【正文】 沒有執(zhí)行。若閥值太大，達不到積分分離的目的，若太小又有可能因被控量無法跳出積分分離區(qū)，只進行PID控制，將會出現(xiàn)殘差。當偏差較小時才將積分作用投入。特別是對于溫度、成份等變化緩慢的過程，這一現(xiàn)象將更嚴重。具體地說，在計算Ui時，將判斷上一個時刻的控制量Ui是否已經(jīng)超出限制范圍，如果已經(jīng)超出，那么將根據(jù)偏差的符號，判斷系統(tǒng)是否在超調(diào)區(qū)域，由此決定是否將相應偏差計入積分項。 糾正這種缺陷的方法是采用積累補償法，當超出執(zhí)行機構(gòu)的執(zhí)行能力時，將其多余部分積累起來，而當一旦可能時，再補充執(zhí)行。利用這樣的算法，可以加快控制的動態(tài)過程。但如果被控量遠未接近給定值，僅剛開始向給定值變化時，由于比例和積分反向，將會減慢控制過程。 (2)系統(tǒng)的動態(tài)過程加速 在增量式算法中，比例項與積分項的符號有以下關(guān)系：如果被控量繼續(xù)偏離給定值，則這兩項符號相同，而當被控量向給定值方向變化時，則這兩項的符號相反。T——調(diào)節(jié)周期。——積分時間常數(shù)。e (t)——控制器輸入與設(shè)定值之間的誤差。這二種PID算法雖然簡單，但各有特點，基本上能滿足一般控制的大多數(shù)要求。 PID算法:下面對控制點所采用的PID控制算法進行說明。所以根據(jù)采樣定理可以確定采樣周期的上限值，即T≤，另一方面，采樣周期沒有一個精確的計算公式，只能根據(jù)工程應用按經(jīng)驗選取，對于PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定主要有擴充臨界比例度法、擴充響應曲線法和PID歸一參數(shù)整定法等。需要整定的參數(shù)有比例系數(shù)Kp，積分時間常數(shù)Ti和采樣周期T，在數(shù)字控制系統(tǒng)中，采樣周期T的選擇與系統(tǒng)的穩(wěn)定性密一切相關(guān)，一方面要滿足Shannon定理，即采樣信號的最高角頻率≥2 。 PI調(diào)節(jié)器是電力拖動自動控制系統(tǒng)中最常用的一種控制器，在微機數(shù)字控制系統(tǒng)中，當采樣頻率足夠高時，可以先按模擬系統(tǒng)的設(shè)計方法設(shè)計調(diào)節(jié)器，然后再離散化，就可以得到數(shù)字控制器的算法。光電式旋轉(zhuǎn)編碼器是轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角的檢測元件，旋轉(zhuǎn)編碼器與電動機相連，當電動機轉(zhuǎn)動時，帶動碼盤旋轉(zhuǎn)，便發(fā)出轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角信號。數(shù)字控制器：數(shù)字控制器是系統(tǒng)的核心，選用專為電機控制設(shè)計的系列8051系列單片機，配以顯示、鍵盤等外圍電路，通過通信接口與其它外設(shè)交換數(shù)據(jù)。 檢測回路包括電壓、電流和轉(zhuǎn)速檢測，其中電壓、電流檢測由A/D轉(zhuǎn)換通道變?yōu)閿?shù)字量送入單片機。內(nèi)環(huán)時間常數(shù)小，過度過程快，影響電動機動態(tài)性能的主要是外環(huán)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)，電流調(diào)節(jié)器(ACR)均為PI調(diào)節(jié)器。其控制軟件能夠進行邏輯判斷和復雜運算，可以實現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、自適應、非線性、智能化等控制規(guī)律，而且更改起來靈活方便，實時性好，穩(wěn)定性好，可靠性高，可以提高控制性能，抗干擾能力強，此外還有信息存儲、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等模擬控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)的功能。 以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)硬件電路的標準化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響，具有完善的輸入、輸出通道，包括模擬量輸入輸出通道和數(shù)字量或開關(guān)量輸入輸出通道。由于微處理機處理數(shù)字形式的信號人們就把微處理機控制器叫做數(shù)字控制器。機械系統(tǒng)是連續(xù)的物理過程，而微處理控制器處理離散的數(shù)字信號，二者之間必須通過采樣器和數(shù)據(jù)保持器連接起來，這類計算機控制系統(tǒng)通常稱為采樣一數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)。采樣頻率越高，離散系統(tǒng)越接近于連續(xù)系統(tǒng)，但在采樣周期內(nèi)必須完成信號的采集與轉(zhuǎn)換，完成控制運算，并輸出控制信號，所以采樣周期又不能太短，否則可能會造成不必要的累計誤差。采樣后得到的離散模擬信號本質(zhì)上還是模擬信號，不能直接送入計算機，還需經(jīng)過量化來逼近離散模擬信號的幅值，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，量化成為數(shù)字信號后，才能為計算機所接受。直接數(shù)字控制器DDC中所有的控制邏輯均由微信號處理器，并以各控制器為基礎(chǔ)完成。信息分散、監(jiān)視操作不便。 模擬量信號是一種連續(xù)變化的物理量，如電流、電壓、溫度、壓力、位移、液位、速度等，工業(yè)控制中需要用模擬量信號控制，例如電動閥門、液壓電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)，需要用連續(xù)變化的模擬量信號來控制驅(qū)動。反映系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。圖23 動態(tài)響應過程 理想的調(diào)節(jié)過程是:出現(xiàn)偏差后，執(zhí)行機構(gòu)突然動作，使輸出量立即達到新的平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)過程瞬時完成，實際上這是不可能的，因為慣性當輸出量發(fā)生跳變時，任何實際系統(tǒng)從原平衡狀態(tài)到達新的平衡狀態(tài)都要經(jīng)歷一個過渡過程，過渡過程的曲線形狀隨系統(tǒng)的不同而有所差異，有的是單調(diào)增長到穩(wěn)定值(曲線1)，有的是衰減到穩(wěn)定值(曲線2)。 對控制系統(tǒng)的要求：輸入信號和擾動是一個系統(tǒng)典型的外作用，但我們希望系統(tǒng)只受輸入信號的控制，而絲毫不受擾動的影響，所以我們只研究在輸入信號作用下，對系統(tǒng)性能的要求。放大元件：對微弱的偏差信號進行放大和變換，使之具有足夠的幅值和功率，以適應執(zhí)行元件動作的要求。測量元件：測量系統(tǒng)輸出量的實際值，并把輸出量的量綱轉(zhuǎn)化成與輸入量相同。復合控制有按輸入前饋補償?shù)膹秃峡刂坪桶锤蓴_前饋補償?shù)膹秃峡刂苾煞N形式。前饋控制能預測輸出隨外部作用的變化規(guī)律，在控制對象還沒有產(chǎn)生影響之前就做出相應的控制，使系統(tǒng)在偏差即將產(chǎn)生之前就注意糾正偏差。復合控制系統(tǒng)是前饋和反饋相結(jié)合，即符合控制是開環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合的一種控制方式。即輸出量與輸入量之間有反向聯(lián)系，靠輸入量與主反饋信號之間的偏差對輸出量進行控制的系統(tǒng)叫閉環(huán)控制系統(tǒng)。 閉環(huán)控制系統(tǒng)亦稱為反饋控制系統(tǒng)。它的主要缺點是精度低、抑制干擾能力差，而且對系統(tǒng)參數(shù)變化很敏感。開環(huán)控制系統(tǒng)由控制器與控制對象組成。相應的控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和復合控制系統(tǒng)。在國民經(jīng)濟各部門，國防和宇航各個領(lǐng)域都廣泛、大量地應用各種自動控制系統(tǒng)，如控制無人駕駛飛機按規(guī)定預定航跡飛行的控制系統(tǒng)，飛機自動著陸系統(tǒng)、雷達自動跟蹤系統(tǒng)、爐溫控制系統(tǒng)，電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)等。控制系統(tǒng)是利用采集和加工的信息，按一定的控制規(guī)律產(chǎn)生控制作用，使受控客體達到所要求的性能或?qū)崿F(xiàn)預定目標的系統(tǒng)。最后一章給出了本文的總結(jié)和個人的一點展望。第三章針對PID的算法、數(shù)字PID做了詳盡的介紹，重點闡述了基于繼電反饋的參數(shù)整定，詳細介紹了原理，公式推導，并通過仿真圖分析，證明了該方法的有效性和實用性；第四章介紹了電機控制系統(tǒng)的硬件的設(shè)計。 本論文的主要研究內(nèi)容本文共分為六章，主要研究了對于直流電機的PID控制器參數(shù)自整定。 其他的一些產(chǎn)品，像Bailey Controls公司的Network 90 ,ASES公司的Novatune和VDO公司的MCION等，都是基于參數(shù)估計法設(shè)計進行自適應調(diào)節(jié)的。瑞典的SattControl生產(chǎn)的ECA40和Fisher Control生產(chǎn)的DPR 900是以繼電反饋實驗為基礎(chǔ)的PID商業(yè)化產(chǎn)品。 Taylor公司的MicroScan 1300，利用增益調(diào)度法來進行參數(shù)整定，也是問世最早的一款PID自適應調(diào)節(jié)器，Leeds amp。這也是世界上最早的自整定調(diào)節(jié)器。偏小時，超調(diào)量也較大，相應調(diào)節(jié)時間也會較長。微分作用主要改善閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)定性。(2)對穩(wěn)態(tài)特性的影響 積分作用能夠降低系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，同時也能提高系統(tǒng)的控制精度，不過，當值太大時,積分作用將會變得非常弱。 引入積分作用，主要是為了在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，滿足被控量對設(shè)定值的無靜差跟蹤，對系統(tǒng)的性能影響主要表現(xiàn)如下:(1)對動態(tài)特性的影響 積分作用會引起系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，太小，系統(tǒng)將不穩(wěn)定，偏小到一定程度時，系統(tǒng)會出現(xiàn)振蕩。當太大時，系統(tǒng)會趨十不穩(wěn)定，若太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。 比例作用就是以比例形式來反應系統(tǒng)的偏差信號e(t)，以最快速度來產(chǎn)生控制作用，使偏差逐漸趨于減小。K=0,1,2，…；為第k次采樣輸出值；為第k次采樣的輸入偏差值；為第（k1）次采樣的輸入偏差值。在計算機控制系統(tǒng)中，也普遍采用PID控制思想。圖11 PID控制系統(tǒng)框圖常規(guī)的PID一般為線性控制器，實際輸出值和給定值會存在一個偏差，將偏差按比例、積分和微分通過線性組合來構(gòu)成控制量，最后對被控對象進行控制，故稱PID控制器。 PID控制器的基本原理PID控制是基于對變量“過去現(xiàn)在”和“未來”信息估計的交叉控制算法。 PID應用之所以廣泛、又長久不衰，是因為PID幾乎解決了自動控制理論闡述的所有基本問題，即系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準確性。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一個正常工作的系統(tǒng)，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應上看曲線應該是收斂的；準是指控制系統(tǒng)的準確性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來描述，它代表的是系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差。為直流電機控制方法提供了一定的現(xiàn)實意義。研究直流電機的PID自整定的控制和測量方法，對提高控制精度和響應速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。 在電氣時代的今天，電動機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們口常生活中起著十分重要的作用。PID自整定已在交直流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)中取得了滿意的效果。由于智能控制無需對象的精確數(shù)學模型并具有較強的魯棒性，因此許多學者將智能控制方法引入了電機控制系統(tǒng)的研究，并預言未來的十年將開創(chuàng)電力電子和運動控制的新紀元。近年來，智能控制研究很活躍，并在許多領(lǐng)域獲得了應用。但現(xiàn)在作為一些較成熟的現(xiàn)代交流系統(tǒng)，再提出具有劃時代意義的理論不太容易。在微處理技術(shù)迅速發(fā)展之后，PID控制發(fā)展也融入新的活力，現(xiàn)在過程控制中大部分控制規(guī)律還是主要依靠PID控制。 PID的概念可以追溯到1922年，米羅斯基()詳細分析了位置控制系統(tǒng)，根據(jù)PID的二個控制作用總結(jié)出了控制規(guī)律公式。 隨著電力電子技木、微電子技術(shù)及計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了數(shù)次更新?lián)Q代，其控制方式也已從最初的電子分立元件、小規(guī)模集成電路組件發(fā)展到了微機控制系統(tǒng)。直流電機具有良好的起、制動性能，適宜在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。電動機負荷約占總發(fā)電量的70%，成為用電量最多的電氣設(shè)備。以電動機作為動力機械，為人類社會的發(fā)展和進步、工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化起到了巨大的推動作用。研究直流電機的PID自整定方法，對提高控制精度和響應速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。電動機PID自整定控制畢業(yè)論文目 錄1 緒論 1 1 研究的背景和意義 2 PID控制器簡介 2 PID自整定的現(xiàn)狀 2 PID控制器的基本原理 3 PID控制器參數(shù)對控制性能的影響 4 PID控制器商業(yè)化產(chǎn)品簡介 5 本論文的主要研究內(nèi)容 52 直流電機閉環(huán)控制技術(shù) 7 7 7 7 優(yōu)點 10 10 11。 11 11 12 123 PID控制的基本原理 13 13 PID增量式算法 13 PID位置算法 14 15 PID參數(shù)整定 15 16 P I D 控制系統(tǒng) 16 控制器 16 控制作用 17 PID控制器的實現(xiàn) 17 基于繼電反饋的PID參數(shù)整定方法及其改進 18 引言 18 繼電反饋測試 19 基于繼電反饋控制的PID參數(shù)整定 20 234 系統(tǒng)硬件設(shè)計 24 單片機模塊特性簡介 24 8051單片機的特點 24 25 25 按鍵電路 27 28： 29 31 32 34 355 系統(tǒng)軟件設(shè)計 36 36 36 36 LED數(shù)碼管顯示 38 39 41 42 446 結(jié)論和展望 45 45 45 45參考文獻 46英文原文 48中文譯文 55致 謝 59中國礦業(yè)大學2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）1 緒論 在現(xiàn)代社會中，電動機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钪衅鹬种匾淖饔?，各種生產(chǎn)機械對拖動的電動機有不同的要求，如迅速起動、制動、反轉(zhuǎn)或極慢的穩(wěn)速運動等，直流電動機由于調(diào)速性能好、靜差率小、運行效率高，在高性能的調(diào)速系統(tǒng)中被廣泛應用。 19世紀70年代前后相繼誕生了直流電動機和交流電動機，從此人類社會進入了以電動機為動力設(shè)備的時代。 在用電系統(tǒng)中，電動機作為主要的動力設(shè)備而廣泛地應用十工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科技及社會生活等各個方面。 根據(jù)采用的電流制式不同，電動機分為直流電動機和交流電動機兩大類，其中交流電動機擁有量最多，提供給工業(yè)生產(chǎn)的電量多半是通過交流電動機加以利用的。20世紀60年代以前，直流調(diào)速一直以控制能力強、可靠性高、噪聲低、控制電路簡單等一系列優(yōu)良的性能在傳動領(lǐng)域中占據(jù)著主導地位。微機控制系統(tǒng)在智能方面有了很大的發(fā)展。PID調(diào)節(jié)器從產(chǎn)生到今天已經(jīng)歷經(jīng)了近一個世紀，人們?yōu)樗陌l(fā)展和推廣做出了巨大的努力和改善，使其成為工業(yè)過程控制中主要的和可靠的技術(shù)工具。 研究的背景和意義 縱觀電機工業(yè)的發(fā)展史，幾乎每一次大的發(fā)展都是有理論方面的突破。因此今后的發(fā)展，相當長一段時間內(nèi)還會是將現(xiàn)有的各種控制理論加以結(jié)合，互相取長補短，或者將其它學科的理論、方法引入電機控制，走交叉學科的道路，以解決上述問題。典型的如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和基十專家系統(tǒng)的控制。比較成熟的是PID自整定控制，它具有不依賴被控對象精確的數(shù)學模型、能克服非線性因素的影響、對調(diào)節(jié)對象的參數(shù)變化具有較強的魯棒性等等優(yōu)點。近年來已有一些文獻探討將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制或?qū)＜蚁到y(tǒng)引入異步電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，相信不久的將來會獲得實用性結(jié)果。直流電機是最常見的一種電機，在各領(lǐng)域中得到廣泛應用。本文具有一定的擴展性，例如優(yōu)化速度調(diào)節(jié)算法，提高轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度和響應速度，增加語音播報轉(zhuǎn)速功能，或?qū)y得的轉(zhuǎn)速上傳至PC處理等。 PID控制器簡介 PID自整定的現(xiàn)狀 控制系統(tǒng)的性能概括起來用穩(wěn)、準、快二個字來描述?？焓侵缚刂葡到y(tǒng)響應的靈敏性，通常用上升時間來定量描述。對PID的參數(shù)進行調(diào)節(jié)整定，可實現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，提高系統(tǒng)的帶載能力和抗擾能力?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖11所示，系統(tǒng)主要由被控對象和PID控制器兩部分組成。當系統(tǒng)是連續(xù)控制時，PID控制器的輸出u(t)與輸入e(t)之間會存在比例、積分、微分的關(guān)系，用下式表示出來，