基于自适应蚁群算法的PID控制器设计毕业论文开题报告参考.docx
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基于自适应蚁群算法的PID控制器设计毕业论文开题报告参考
安徽工程大学
本科毕业设计（论文）开题报告
题目：
基于自适应蚁群算法的PID控制器设计
课题类型：
设计实验研究口论文口
学生姓名：
冯晓煜
学号：
3120203107
专业班级：
系别：
电气学院
指导教师：
黄宜庆
开题时间：
2016年3月日
、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值）
二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势（文献综述）
三、毕业设计（论文）研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用的途径）研究方案：
本设计采用单片机AT89S51来作为整个步进电机控制系统的运动控制核心部件，采用了电机驱动芯片L298及其外围电路构成了整个系统的驱动部分，再加上作为执行部件的步进电机来构成了一个基本的步进电机控制系统。
重点：
1、驱动方式的确定；
2、基本方案的确定；
3、控制系统的硬件设计；
4、要求能够控制步进电机的转速、方向等。
难点：
1、电机驱动模块设计；
2、驱动电流检测模块设计。
拟采用的途径：
采用单片机来控制步进电机，实现了软件与硬件相结合的控制方法。
由于单片机的强大功能，还可设计大量的外围电路，键盘作为一个外部中断源，设置了步进电机正转、反转、档次、停止等功能，采用中断和查询相结合的方法来调用中断服务程序，完成对步进电机的最佳控制，显示器及时显示正转、反转速度等状态。
工作计划：
第一周接收指导老师编制的毕业设计任务书。
第二周查资料写开题报告和计划进度表。
第三周查资料写开题报告和计划进度表。
第四周查资料写开题报告和计划进度表。
第五周查阅资料，充分掌握步进电机工作原理的概念。
第六周控制对象工艺要求分析和特性研究。
第七周系统控制方案，相应控制器件选择，系统设计。
第八周仿真，调试。
第九周
对上述工作进行整理和完善。
第十周
对上述工作进行整理和完善。
第十一周
根据论文撰写规范，写出论文框架。
第十二周
以所得成果为依据，撰写论文。
第十三周
撰写论文。
第十四周
撰写论文。
第十五周
根据老师指导，改善不足之处，
完成论文
第十六周
根据老师指导，改善不足之处，
完成论文
第十七周
查阅资料，找出知识点，准备答辩。
第十八周
整理答辩自述和问题准备答辩。
四、主要参考文献（不少于10篇，期刊类文献不少于7篇，应有一定数量的外文文献，至少附一篇引用的外文文献（3个页面以上）及其译文）
[1]李颖宏,郭栋•采用MSP430F149的步进电机通用控制器[J].微特电机,2003
（2）:
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[2]周忠辉.步进电机驱动的实现方法[J].仪表技术与传感器,2004（11）:
61-62.
[3]丁伟雄,杨定安,宋晓光.步进电机的控制原理及其单片机控制实现[J].煤矿机械,2005,26（6）:
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[4]敬岚,朱海君,张硕成,等.步进电机控制系统的设计及其应用[J].核技术,2005（6）:
479-482.
[5]陈曾汉,麦苗,万华强.多任务测控系统中的步进电机升降速控制[J].微特电机,2003（4）:
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[6]刘清.一种控制步进电机转速的方法[J].微特电机,2004
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[7]郑林华.单片机实现的步进电机通用控制器[J].网络财富，2010（14）
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[10]范寿康,王宁.单片微型计算机的应用开发技术.人民邮电出版社，1993.
[11]ZhiyongDuan,QingkangWang.Developmentofanovelhighprecisionpiezoelectriclinearstepperactuator.SensorsandActuatorsA:
Physical,2005,118
（2）:
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[12]FaisalK.Fadul,RonaldP.Krahe.ADSP-basedpowerintegratedcircuitcontroller/driverboardforsteppermotors.Mechatronics,1994,4（4）:
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[13]BezdekJ.FizzyModels-WhatAreThey,andWhy?
IEEETransonFuzzySystems,1993.
[14]IsaoTakahash，iToshihikoNoguchi.Anewresponeseandhigh-efficiencycontrolstrategyofanmotor[J].IEEETransonIndAppl，1986，22（5）：
820-827.
外文文献：
Anewresponeseandhigh-efficiencycontrolstrategyofanmotor
Steppermotorisanelectricalpulsewillbeconvertedintoangulardisplacementoftheimplementingagencies.Putitinsimplelanguage-speaking:
Whenthestepperdrivepulsesignaltoareceiver,itdrivessteppermotorrotationdirectionbysettingafixedpointofview（andthestepangle）.Youcancontrolthenumberofpulsestocontroltheamountofangulardisplacement,soastoachievethepurposeofaccuratepositioning;Atthesametime,youcanbycontrollingthepulsefrequencytocontrolthemotorrotationspeedandacceleration,soastoachievethepurposeofspeed.
SteppermotordirectlyfromtheAC-DCpowersupply,andmustusespecialequipment-steppermotordrive.Steppermotordrivesystemperformance,inadditiontotheirownperformancewiththemotorontheoutside,butalsotoalargeextentdependonthedriveisgoodorbad.Atypicalsteppermotordrivesystemisoperatedbythesteppermotorcontroller,steppermotordrivesandsteppermotorbodyiscomposedofthreeparts.Steppermotorcontrollerstepperpulseanddirectionsignal,eachmadeofapulse,steppermotor-drivensteppermotordrivesarotorrotatingstepangle,thatis,step-by-stepfurther.Highorlowspeedsteppermotor,orspeed,ordeceleration,startorstoppulsesareentirelydependentonwhetherthelevelorfrequency.Decidethedirectionofthesignalcontrollersteppermotorclockwiseorcounterclockwiserotation.Typically,thesteppermotordrivecircuitfromthelogiccontrol,powerdrivercircuit,protectioncircuitandpowercomponents.Steppermotordrivecontroller,oncereceivedfromthedirectionofthesignalandsteppulse,thecontrolcircuitonapre-determinedwayoftheelectricalpower-phasesteppermotorexcitationwindingsoftheconductionorcut-offsignal.Controlcircuitoutputsignalpowerislow,cannotprovidethenecessarysteppingmotoroutputpower,theneedforpoweramplifier,whichissteppermotordrivenpowerdrivepart.Powersteppermotordrivecircuittocontroltheinputcurrentwindingtoformaspaceforrotatingmagneticfieldexcitation,therotor-drivenmovement.Protectioncircuitintheeventofshortcircuit,overload,overheating,suchasfailuretostoptherapiddriveandmotor.
Motorisusuallyforthepermanentmagnetrotor,whenthecurrentflowsthroughthestatorwindings,thestatorwindingsproduceamagneticfieldvector.Themagneticfieldwillleadtoarotorangleofrotation,makingapairofrotorandstatormagneticfielddirectionofthemagneticfielddirection.Whenthestatorrotatingmagneticfieldvectorfromadifferentangle.Alsoastherotormagneticfieldtoapointofview.Anelectricalpulseforeachinput,themotorrotationanglestep.Itsoutputandinputoftheangulardisplacementisproportionaltothepulses,withpulsefrequencyproportionaltospeed.Powertochangetheorderofwinding,theelectricalwillbereversed.Wecan,therefore,controlthepulsenumber,frequencyandelectricalpowerwindingsofeachphasetocontroltheorderofrotationofsteppermotor.
Steppermotortypes:
Permanentmagnet（PM）.Magneticgenerallytwo-phasestepper,torqueandaresmallerandgenerallysteppingangleof7.5degreesor15degrees;putmorewindforair-conditioning.
Reactive（VR）,thedomesticgeneralcalledBF,haveacommonthree-phasereaction,stepangleof1.5degrees;alsohavefive-phasereaction.Noise,notorquehasbeensetatalargenumberofout.
Hybrid（HB）,commontwo-phasehybrid,five-phasehybrid,three-phasehybrid,four-phasehybrid,two-phasecanbecommonwiththefour-phasedrive,five-phasethree-phasemustbeusedwiththeirdrives;
Two-phase,four-phasehybridstepangleis1.8degreesmorethanasmallsize,greatdistance,andlownoise;
Five-phasehybridsteppingmotorisgenerally0.72,themotorstepanglesmall,highresolution,butthecomplexityofdrivecircuits,wiringproblems,suchasthe5-phasesystemof10lines.
Three-phasehybridsteppingmotorstepangleof1.2degrees,butaccordingtotheuseof1.8degrees,thethree-phasehybridsteppingmotorhasatwo-phasemixedthanthefive-phasehybridmorepolewillhelpelectricfoldersymmetricangle,itcanbemorethantwo-phase,five-phasehighaccuracy,theerrorevensmaller,runmoresmoothly.
Steppermotortomaintaintorque:
steppermotorpowermeansnorotation,thestatorlockedrotortorque.Itisasteppermotor,oneofthemostimportantparameters,usuallyinthelow-speedsteppermotortorqueatthetimeofclosetomaintainthetorque.Asthesteppermotoroutputtorqueincreaseswiththespeedofconstantattenuation,theoutputpoweralsoincreaseswiththespeedofchange,soastomaintaintorqueonthesteppermotortomeasuretheparametersofoneofthemostimportant.Forexample,whenpeoplesaythatthesteppermotor2N.m,intheabsenceofspecialcircumstancesthatmeansformaintainingthelorqueofthesteppermotor2N.m.
Precisionsteppermotors;steppermotorstepangleaccuracyof3-5%,notcumulative.
Startfrequencyofno-load:
thesteppermotorincaseofno-loadtothenormalstartofthepulsefrequency,ifthepulsefrequencyishigherthanthevalueofmotordoesnotstart,possibletolosestepsorblocking.Inthecaseoftheload,startfrequencyshouldbelower.Ifyouwanttoachievehigh-speedrotationmotor,pulsefrequencyshouldbetoacceleratetheprocess,thatis,thelowerfrequencytostart,andthenrosetoacertainaccelerationofthedesiredfrequency（motorspeedfromlowrisetohigh-speed）.
Stepangle:
thatistosendapulse,theelectricalanglecorrespondingtorotation.
Torquepositioning:
positioningtorquesteppermotordoesnotrefertothecaseofelectricity,lockedrotortorquestator.
Operatingfrequency:
step-by-stepsteppermotorcanrunwithoutlosingthehighestfrequency.
SubdivisionDrive:
steppermotordriverthemainaimistoweakenoreliminatelow-frequencyvibrationofthesteppermotortoimprovetheaccuracyofthemotorrunning.Reducenoise.Ifthestepangleis1.8（ofullstep）thetwo-phasehybridsteppingmotor,ifthebreakdownofthebreakdownofthenumberofdrivesforthe8,thentheoperationoftheelectricalpulseforeachresolutionof0.072o,theprecisionofmotorcanreachorcloseto0.225o,alsodependsonthebreakdownofthebreakdownofthedrivecurrentcontrolaccuracyandotherfactors,thebreakdownofthenumberofthemoredifficultthegreatertheprecisionofcontrol.
外文译文：
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
通俗一点讲：
当步进驱
动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定角度
（及步进角）。
您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到
调速的目的。
步进电机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备一一步进电机驱动器，步进电机驱动系统的性能，除与电机本身的性能有关外，也在很大程度上取决于驱动器的优劣。
典型的步进电机驱动系统是由步进电机控制器、步进电机驱动器和步进电机本体三部分组成。
步进电机控制器发出步进脉冲和方向信号，每发一个脉冲，步进电机驱动器驱动步进电机转子旋转一个步距角，即步进一步。
步进电机转速的高低、升速或降速、启动或停止都完全取决于脉冲的有无或频率的高低。
控制器的方向信号决定步进电机的顺时针或逆时针旋转。
通常，步进电机驱动器由逻辑控制电路、功率驱动电路、保护电路和电源组成。
步进电机驱动器一旦接收到来自控制器的方向信号和步进脉冲，控制电路就按预先设定的电机通电方式产生步进电机各相励磁绕组导通或截止信号。
控制电路输出的信号功率很低，不能提供步进电机所需的输出功率，必须进行功率放大，这就是步进电机驱动器的功率驱动部分。
功率驱动电路向步进电机控制绕组输入电流，使其励磁形成空间旋转磁场，驱动转子运动。
保护电路在出现短路、过载、过热等故障时迅速停止驱动器和电机的运行。
通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。
该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。
当定子的矢量磁场旋转一个角度。
转子也随着该磁场转一个角度。
每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。
它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。
改变绕组通电的顺序，电机就会反转。
所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。
步进电机的种类：
永磁式（PM,磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5
度或15度：
多用于空调风摆上。
反应式（VR,国内一般叫BF,常见的有三相反应式，步距角为1.5度：
也有五相反应式。
噪音大，无定为转矩已大量淘汰。
混合式（HB,常见的有两相混合式，五相混合式，三相混合式，四相混合式，两相跟四相可以通用驱动器，五相跟三相必须使用各自的驱动器；两相、四相混合式步距角多是1.8度，具有小体积，大力距，低噪音；五相混合式步进电机一般为0.72度，电机步距角小，分辨率高，但是驱动电路复杂，接线麻烦，如5相十线制
三相混合式步进电机步距角为1.2度，但是使用中要按1.8度计算，三相混合式步进电机拥有比两相混合式，五相混合式更多的磁极，
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