【正文】 數(shù)整定方法有理論計算法和工程整定法兩種。 由（ 27）可看出，位置型控制算式不夠方便，這是因為要累加偏差 e(i),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（ 27）進行改進。 為將模擬 PID 控制規(guī)律按式（ 22）離散化，我們把圖 21 中 r(t)、 e(t)、 u(t)、 c(t)在第 n 次采樣的數(shù)據(jù)分別用 r(n)、 e(n)、 u(n)、 c(n)表示，于是式（ 24）變?yōu)? ： )(ne = )(nr － )(nc （ 24） 當采樣周期 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()()( ??? （ 25） ? ???t niTiedtte01)()( （ 26） 這樣，式（ 22）便可離散化以下差分方程 01 })]1()([)()({)( uneneTTneTTneKnuniDIP?????? ?? （ 27） 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 ? （ 28） 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 7 第二項起積分控制作用 ,稱為積分（ I）項 )(nuI 即 ??? niIPIieTTKnu1)()( （ 29） 第三項起微分控制作用 ,稱為微分（ D）項 uD(n)即 )]1()([)( ??? neneTTKnu DPD （ 210） 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 ?? （ 211） PI 控制 : 0)()()( unununu IP ??? （ 212） PD 控制 : 0)()()( unununu DP ??? （ 213） PID 控制 : 0)()()()( ununununu DIP ???? （ 214） 式（ 27）的輸出量 u(n)為全量輸出 ,它對于被控對象的執(zhí)行機構每次采樣時刻應達到的位置。 數(shù)字 PID 在 DDC 系統(tǒng)中，用計算機取代了模擬器件，控制規(guī)律的實現(xiàn)是由計算機軟件來完成的。實際經(jīng)驗和理論分析都表明， 相當多工業(yè)對象的控制要求 能夠 被 PID 控制滿足，至今仍是應用最為廣泛的控制算法之一。這樣循環(huán)， T/C0 完成了記數(shù)高頻時鐘脈沖個數(shù) M2和單片機脈沖信號的輸出。由于 T/C0 還要給 AT89S51 給定時鐘信號，因此工作于計數(shù)器方式，時鐘信號為單片機時鐘的 1/2 分頻即 4MHZ，定時器初值設為 80H。 根據(jù) PWM 控制的基本原理可知，一段時間內(nèi)加在慣性負載兩端的 PWM 脈沖與相等時間內(nèi)沖量相等的直流電加在負載上的電壓等效，那么如果在短時間 T 內(nèi)脈沖寬度為t0,幅值為 U，由圖 23 可求得此時間內(nèi)脈沖的等效直流電壓為： 圖 23 PWM 脈沖 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 5 U ( t )0tTt 0U2 T2 t 0 3 T3 t 0 4 t 0n T ( n + 1 ) t 0TUtU ?? 00 ，若令 Tt0?? ， ? 即 為占空比，則上式可化為： U ???0 (U為脈沖幅值 ) （ 21） 若 PWM 脈沖為如圖 24 所示周期性矩形脈沖，那么與此脈沖等效的直流電壓的計算方法與上述相同，即 UT UtnT UntU ?????? ?000 （ ? 為矩形脈沖占空比） （ 22） 圖 24 周期性 PWM 矩形脈沖 由 公 式 24 可知，要改變等效直流電壓的大小，可以通過改變脈沖幅值 U和占空比? 來實現(xiàn)，因為在實際系統(tǒng)設計中脈沖幅 值一般 是恒定的，所以通常通過控制占空比 ?的大小實現(xiàn)等效直流電壓在 0～ U 之間任意調(diào)節(jié)，從而達到利用 PWM 控制技術實現(xiàn)對直流電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)的目的。采用微型計算機控制后，整個調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化，并且結構簡單、可靠性高、操作維護方便 ,電動機穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速精度可達到較高水 平，靜動態(tài)各項指標均能較好地滿足工業(yè)生產(chǎn)中高性能電氣傳動的要求。 目前，在該領域中大部分應用的是數(shù)字脈寬調(diào)制技術。同樣，由于開關頻率高 ,快速響應特性好 ,動態(tài)抗 干擾能力強，可以獲得很寬的頻帶；開關器件只工作在開關狀態(tài)，因此主電路損耗小、裝置效率高；直流電源采用不可控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。其中，在變壓調(diào)速系統(tǒng)中，又以直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)為好。針對三種調(diào)速方法，都有各自的特點，也存在一定的缺陷。用傅立葉級數(shù)分解后將可看出，各 i(t)在低頻段的特性非常接近，僅在高頻段有所不同 [2]。脈沖越窄，各 i(t)波形的差異也越小。圖 22b 給出了不同窄波時 i(t)的響應波形。圖中 e(t)為窄脈沖，其形狀和面積分別如圖 21的 a、 b、 c、 d 所示，為電路的輸入。當窄脈沖變?yōu)槿鐖D 21 的 d 所示的單位脈沖函數(shù)時，環(huán)節(jié)的響應即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)。如果 用傅立葉變換分析 各輸出波形，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。 在采樣控制理論中有一個重要的結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 3 abcda bii ( t )i ( t )e ( t )RL0 第 2 章 理論分析計算 脈寬調(diào)制技術 PWM(Pulse Width Modulation)控制就是對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術。軟件部分采用 C 語言進行程序設計，其優(yōu)點為：可移植性強、算法容易實現(xiàn)、修改及調(diào)試方便、易讀等。其中電機速度的控制在運動控制理論中占有至關重要的作用，本設計主要應用數(shù)字 PID算法，利用 PWM 調(diào)制技術實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速的控制。 能反映偏差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。因此，比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。積分項對誤差取時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱 這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error）。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。在國外，運動控制及過程控制方面PID 控制技術的應用更是越來越廣泛和深入。s current rotate speed and runtime. The system has great control precision and antijamming capability. Keywords： Digital PID； PWM impulse； A static modulation 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） III 目 錄 摘要 ............................................................................................................................................. I Abstract ..................................................................................................................................... II 第 1 章 緒論 ............................................................................................................................ 1 課題背景 .......................................................... 1 本設計特點 ......................................................... 2 第 2 章 理論分析計算 ............................................................................................................ 3 脈寬調(diào)制技術 .................................................... 3 直流電機的 PWM 控制技術 ........................................... 4 M 法測速的實現(xiàn) .................................................... 5 PID 算法 ........................................................... 6 數(shù)字 PID ..................................................... 6 數(shù)字 PID 參數(shù)整定方法 ......................................... 8 第 3 章 設計方案選擇 .............................................................................................................. 9 系統(tǒng)設計方案 .............................................................................................................. 9 控制器模塊設計方案 ................................................................................................ 10 AD 轉(zhuǎn)換器模塊設計方案 ....................................................................................... 13 電機驅(qū)動模塊設計方案 ............................................................................................ 15 速度采集模塊設計方案 ............................................................................................ 16 電流采集模塊設計 方案 .........................................................................