直流电机PID转速闭环调速控制系统.docx

1、直流电机PID转速闭环调速控制系统基于uC/COS的直流电机PID转速闭环调速控制系统Proteus仿真实现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乃有很大的优势，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

2、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。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，如Matlab就是一个典型的实时仿真软件。实时仿真是对时间点的动态仿真，即随着时间的推移它能动态仿真出当时系统的状态。Proteus是一个实时仿真软

3、件，用来仿真各种嵌入式系统。它能对各种微控制器进行仿真，本系统即用Proteus对直流电机控制系统进行仿真。 在系统软件开发中开发中可用操作系统，也可不用操作系统。如用操作系统，程序可实现模块化，并能对系统资源进行统筹管理，最主要的是可实现多任务运行。如果需要多任务并行运行，并且需要一定的时间间隔，某些任务对时间的要求不高时，如不用操作系统则要占用定时器资源，并且对栈空间和硬件资源很难进行管理，所以在这种情况下需要操作系统。本系统用操作系统uC/COS.uC/COS是一个完整的、可移植、可固化、可剪裁的占先式实时多任务内核.uC/COS已经有很多产品成功使用的案例且得到美国军方的认证，说明了该

4、系统的可靠性。uC/COS源代码公开，代码短，源代码大部分是使用NSI C编写的，移植性和裁减性好，功能强大，能可靠应用于各种控制系统中。系统构成硬件全图各子系统. 转速控制输入 如用按键输入则需要复杂的软件实现，并且需要足够的引脚资源，本系统用ADC0832采样电位器上的电压信号来实现转速信号输入。2.LPC2106微控制器 LPC2106是Phlip公司推出的核心为ARM的控制器。LPC2106 包含一个支持仿真的ARM7TDMI-S CPU、与片内存储器控制器接口的ARM7 局部总线、与中断控制器接口的AMBA 高性能总线（AHB）和连接片内外设功能的VLSI 外设总线（VPB，ARMA

5、MBA 总线的兼容超集）。片内有64K 字节静态RAM和128K的FLASH存储器。可寻址4GB。 在本仿真中LPC2106没加晶振电路，频率在芯片属性中设置。3.液晶显示 本系统采用Proteus仿真库有的液晶显示模块AMPIRE128X64,为8192像素的单色LCD屏幕分为两半控制，控制引脚为CS1和CS2。数据通过移位寄存器输入。4电机驱动电路 本系统仿真的是最大输入电压为12伏的微型电机，故用通用电机驱动电路实现假设该电路输入电阻为无穷大，输出电阻为0。5仿真电机的51单片机 虽然Proteus有电机模块，但其电机模块没有输出转速接口故用一单片机代替它，单片机用ADC0832采样输入

6、的电压，经过处理即输出和真实电机同步的转速（需要大量的浮点运算，可考虑用DSP）。通过两个按键改变转矩没按一次增大或减小0.001，上面的是增大。6仿真结果仿真1.8秒钟后得下图，可看到转速逐渐增大然后稳定下来。 增大转矩后，可看到转速下降后又恢复7程序；1系统主程序：main.c/* 实时微型直流电机PID转速闭环调速控制系统程序(基于移植于LPC2106上的uc/cos实时操作系统)* 程序编写者: 吴斌* 编写日期: 2007年11月14日*/#include config.h#include LCD.h#define TASK_STK_SIZE 512 /各任务栈大小#define I

7、O_Init() PINSEL0= 2; IODIR|= 0x00007FB0; /P0.4P0.5P0.7-P1.4为输出其他的为输入#define Umax 1000 /最大调节转速#define Kp 0.7 /比例放大系数#define Ts 0.03 /采样周期#define t0 4 /积分时间常数#define td 0.0005 /微分时间常数#define q0 Kp*(1+Ts*t0+td/Ts)#define q1 -Kp*(1+2*td/Ts) #define q2 Kp*td/Ts#define ADC_DO 0x00000040 /P0.6#define ADC_C

8、S 0x00000080 /P0.7#define ADC_CLK 0x00000100 /P0.8#define ADC_DI 0x00000200 /P0.9OS_STK Main_TaskStkTASK_STK_SIZE;OS_STK Task1_TaskStkTASK_STK_SIZE;OS_STK Task2_TaskStkTASK_STK_SIZE;OS_STK Task3_TaskStkTASK_STK_SIZE;OS_STK Task4_TaskStkTASK_STK_SIZE; /各任务栈OS_EVENT *Conbox; /控制信号邮箱float n=0; / 输入转速fl

9、oat nb=0; / 反馈转速void Main_Task(void *data);void Task1(void *p_arg);void Task2(void *p_arg);void Task3(void *p_arg);void Task4(void *p_arg); /函数声明void PWMInit(void) PWMPR = 0x00; / 不分频，计数频率为Fpclk PWMMCR = 0x02; / 设置PWMMR0匹配时复位PWMTC PWMMR0 = 2765; / 设置PWM周期 PWMMR1 = 0; / 设置PWM占空比 PWMLER = 0x03; / PWMM

10、R0、PWMMR1锁存 PWMPCR = 0x0200; / 允许PWM1输出，单边PWM PWMTCR = 0x09; / 启动定时器，PWM使能 PWMMR0 = 2765; / 设置PWM周期 PWMMR1 = 0; / 设置PWM占空比 PWMLER = 0x03; / PWMMR0、PWMMR1锁存/* 函数名称: main* 功能描述: c语言的主函数，由它启动多任务环境*/int main (void) OSInit(); OSTaskCreate(Main_Task, (void*)0, &Main_TaskStkTASK_STK_SIZE - 1, 0); OSStart()

11、; return 0; /* 函数名称: Main_Task* 功能描述: 初始化系统及建立任务*/ void Main_Task(void *p_arg) p_arg = p_arg; / 避免编译警告 TargetInit(); IO_Init(); Conbox = OSMboxCreate(void*)0); LCD_Main(); OSTaskCreate(Task1, (void *)0, &Task1_TaskStkTASK_STK_SIZE - 1, 2); OSTaskCreate(Task2, (void *)0, &Task2_TaskStkTASK_STK_SIZE -

12、 1, 3); OSTaskCreate(Task3, (void *)0, &Task3_TaskStkTASK_STK_SIZE - 1, 1); OSTaskCreate(Task4, (void *)0, &Task4_TaskStkTASK_STK_SIZE - 1, 5); OSTaskSuspend(0);/* 函数名称: Task1_Task* 功能描述: 实时任务,负责采样和处理数据*/ void Task1(void *p_arg) float us; /上次输出控制信号 float es; /上次采样误差信号 float es2 = 0; /上次的上次的采样误差信号 ui

13、nt32 nj; /采样转速信号 float u; /此次输出控制信号 float e; /此次采样误差信号 p_arg = p_arg; PWMInit(); /PWM初始化 while(1) nj=IOPIN16; nb=(float)nj/10; /采样反馈转速 e=n-nb; u=us+q0*e+q1*es+q2*es2; /PID处理 if(u=Umax) u=Umax; es2=es; es=e; us=u; OSMboxPost(Conbox,(void*)&u); /发送处理后的信号 OSTimeDlyHMSM(0,0,0,30); /* 函数名称: Task2_Task* 功

14、能描述: 根据控制信号输出PWM波*/ void Task2(void *p_arg) uint8 err; float *nh; p_arg = p_arg; while(1) nh=(float*)OSMboxPend(Conbox,0,&err); if(*nh=Umax-0.5) PWMMR0 = 2765; PWMMR1= 2764; PWMLER = 0x03; else PWMMR0 = 2765; PWMMR1=(uint32)(*nh/Umax*2765); PWMLER = 0x03; void Delay(uint8 n) /延时函数 uint8 i; for(i=1;i

15、=n;i+); /* 函数名称: Task3_Task* 功能描述: 定时采样输入的转速要求(0832采样)*/ void Task3(void *p_arg) uint8 ch,i,flag=0; p_arg=p_arg; ch=0; IOCLR=ADC_CS; IOCLR=ADC_DI;/片选，DO为高阻态 for(i=0;i10;i+) ; IOCLR=ADC_CLK; Delay(4); IOSET=ADC_DI; IOSET=ADC_CLK; Delay(4); /第一个脉冲，起始位 IOCLR=ADC_CLK; Delay(4); IOSET=ADC_DI; IOSET=ADC_C

16、LK; Delay(4); /第二个脉冲，DI=1表示双通道单极性输入 IOCLR=ADC_CLK; Delay(4); IOSET=ADC_DI; IOSET=ADC_CLK; Delay(4); /第三个脉冲，DI=1表示选择通道1（CH2） IOCLR=ADC_DI; /DI转为高阻态，DO脱离高阻态为输出数据作准备 IOSET=ADC_CLK; Delay(4); IOCLR=ADC_CLK; Delay(4); /经实验，这里加一个脉冲AD便能正确读出数据 for (i=0; i8; i+) IOSET=ADC_CLK; Delay(4); IOCLR=ADC_CLK; Delay(

17、4); if(IOPIN & ADC_DO)!=0) ch=(ch1)|1;/在每个脉冲的下降沿DO输出一位数据，最终ch为8位二进制数 else ch=(ch1)|0; IOSET=ADC_CS; n=(float)ch*1000/256; if(flag=0) flag=1; OSTaskChangePrio(1,4); OSTimeDlyHMSM(0,0,0,300); /* 函数名称: Task4_Task* 功能描述: 液晶显示任务*/ void Task4(void *p_arg) #if OSCRITICAL_METHOD =3 OS_CPU_SR cpu_sr; #endif

18、uint16 w,q,k; uint8 i; uint8 shu16,shu26; p_arg=p_arg; for(;) shu14=10; w=(uint16)(n*10); k=10000; for(i=0;i4;i+) shu1i=(uint8)(w/k); w=w%k; k=k/10; shu15=(uint8)w; OS_ENTER_CRITICAL(); LCD_num(80,2,shu1,6); shu24=10; q=(uint16)(nb*10); k=10000; for(i=0;i4;i+) shu2i=(uint8)(q/k); q=q%k; k=k/10; shu2

19、5=(uint8)q; LCD_num(80,4,shu2,6); OS_EXIT_CRITICAL(); OSTimeDlyHMSM(0,0,0,100); /* End Of File*/2.自编的LCD驱动程序 (1)头文件LCD.h/* LCD驱动头文件LCD.h(基于LPC21*)* 程序编写者: 吴斌* 编写日期: 2007年11月12日*/#ifndef _LCD_H_#define _LCD_H_#include config.h#define SPI_CLK 0x00000010 /P0.4 #define SPI_DATA 0x00000020 /P0.5 #define

20、RW 0x00000800 /RW#define RS 0x00000400 /RS#define CS1 0x00001000 /CS1#define CS2 0x00002000 /CS2#define E 0x00004000 /E#define Kai 0x3F#define Guang 0x3E#define Hang 0xC0#define Ye 0xB8#define Lie 0x40 #define Setlie(a) IOCLR = RW; IOCLR = RS; send(Lie+a); #define Setye(a) IOCLR = RW; IOCLR = RS; se

21、nd(Ye+a); #define Setweizi(a,b) IOCLR = RW; IOCLR = RS; send(Lie+a); send(Ye+b);#define Write(a) IOCLR = RW; IOSET = RS; send(a);void send(uint8 dat);void LCD_disp(uint8 a,uint8 b,uint8 c,uint8 d,uint8 m,uint8 *shuju) ;void SetCS(uint8 a);void LCD(uint8 a,uint8 b,uint8 c,uint8 d, uint8 *shuju);void

22、LCD_num(uint8 a,uint8 b,uint8 *shuju,uint8 n);void LCD_str(uint8 a,uint8 b,uint8 *strtab,uint8 n);void LCD_hanzi(uint8 a,uint8 b,uint8 *hanzitab,uint8 n);void LCD_xian(uint8 a,uint8 b,uint8 *strtab,uint8 n);void LCD_Main(void);#endif/* End Of File*/ (2)LCD驱动程序LCD.c/* LCD驱动程序(基于LPC21*)* 程序编写者: 吴斌* 编写

23、日期: 2007年11月12日*/#includeLCD.hvoid send(uint8 dat) /用移位寄存器输出一字节数据 uint8 i; IOSET = E; / E = 1 for(i=0; i8; i+) / 发送8位数据 IOCLR = SPI_CLK; / SPI_CLK = 0 if( (dat&0x80)!=0 ) IOSET = SPI_DATA; else IOCLR = SPI_DATA; dat = 1; IOSET = SPI_CLK; / SPI_CLK = 1 IOCLR = E; / E = 0void LCD_disp(uint8 a,uint8 b,uint8 c,uint8 d,uint8 m,uint8 *shuju) /*LCD显示函数,在第a列b页输出大小为c*d的图像(只能选择在左或右屏幕显示) */uint8 i,j,f; SetCS(m); for(j=0;jd;j+) Setweizi(a,j+b); for(i=0;ic;i+) Write(*(shuju+i); for(f=0;f0xFF;f+); void