計算機控制技術(shù)課程設(shè)計報告-閱讀頁
2025-05-29 03:24本頁面
【正文】 了飛速的發(fā)展。二、 設(shè)計方案與論證 系統(tǒng)設(shè)計方案根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)和要求。在運行過程中控制器產(chǎn)生PWM脈沖送到電機驅(qū)動電路中，經(jīng)過放大后控制直流電機轉(zhuǎn)速，同時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運算后改變PWM脈沖的占空比，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速實時控制的目的。ULN2003A由7組達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，具有同時驅(qū)動7組負載的能力，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射安裝，發(fā)射器的光直接對準(zhǔn)接受器，當(dāng)測物擋住光束時，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、可對字符進行顯示。采用51單片機作為核心器件，轉(zhuǎn)速檢測模塊作為電機轉(zhuǎn)速測量裝置，L298作為直流電機的驅(qū)動模塊，利用1602LCD顯示器 電機驅(qū)動電路設(shè)計驅(qū)動模塊是控制器與執(zhí)行器之間的橋梁，在本系統(tǒng)中單片機的I/O口不能直接驅(qū)動電機，只有引入電機驅(qū)動模塊才能保證電機按照控制要求運行，在這里選用L298N電機驅(qū)動芯片驅(qū)動電機，該芯片是由四個大功率晶體管組成的H橋電路構(gòu)成，四個晶體管分為兩組，交替導(dǎo)通和截止，用單片機控制達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)整電動機轉(zhuǎn)速。Vs為電機驅(qū)動電源。利用兩個光電耦合器將單片機的I/O與驅(qū)動電路進行隔離，保證電路安全可靠。 電機驅(qū)動電路在本系統(tǒng)中由于要將電機本次采樣的速度與上次采樣的速度進行比較，通過偏差進行PID運算，因此速度采集電路是整個系統(tǒng)不可缺少的部分。這樣就可根據(jù)低電平的數(shù)量來計算電機此時轉(zhuǎn)速了。 (a) (b) 電機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 算法實現(xiàn) PID算法本系統(tǒng)設(shè)計的核心算法為PID算法，它根據(jù)本次采樣的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進行比較得出偏差，對偏差進行P、I、D運算最終利用運算結(jié)果控制PWM脈沖的占空比來實現(xiàn)對加在電機兩端電壓的調(diào)節(jié)[10]，進而控制電機轉(zhuǎn)速。 電機速度采集算法本系統(tǒng)中電機速度采集是一個非常重要的部分，它的精度直接影響到整個控制的精度。 在本系統(tǒng)中定時器T0中斷子程序是用來控制電機運行時間和進行速度計算和PID 運算。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、微分計算出控制量進行控制的。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。 積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，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有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。對于具有較大慣性轉(zhuǎn)速或者之后去的對象，系統(tǒng)加入D之后，明顯的減小了振蕩，減小了調(diào)節(jié)時間，使得系統(tǒng)快速進入穩(wěn)定狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的動態(tài)特性。但是一般合理的轉(zhuǎn)速區(qū)間則影響不大。到目前為止通過對控制器模塊、電機驅(qū)動模塊、LCD顯示模塊、數(shù)字PID算法等進行深入的研究。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)有機的結(jié)合； 設(shè)計了速度檢測電路； 利用C語言進行程序設(shè)計 根據(jù)上面論述結(jié)合測試數(shù)據(jù)可以看出本次設(shè)計基本完成了設(shè)計任務(wù)和要求。20
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