計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-閱讀頁
2025-05-29 03:24本頁面
【正文】 了飛速的發(fā)展。二、 設(shè)計(jì)方案與論證 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求。在運(yùn)行過程中控制器產(chǎn)生PWM脈沖送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，經(jīng)過放大后控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)利用速度檢測模塊將當(dāng)前轉(zhuǎn)速反饋到控制器中，控制器經(jīng)過數(shù)字PID運(yùn)算后改變PWM脈沖的占空比，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)控制的目的。ULN2003A由7組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，具有同時(shí)驅(qū)動(dòng)7組負(fù)載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。其檢測方式為：發(fā)射器和接受器相互對(duì)射安裝，發(fā)射器的光直接對(duì)準(zhǔn)接受器，當(dāng)測物擋住光束時(shí)，傳感器輸出產(chǎn)生變化以指示被測物被檢測到。 顯示模塊設(shè)計(jì)方案采用1602LCD液晶顯示器，該顯示器控制方法簡單，功率低、硬件電路簡單、可對(duì)字符進(jìn)行顯示。采用51單片機(jī)作為核心器件，轉(zhuǎn)速檢測模塊作為電機(jī)轉(zhuǎn)速測量裝置，L298作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊，利用1602LCD顯示器 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)模塊是控制器與執(zhí)行器之間的橋梁，在本系統(tǒng)中單片機(jī)的I/O口不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，只有引入電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊才能保證電機(jī)按照控制要求運(yùn)行，在這里選用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片是由四個(gè)大功率晶體管組成的H橋電路構(gòu)成，四個(gè)晶體管分為兩組，交替導(dǎo)通和截止，用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在開關(guān)狀態(tài)，通過調(diào)整輸入脈沖的占空比，調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。Vs為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源。利用兩個(gè)光電耦合器將單片機(jī)的I/O與驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行隔離，保證電路安全可靠。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路在本系統(tǒng)中由于要將電機(jī)本次采樣的速度與上次采樣的速度進(jìn)行比較，通過偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，因此速度采集電路是整個(gè)系統(tǒng)不可缺少的部分。這樣就可根據(jù)低電平的數(shù)量來計(jì)算電機(jī)此時(shí)轉(zhuǎn)速了。 (a) (b) 電機(jī)速度采集方案主要用于與電腦通信繪畫PID波形四、軟件設(shè)計(jì) 算法實(shí)現(xiàn) PID算法本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心算法為PID算法，它根據(jù)本次采樣的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較得出偏差，對(duì)偏差進(jìn)行P、I、D運(yùn)算最終利用運(yùn)算結(jié)果控制PWM脈沖的占空比來實(shí)現(xiàn)對(duì)加在電機(jī)兩端電壓的調(diào)節(jié)[10]，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 電機(jī)速度采集算法本系統(tǒng)中電機(jī)速度采集是一個(gè)非常重要的部分，它的精度直接影響到整個(gè)控制的精度。 在本系統(tǒng)中定時(shí)器T0中斷子程序是用來控制電機(jī)運(yùn)行時(shí)間和進(jìn)行速度計(jì)算和PID 運(yùn)算。由于在本次PID整定過程中，PI結(jié)構(gòu)已滿足系統(tǒng)要求，所以采用PI結(jié)構(gòu)。超調(diào)=3 靜差=1。先設(shè)Ki為一較大值，并將Kp縮小。（3）【PID結(jié)構(gòu)】加入微分環(huán)節(jié)后。系統(tǒng)出現(xiàn)Kp=，ki=，kd=。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系?！ 》e分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零?！ ∥⒎郑―）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。這就是說，在控制器中僅引入所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。對(duì)于具有較大慣性轉(zhuǎn)速或者之后去的對(duì)象，系統(tǒng)加入D之后，明顯的減小了振蕩，減小了調(diào)節(jié)時(shí)間，使得系統(tǒng)快速進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。但是一般合理的轉(zhuǎn)速區(qū)間則影響不大。到目前為止通過對(duì)控制器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、LCD顯示模塊、數(shù)字PID算法等進(jìn)行深入的研究。歸納起來主要做了如下幾方面的工作： PID算法與PWM控制技術(shù)有機(jī)的結(jié)合； 設(shè)計(jì)了速度檢測電路； 利用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì) 根據(jù)上面論述結(jié)合測試數(shù)據(jù)可以看出本次設(shè)計(jì)基本完成了設(shè)計(jì)任務(wù)和要求。20
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