直流电机PI控制系统.docx

直流电机PI控制系统.docx

《直流电机PI控制系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流电机PI控制系统.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

直流电机PI控制系统

沈航北方科技学院

课程设计说明书

课程名称计算机控制技术课程设计

课程题目直流电机PI控制系统

教学部工学一部

专业自动化

班级B941302

学号B94130214

学生姓名李富彬

指导教师席剑辉

2012年7月

目录

0.前言1

1.直流电机PI控制基本理论1

2.总体设计方案………………………………………………………………….3

3.硬件电路及工作原理4

4.软件编程4

5.系统调试和结果分析.........................................................................................17

6.结论及进一步设想17

实验原件…………………………………………………………………………18

参考文献18

课设体会19

直流电机PI控制系统

李富彬沈阳航空航天大学北方科技学院

摘要：

本文设计了一个直流电机PI控制系统，在工业自动控制系统和各种智能产品中常常会用用电动机进行驱动、传动和控制，而现代智能控制系统中，对电机的控制要求越来越精确和迅速，对环境的适应要求越来越高。

随着科技的发展，通过对电机的改造，出现了一些针对各种应用要求的电机，如伺服电机、步进电机、开关磁阻电机等非传统电机。

但是在一些对位置控制要求不高的电机控制系统如传动控制系统中，传统电机如直流电机仍有很大的优势，而要对其进行精确而又迅速的控制，就需要复杂的控制系统。

随着微电子和计算机的发展，数字控制系统应用越来越广泛，数字控制系统有控制精确，硬件实现简单，受环境影响小，功能复杂，系统修改简单，有很好的人机交换界面等特点。

关键词：

PI控制；调速；简单精确

0.前言

在电机控制系统开发中，常常需要消耗各种硬件资源，系统构建时间长，而在调试时很难对硬件系统进行修改，从而延长开发周期。

随着计算机仿真技术的出现和发展，可用计算机对电机控制系统进行仿真，从而减小系统开发开支和周期。

计算机仿真可分为整体仿真和实时仿真。

整体仿真是对系统各个时间段对各个对象进行计算和分析，从而对各个对象的变化情况有直观的整体的了解，即能对系统进行精确的预测

1.直流电机PI控制基本理论

调速原理：

当基于以上产生一个PWM后，就可以借助PWM脉冲来控制晶体管的导通和关断，来给压频转换器来提供一定的电压，在PROTUES中仿真中，给定一个+12V的电压，就通过晶体管的导通和关断来给压频转换器供电，压频转换器就会输出很多的脉冲，借助单片机P3.5来计数，其计数送给P0来显示，通过给定不同的ADC的输入电压，就可以的得到不同的计数显示，电压越大，其计数显示也就越大，通过改变计数脉冲的周期和硬件压频转换器（LM331）的电阻和电容，就可以得到与输入电压接近的数值显示，可能由于干扰的原因，其显示值和实际值有一点偏差，这是在没有什么负载的情况下，或者说是在空载的情况下，这样就可以得到一个很理想的开环系统，也为闭环PWM调节做好准备。

当开环系统稳定后，加上一个扰动，或者说是加上负载，这样就使的压频转换器的电压减少，在给定一定电压的时候，当负载分压的时候，也就相当于直流电机的电压就会减少，这样直流电机的转速就会下降，或者说当有负载的时候，压频转换器的输入电压就会减少，这样输入的脉冲在单位时间就会减少，这样PID调节器，通过改变PID的参数，PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。

其输入e（t）与输出u（t）的关系为u（t）=kp（e（（t）+1/TI∫e（t）dt+TD*de（t）/dt）式中积分的上下限分别是0和t因此它的传递函数为：

G（s）=U（s）/E（s）=kp（1+1/（TI*s）+TD*s）其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数这样就会得到一个偏差，通过这个偏差来改变原来的PWM的占空比，使得晶体管的导通时间加长或减少，这样就改变了直流电机的输入电压，也就是该变了在PROTUES压频转换器的输入电压，使得输出的计数脉冲在单位时间发生改变，也就是模拟了直流电机的转速的改变，我们希望通过PID的调节，使得输出的计数脉冲的显示值和预先设定的值接近，由于偏差的存在，使得PID调节器不断的去修正，使得显示值近可能的接近我们所预期的设定值。

PID（比例积分微分）是一个数学物理术语。

PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。

它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。

PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：

一是理论计算整定法。

它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。

这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。

二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。

PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。

三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。

但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。

现在一般采用的是临界比例法。

利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：

（1）首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；

（2）仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；（3）在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。

PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。

即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。

PID控制，实际中也有PI和PD控制。

PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍是应用最广泛的工业控制器。

PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。

PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。

其输入e（t）与输出u（t）的关系为u（t）=kp（e（（t）+1/TI∫e（t）dt+TD*de（t）/dt）式中积分的上下限分别是0和t因此它的传递函数为：

G（s）=U（s）/E（s）=kp（1+1/（TI*s）+TD*s）其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。

2.总体方案设计

实验原理图

实验接线图

（1）按图接线

（2）将宏汇编程序经过汇编，连接后形成EXE文件装入系统，也可直接从软盘中调用EXP1.EXE文件。

注意：

其段地址CS：

0000，偏移地址：

IP：

2000，应与宏汇编程序设定相符。

可用U0000:

2000命令查看第一、二条指令为MOVAX，0239、MOVDS，AX由此可知数据段地址为0239。

用D0239:

0000命令可查看到数据段中所放TS、SPEC、IBAND、KPP等参数值（对于双字节DW，低位在前）已按顺序排好，并与初始化值相符。

用E0239:

0000命令可从TS第一个数据开始修改这些值，按空格继续修改下一个值，按减号修改上一个值，按回车确认并停止修改。

例：

D0239:

0000（回车）可看到：

0239:

00001430006000601010即：

TS=14H，SPEC=0030H，

0239:

0008002000xxxxxxxxxxIBAND=0060HKPP=1060HKII=0010HKDD=0020H

（3）在F7-Wave界面下运行程序

（4）观察电机转速及示波器上给定值与反馈值的波形，分析器响应特性，改变参数Ibang、KPP、KII、KDD的值后再观察其响应特性，选择一组较好的控制参数并记录下来。

3.硬件电路的工作原理

TDN-AC/ACS系统的8255PB10脉冲信号为控制量，经驱动电路驱动电机运转。

霍尔测速原件输出的脉冲信号记录电机转速构成反馈量，在参数给定情况下，经PID运算，电机可在控制量作用下，按给定转速闭环运转。

其中OPCLK为1.1625MHZ时钟信号，经8253的2号通道分频输出1ms的方波，接入8259产生IRQ6中断，作为系统采样时钟，PB10产生PWM脉冲计时及转速累加，8259的IRQ7中断用于测量电机转速。

4.软件编程

STACKSEGMENTSTACK

DW256DUP（?

）

TOPLABELWORD

STACKENDS

DATASEGMENT

TSDB14H；采样周期

SPECDW0020H；转速给定值

IBANDDW0060H

KPPDW1060H

KIIDW0010H

KDDDW0020H

CH1DB?

CH2DB?

YKDW?

CKDB?

VADDDW?

ZVDB?

ZVVDB?

TCDB?

FPWMDB?

CK_1DB?

EK_1DW?

AEK_1DW?

BEKDW?

AAADB?

VAADB?

BBBDB?

VBBDB?

MARKDB?

R0DW?

R1DW?

R2DW?

R3DW?

R4DW?

R5DW?

R6DW?

R7DB?

R8DW?

DATAENDS

CODESEGMENT

ASSUMECS:

CODE,DS:

DATA

START:

MOVAX,DATA

MOVDS,AX

MAIN:

CALLSYSTEM;调用system子程序

CALLINIT;程序初始化

STI

M1:

MOVAL,TS；判断Ts=Tc？

SUBAL,TC

JNCM1

MOVTC,00H；计算出反馈量

MOVAL,ZVV

MOVAH,00H

MOVYK,AX

CALLPID；调用PID子程序，计算出控制量

MOVAL,CK；根据控制量产生PWM脉冲

SUBAL,80H

JCIS0

MOVAAA,AL

JMPCOU

IS0:

MOVAL,10H；电机启动值不能低于10H

MOVAAA,AL

COU:

MOVAL,7FH

SUBAL,AAA

MOVBBB,AL

MOVAX,SPEC；将给定值（SPEC）放入CH1单元

MOVCH1,AL

MOVAX,YK；将反馈值（YK）放入CH2单元

MOVCH2,AL

CALLPUT_COM；调用PUT-COM子程序显示给定与反馈的波形

JMPM1

PUT_COM:

；PUT-COM子程序为发送子程序，将

MOVAL,31HCH1和CH2单元中的单字节数在PC示波器中

OUT0C1H,AL显示。

MOVAL,CH1

OUT0C0H,AL；打开定时器0中断屏蔽位

WAIT1:

INAL,0C1H

TESTAL,01H

JZWAIT1

MOVAL,CH2