 基于 51 系列單片機(jī) 控制 步進(jìn)電機(jī) 調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng) 設(shè)計 9 增量式 PID的控制算法 在位置式 PID控制算法中，每次的輸出與控制偏差 e過去整個變化過程相關(guān)，這樣 由于偏差的累加作用很容易產(chǎn)生較大的累積偏差，使控制系統(tǒng)出現(xiàn)不良的超調(diào)現(xiàn)象。 圖 5 單片機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 位置式 PID的控制算法 如前所述 PID調(diào)節(jié)的微分方程為： 001()t epditdy k e e d t T yTd? ? ? ?? 將此微分方程寫成對應(yīng)的差分方程形式． 1 001[ ( ) ]n nnn p n k dkieey k e e T T yTT ???? ? ? ?? （ 4） 式中： ne 第 n次采樣周期內(nèi)所獲得的偏差信號 ； 1ne? 第 n1次采樣周期內(nèi)所獲得的偏差信號 ； T采樣周期 ； ny 調(diào)節(jié)器第 rt次控制變量的輸出 ； 為了編寫計算機(jī)程序的方便，現(xiàn)將算式 (4)寫成下列形式 100 ()nn p n a k b n nky k e k e k e e y??? ? ? ? ?? （ 5） 式中： *pa ikTk T?， *pdb kTk T? 因?yàn)椴蓸又芷?T，積分常數(shù) iT 和微分常數(shù) dT 選定后皆為 常數(shù)，因此 ak 及 bk 必為常 。 另外在 PID控制中， 由于 PID算式選擇的不同，最終所得到的控制 效果是不同的 。 圖 2為單片機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 J。 001()t epditdy k e e d t T yTd? ? ? ?? （ 3） 式中： dT 為微分常數(shù)，它的物理意義是當(dāng)調(diào)節(jié)器微分調(diào)節(jié)作用與比例調(diào)節(jié)作用的輸出相等時所需的調(diào)節(jié)時間稱為微分常數(shù)． 基于 51 系列單片機(jī) 控制 步進(jìn)電機(jī) 調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng) 設(shè)計 8 PID控制算法 單片機(jī)控制系統(tǒng)通過 A／ D電路檢測輸出值 s，并計算偏差 e和控制變量 y，再經(jīng) D／ A轉(zhuǎn)換后輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)縮小或消除輸出偏差的目的，使系統(tǒng)輸出值 s穩(wěn)定在給定值區(qū)域內(nèi) 。 另外，當(dāng)系統(tǒng)受到?jīng)_激式偏差沖擊 時，由于偏差的變化率很大，而 PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)速度又很慢，這樣勢必會造成系統(tǒng)的振蕩，給生產(chǎn)過程帶來很大的危害．改善的方法是在比例積分調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上再加人微分調(diào)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)器 (PID)。 積分 調(diào)節(jié)對偏差有累積作 用，所以，只要有偏差 e存在積 分的調(diào)節(jié)作用就會不斷地增強(qiáng)，直至消除比例調(diào)節(jié)器無法消除的靜差值。 當(dāng) iT 過小時，甚至?xí)斐上?統(tǒng)的持續(xù)振蕩，使調(diào)節(jié)器的輸出波動不定，給生產(chǎn)過程帶來嚴(yán)重的危害。 比例微分調(diào)節(jié)（ PI） 比例調(diào)節(jié)器的主要缺點(diǎn)是存在無法消除的靜差值，影響了調(diào)節(jié)精度．為了消除靜差值，在比例調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上并人一個積分調(diào)節(jié)器構(gòu)成比例積分調(diào)節(jié)器，其調(diào)節(jié)規(guī)律可用下列 (2)式表示． 001()tp iy k e edt yT? ? ?? （ 2） 式中： iT 為積分常數(shù)，它的物理意義是當(dāng)調(diào)節(jié)器積 分調(diào)節(jié)作用 與比例調(diào)節(jié)作用的輸出相等時所需的調(diào)節(jié)時間稱為積分常數(shù)。pk小 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的速度慢，但pk過小又起不到調(diào)節(jié)作用。 其特點(diǎn)是調(diào)節(jié)器的輸出與控制偏差 e成線性比例關(guān)系，控制規(guī)律為： 0*py k e y?? (1) 式中： pk 比例系數(shù)， 0y 偏差 e為零時調(diào)節(jié)器的輸出值． 當(dāng)輸出值 S與設(shè)定的期望值 R間產(chǎn)生偏差時，比例調(diào)節(jié)器會自動調(diào)節(jié)控制變量y(如為控制閥門的開度 )的大小。 五 、 軟件 設(shè)計 控制算法比較： PID控制原理 PID調(diào)節(jié)器由比例調(diào)節(jié)器 (P)，積分調(diào)節(jié)器 (I)和微分調(diào)節(jié)器 (D) 構(gòu)成，它通過對偏差值的比例積分和微分運(yùn)算后，用計算所得的控制量來控制被控對象．圖 1 所示為 PID 控制系統(tǒng)框圖 。a,b,c,d 分別接入步進(jìn)電機(jī) 。 基于 51 系列單片機(jī) 控制 步進(jìn)電機(jī) 調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng) 設(shè)計 6 下 圖 中 為電機(jī)驅(qū)動部分 。 “ L
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