帶材卷繞張力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要張力控制系統(tǒng)是以卷材為材料的生產(chǎn)機(jī)械上最重要的控制系統(tǒng)，不論產(chǎn)品是紙張、塑料薄膜、紡織品、橡膠片或薄鋼板卷材，都是在一定的張力控制下被輸送到設(shè)備，且在一定的張力下被卷取。在以數(shù)字PID為核心的張力控制系統(tǒng)中，在矩陣鍵盤以及液晶顯示器的幫助下，輸入需要的數(shù)據(jù)后。張力傳感器檢測電路得到模擬電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過放大、濾波、電壓跟隨后送入10位A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)送入AVR單片機(jī)進(jìn)行PID等算法運(yùn)算后，再經(jīng)過12位D/A轉(zhuǎn)換后得到模擬信號(hào)，該信號(hào)用于控制電機(jī)。同時(shí)，還設(shè)計(jì)了一個(gè)以模擬PID為核心的張力控制系統(tǒng)。通過給定張力與反饋張力之差，經(jīng)過模擬PID調(diào)節(jié)器后輸出給變頻器。變頻器根據(jù)控制精度的要求，工作在閉環(huán)速度控制。這種模式采用過程PID,直接進(jìn)行張力控制，原理簡單、調(diào)試方便。還用Multisim9仿真了模擬PID。關(guān)鍵詞：張力傳感器檢測，PID，AVR單片機(jī)注：本設(shè)計(jì)題目來源于教師的企業(yè)科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)為：AbstractTensioncontrolsystemisthemostimportantcontrolsystem,whichisbasedonmembranematerials.Whethertheproductispaper,plasticfilm,textiles,rubbersheetsorthinsteelsheet,theyallaretransferredtothedevice,andisunderacertaintensiontake-up.WiththehelpofmatrixkeyboardandLCDdisplaywecaninputrequireddata.Sothetensionsensordetectioncircuitcanreceiveananalogvoltagesignal.Thesignalafteramplification,filtering,voltagefollower,whichcomeinto10-bitA/Dconverterforanalog-digitalconversion.Itmaygetdigitalsignal.ThedigitalsignalcomeintoMCU,whichmayoperatebyPIDalgorithmormore.Theresultthroughthe12-bitD/Aconversionturnintoanalogsignal.Theanalogsignalisusedtocontrolthemotor.Atthesametime,IalsodesignedatensionsystematthecoreofthePIDcontrol.Throughsettingtensionandfeedbacktension,whichcomeintoanalog-PIDregulator.Theanalog-PIDregulatoroutputtotheinverter.TheInverterundercontrolaccuracyrequirementsisworkinginclosedloopspeedcontrol.ThismodelusestheprocessPID.Thedirecttensioncontrolissimpleandconvenientdebugging.ItsimulatethetensioncontrolsystemwiththehelpofMultisim9.Keywords:Tensionsensordetection,PIDoperation,AVRMCUTOC\o"1-5"\h\z1緒論1張力控制系統(tǒng)概述11.2張力控制系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用11.3課題的目的和意義21.4本課題的主要工作32張力控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)4張力分析42.2張力控制系統(tǒng)原理52.3張力控制系統(tǒng)控制方式選擇62.4張力控制系統(tǒng)控制器方案選擇62.5張力控制系統(tǒng)需求分析73張力控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)93.1硬件設(shè)計(jì)需求分析9數(shù)字PID為核心的硬件設(shè)計(jì)11電源電路硬件設(shè)計(jì)113.2.2張力傳感器檢測硬件設(shè)計(jì)123.2.3信號(hào)處理硬件電路設(shè)計(jì)133.2.4A/D轉(zhuǎn)換硬件電路設(shè)計(jì)153.2.5單片機(jī)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)163.2.6D/A轉(zhuǎn)換電路硬件設(shè)計(jì)193.2.7鍵盤輸入硬件電路設(shè)計(jì)213.2.8顯示電路硬件設(shè)計(jì)22模擬PID為核心的硬件設(shè)計(jì)233.3.1模擬PID調(diào)節(jié)器硬件設(shè)計(jì)23模擬PID系統(tǒng)仿真30變頻器314張力控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)33主程序及初始化子程序334.1.1主程序334.1.2初始化子程序33PID算法程序34采樣程序364.4數(shù)模輸出程序384.5矩陣鍵盤子程序404.6顯示子程序40結(jié)論42參考文獻(xiàn)43致謝44附錄A44附錄B461緒論1.1張力控制系統(tǒng)概述張力控制系統(tǒng)往往是張力傳感器和張力控制器的一種系統(tǒng)集成，目前主要應(yīng)用于冶金、造紙、薄膜、染整、織布、塑膠等線材或帶材設(shè)備上，是一種實(shí)現(xiàn)恒張力或者變張力控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其作用主要是實(shí)現(xiàn)輥間的同步，收卷和放卷的控制［91。這種控制對(duì)設(shè)備的各運(yùn)行階段都必須保持有效，包括設(shè)備的啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速及穩(wěn)定運(yùn)行和擾動(dòng)階段。即使在緊急停車情況下，它也有能力保證卷材不產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞。張力過大會(huì)造成加工材料的拉伸變形甚至斷裂，對(duì)于絕大多數(shù)卷繞系統(tǒng)來說，卷繞過程中卷材斷裂所造成的損失是巨大的。以卷筒紙為例，為了使印刷過程穩(wěn)定，必須保持紙帶張力恒定不變并且有適當(dāng)?shù)拇笮?。張力太小?huì)導(dǎo)致皺褶、套印不準(zhǔn)等弊?。粡埩μ髸?huì)無謂增加機(jī)器負(fù)荷，并容易使紙帶斷裂。而張力不穩(wěn)定會(huì)使紙帶發(fā)生跳動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致套印不準(zhǔn)、重影等問題。例如在化纖紡絲工藝上所需求的不同拉伸比，就需要相應(yīng)的張力來實(shí)現(xiàn)。為了使織物的質(zhì)量穩(wěn)定，張力在整個(gè)過程中應(yīng)該保持穩(wěn)定，波動(dòng)過大就會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量。若張力過大，可能造成化纖網(wǎng)格增大或因應(yīng)力過大而降低使用壽命；若張力過小，可能使織物過松而引起皺褶或者跑偏，大大降低了產(chǎn)品的質(zhì)量。張力過小會(huì)使卷取的材料層與層之間的應(yīng)力變形，造成收卷不整齊，影響加工質(zhì)量；張力大小不穩(wěn)定會(huì)使卷材線速度變化及卷材的松緊程度不同，導(dǎo)致成品率低。因此，張力控制是造紙、塑料、紡織工業(yè)等卷繞自動(dòng)化生產(chǎn)線中的關(guān)鍵技術(shù)。1.2張力控制系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用早期的張力控制系統(tǒng)受技術(shù)水平和設(shè)備的限制，大多數(shù)系統(tǒng)采用模擬量控制，其控制方法以電流電勢復(fù)合張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和最大力矩張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)為主。近幾年來，隨著各類卷繞系統(tǒng)控制技術(shù)智能化、自動(dòng)化的迅猛發(fā)展，很多企業(yè)都將高性能的控制器如MCU（微控制器）、PLC和工業(yè)PC等引入張力控制系統(tǒng)中來，出現(xiàn)了大量的數(shù)字式控制系統(tǒng)⑻。國外大部分卷繞系統(tǒng)都已實(shí)現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī)控制，而在國內(nèi)某些低成本的卷繞系統(tǒng)中數(shù)字化的程度還較低。大多數(shù)高精度的張力控制系統(tǒng)都采用張力環(huán)和速度環(huán)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。在控制算法方面也一改以往單一的PID控制局面，改進(jìn)的PID控制、模糊控制、最優(yōu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、自適應(yīng)控制、魯棒控制等控制思想和控制手段的應(yīng)用⑹，使得張力控制系統(tǒng)朝著更高的控制精度發(fā)展。另外，張力控制系統(tǒng)結(jié)合了最新的電力電子技術(shù)，檢測技術(shù)，數(shù)字控制技術(shù)于一身，向著多功能，一體化，產(chǎn)品系列化的方向發(fā)展⑼。相對(duì)來說，國外張力控制系統(tǒng)設(shè)備不僅對(duì)于卷取過程中張力有嚴(yán)格精確的控制，而且對(duì)于初始建立張力、拋尾過程張力都有較好的控制，并且有友好的人機(jī)界面，完善的功能，如緩沖啟動(dòng)、防松卷功能、手動(dòng)/自動(dòng)控制、模式選取、控制參數(shù)的保存和調(diào)用、自診斷模式、多種通訊接口等，但是價(jià)格卻相對(duì)昂貴［8］。國內(nèi)的張力控制系統(tǒng)基本停留在手動(dòng)隨機(jī)、隨時(shí)控制的水平上，有部分采用模擬檢測、模擬放大控制輸出的產(chǎn)品，可控性和人機(jī)界面差，控制精度不高，迫切需要更新?lián)Q代。1.3課題的目的和意義本課題以在帶材卷繞過程中實(shí)現(xiàn)張力控制為目標(biāo)，提高帶材生產(chǎn)過程中的帶材質(zhì)量，特別對(duì)于次品率的控制，確保帶材產(chǎn)品的合格與優(yōu)良性。張力控制精度對(duì)帶材成品的質(zhì)量有很大的影響，張力過大會(huì)造成帶材的拉伸變形；張力過小會(huì)使帶材材料的層與層之間的應(yīng)力變形，造成收卷不整齊，或者處理尺寸不準(zhǔn)等弊病，影響加工質(zhì)量；張力大小不穩(wěn)定會(huì)使帶材產(chǎn)品跳動(dòng)，導(dǎo)致帶材尺寸不準(zhǔn)或帶材變形等生產(chǎn)故障。因此，為了保證生產(chǎn)的品質(zhì)、效率及可靠性，必需要有一套功能完備的張力控制系統(tǒng)來引導(dǎo)產(chǎn)品加工過程。因而，收放卷作業(yè)的張力控制，便成為通用的基礎(chǔ)技術(shù)。張力控制的作用就是在帶材生產(chǎn)處于動(dòng)態(tài)處理過程中時(shí)，使卷材保持合適的張力，抑制外來干擾引起的張力抖動(dòng)。當(dāng)前，我國張力控制系統(tǒng)的檔次不斷提高，生產(chǎn)對(duì)張力控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求。此時(shí)的張力控制不但用于收卷、放卷，而且也用于生產(chǎn)過程中，目前國內(nèi)產(chǎn)品還滿足不了要求。要求張力小而準(zhǔn)確，穩(wěn)定性要高，對(duì)張力控制器提出了更高的要求。這幾年，國內(nèi)對(duì)張力控制系統(tǒng)的研究越來越多，并提出了種種問題及其解決方案，市面上也有各種型號(hào)的張力控制器，但一般控制精度較低，功能單一，其產(chǎn)品的檔次仍然不能與國外的同類產(chǎn)品相媲美［9］。當(dāng)務(wù)之急是要吸收和借鑒日本及歐美國家當(dāng)今最新型張力控制器的優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法，結(jié)合當(dāng)前最新的研究成果，設(shè)計(jì)出在性能和可靠性方面可以與國外同類產(chǎn)品相媲美的張力控制器。1.4本課題的主要工作我的工作主要完成帶材卷繞張力控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，軟硬件設(shè)計(jì)等。具體的工作容如下：完成系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。根據(jù)任務(wù)要求確定系統(tǒng)的總體框圖，以及系統(tǒng)分成幾個(gè)模塊，各個(gè)模塊的基本要求是什么。方案各個(gè)模塊的硬件設(shè)計(jì)。根據(jù)各個(gè)模塊的要求，確定實(shí)現(xiàn)功能的方法。并且對(duì)各個(gè)核心器件進(jìn)行具體的選型，器件的選擇既要能滿足系統(tǒng)的要求，還要重點(diǎn)考慮價(jià)格以及通用性能等。最后得出整個(gè)系統(tǒng)的原理圖。對(duì)系統(tǒng)模塊進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，首先對(duì)主程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。核心器件的驅(qū)動(dòng)程序的編寫要模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化。最后再將各個(gè)模塊的程序進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)程序編寫工作。用Multisim9這個(gè)模擬仿真軟件，仿真了模擬PID，通過仿真更好的完善了設(shè)計(jì)，并且也驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。2張力控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1張力分析張力控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種輸入量按某種可調(diào)節(jié)的衰減規(guī)律而變化的特殊的隨動(dòng)系統(tǒng)⑼。張力的控制可以說是卷繞系統(tǒng)控制的核心，要實(shí)現(xiàn)良好的張力控制，建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析是必要條件。通常，我們假定卷材在傳動(dòng)輥上沒有滑動(dòng)摩擦，只有粘滯摩擦，卷材的線速度等于膠輥的線速度?？紤]兩個(gè)連續(xù)膠輥，從前一個(gè)膠輥的第一接觸點(diǎn)到后一個(gè)膠輥的第一接觸點(diǎn)之間的張力分布，如圖2.1所示，該分析對(duì)放卷、收卷乃至牽入和牽出過程都是適用的⑻。由胡克定律可知，T=叟J(V-V)dt(2.1)L21式中：T是卷材內(nèi)的張力，a是卷材的橫截面積，￡是楊氏彈性模量，L傳動(dòng)點(diǎn)之間的距離，V是卷筒的線速度，V是卷筒2的線速度，t是卷材傳送時(shí)12間，T=L/V。應(yīng)當(dāng)注意的是，彈性模量會(huì)隨著溫度和濕度等環(huán)境的影響而改變。1可見，卷材在作為張力調(diào)節(jié)對(duì)象時(shí)，是一個(gè)積分環(huán)節(jié)。在啟動(dòng)過程中，我們總是控制v>v,以使卷材內(nèi)產(chǎn)生一定的張力，當(dāng)卷材達(dá)到我們所要求的合適張21力后，應(yīng)該及時(shí)調(diào)節(jié)動(dòng)力機(jī)構(gòu)使凡穩(wěn)定，這樣，卷材就在此張力下穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)際系統(tǒng)中，卷材上的初始張力是借由輕質(zhì)浮動(dòng)輥上相連的彈簧或者低摩擦的氣缸產(chǎn)生，如圖2.2所示:圖2.2張力的產(chǎn)生在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)之前通過彈簧或者氣缸設(shè)定卷材上的初始張力值F,設(shè)卷材張力為T,浮動(dòng)輥重力為G,氣缸摩擦力為關(guān)系統(tǒng)的力平衡方程如下：F=2T-G-f(2.2)當(dāng)系統(tǒng)加減速時(shí)，需要保持卷筒1和卷筒2的線速度相等，即V=V以保證12卷材不會(huì)在過程中由于張力過大而受損。在主電機(jī)速度V穩(wěn)定后，通過控制V的12大小使浮動(dòng)輥保持在設(shè)定的初始張力位置。當(dāng)由于擾動(dòng)使得卷材上的張力產(chǎn)生變化時(shí)，浮動(dòng)輥的力平衡被打破，張力增大時(shí)浮動(dòng)輥會(huì)向上方運(yùn)動(dòng)，張力減小時(shí)浮動(dòng)輥會(huì)向下方運(yùn)動(dòng)。此時(shí)只需要保持V不變，調(diào)整V的大小便可以調(diào)整卷材上12的張力大小。調(diào)整后的張力又反過來影響浮動(dòng)輥的力平衡，直至浮動(dòng)輥返回原位,即張力為F時(shí)位置，則張力擾動(dòng)就被消除了。因此張力控制系統(tǒng)實(shí)際上也是線速度跟隨系統(tǒng)。2?2張力控制系統(tǒng)原理無論多么復(fù)雜的系統(tǒng)，其張力控制原理上總是大同小異，因此可以用一個(gè)簡化的卷繞機(jī)構(gòu)來說明張力控制的原理，如圖2.3所示。圖2.3典型簡單張力控制系統(tǒng)示意圖張力控制裝置整體可以分為三部分：(1)張力/速度檢測裝置；(2)控制裝置;(3)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)器。張力/速度傳感器根據(jù)不同的場合和控制要求進(jìn)行選擇。執(zhí)行機(jī)構(gòu)又分為收卷機(jī)構(gòu)和放卷機(jī)構(gòu)，兩者在有的系統(tǒng)中可以互換?？刂破魇窍到y(tǒng)的控制核心，它將速度、張力等傳感器采集來的信號(hào)進(jìn)行處理，通過與事先給定的控制指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，按照一定的控制策略進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,實(shí)時(shí)調(diào)整控制信號(hào),通過放大環(huán)節(jié)來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最終完成對(duì)張力和速度的調(diào)整。根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同張力控制方式可以分為電機(jī)張力控制系統(tǒng)，電液張力控制系統(tǒng)，磁粉張力控制系統(tǒng)等。在實(shí)際生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)卷繞機(jī)構(gòu)的張力控制主要有三種：采用張力傳感器直接測量加工物的張力，構(gòu)成張力閉壞，或者直接檢測加工物的線速度，構(gòu)成線速度閉環(huán)。稱為直接法；由于引起張力F或者線速度V變化的主要擾動(dòng)量是卷徑D的變化，所以可以米用擾動(dòng)補(bǔ)償控制。稱為間接法；復(fù)合控制，結(jié)合以上兩種方法。不管采用那種控制方案，都必須設(shè)置檢測裝置，構(gòu)成控制閉環(huán)。這在實(shí)際生產(chǎn)中常常帶來許多困難，即使采用擾動(dòng)補(bǔ)償控制也是如此。2.3張力控制系統(tǒng)控制方式選擇按照控制方式可分為開環(huán)控制、直接閉環(huán)控制和間接閉環(huán)控制⑻。開環(huán)控制指的是事先按照張力變化規(guī)律設(shè)定電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，不需要張力反饋環(huán)節(jié)，價(jià)格低廉，但是控制精度低，無法抑制干擾；直接閉環(huán)控制指在實(shí)際生產(chǎn)過程中，將被調(diào)量即張力進(jìn)行反饋，與給定張力相比較，然后利用差值作用在調(diào)節(jié)器上，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)，使輸出張力滿足實(shí)際需求；間接閉環(huán)控制不用張力傳感器，而是通過電機(jī)電流和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，通過控制電流來控制力矩，進(jìn)而達(dá)到控制張力的目的。由于閉環(huán)控制的抗干擾能力強(qiáng)，控制精度高，目前先進(jìn)的卷繞系統(tǒng)均采用閉環(huán)張力控制。因此本系統(tǒng)采用直接閉環(huán)控制方式。2.4張力控制系統(tǒng)控制器方案選擇由于現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了適應(yīng)不同要求的控制器。大體上分為傳統(tǒng)控制器(即模擬控制器)、計(jì)算機(jī)或微機(jī)控制、工控機(jī)或PLC控制器、嵌入式微處理器控制等，并且各有優(yōu)缺點(diǎn)。傳統(tǒng)控制器(即模擬控制器)控制方便，所用的元件數(shù)少，價(jià)格便宜。但是靈活性差，很難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法，通用性也差，但是由于其價(jià)格便宜優(yōu)勢，應(yīng)用也比較多；計(jì)算機(jī)或微機(jī)控制器很方便實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法，強(qiáng)大的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，通用性也比較強(qiáng)。但是對(duì)于工作要求比較嚴(yán)格的時(shí)候，它是不能夠滿足要求的；工控機(jī)或PLC控制器是當(dāng)今應(yīng)用最廣，可靠性最好的控制器。但是有價(jià)格高，體積大等缺點(diǎn)［9］；嵌入式微處理器控制器是新興的應(yīng)用于工業(yè)的控制器，它可以方便實(shí)現(xiàn)各種算法，并且運(yùn)算能力很強(qiáng)大，價(jià)格也比較便宜，通用性也很好。最主要的缺點(diǎn)是可靠性比PLC，工控機(jī)差。但是可以通過科學(xué)的設(shè)計(jì)來把可靠性差的缺點(diǎn)減到最小。綜上所述，本系統(tǒng)采用嵌入式微處理器作為控制器的核心是符合控制要求，同時(shí)也適應(yīng)了時(shí)代發(fā)展的需要。由于傳統(tǒng)控制器，價(jià)格便宜，應(yīng)用也很廣泛，因此也設(shè)計(jì)了一個(gè)以模擬PID為核心的控制器。2?5張力控制系統(tǒng)需求分析這個(gè)張力控制系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)以數(shù)字PID為核心和以模擬PID為核心的系統(tǒng)(1)數(shù)字PID為核心張力控制系統(tǒng)通過上述分析，可以確定本系統(tǒng)采用的是直接閉環(huán)控制以及控制器核心為嵌入式微處理器，并且微處理器具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力，控制復(fù)雜的系統(tǒng)有不可比擬的優(yōu)勢。為了能夠控制張力控制系統(tǒng)的運(yùn)行，必須有鍵盤輸入控制系統(tǒng)的運(yùn)行。為了方便了解張力控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況，必須有顯示器。本設(shè)計(jì)要求通過矩陣鍵盤以及顯示器的幫助下，輸入需要的數(shù)據(jù)后。張力傳感器檢測電路得到模擬電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過放大、濾波、電壓跟隨后送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字量信號(hào)，該數(shù)字量送入嵌入式微處理器進(jìn)行PID等運(yùn)算，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后得到模擬信號(hào)，該信號(hào)用于控制執(zhí)行器。因此本系統(tǒng)包括鍵盤、顯示器、張力傳感器檢測、A/D轉(zhuǎn)換及放大、嵌入式微處理器、D/A轉(zhuǎn)換、執(zhí)行器。

綜合以上分析，可以設(shè)計(jì)出以嵌入式微處理器為核心的系統(tǒng)的方框圖如圖2.4所示。張力傳感器檢測圖2.4張力傳感器檢測圖2.4數(shù)字PID為核心張力控制系統(tǒng)框圖(2)模擬PID為核心的張力控制系統(tǒng)由于以模擬PID為核心的張力控制系統(tǒng)，控制方便，并且價(jià)格便宜，控制靈活，易于實(shí)現(xiàn)模塊快控制。模擬PID為核心的控制器要求包括模擬PID調(diào)節(jié)器，變頻器，電機(jī)，張力傳感器組成。本設(shè)計(jì)要求通過給定張力與反饋張力，經(jīng)過模擬PID調(diào)節(jié)器后輸出給變頻器。變頻器根據(jù)控制精度的要求，工作在閉環(huán)速度控制。這種模式采用過程PID，直接進(jìn)行張力控制，原理簡單、調(diào)試方便。綜合以上分析，可以設(shè)計(jì)出以模擬PID為核心的系統(tǒng)的方框圖如圖2.5所示。圖2.5模擬圖2.5模擬PID為核心張力控制系統(tǒng)3張力控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3?1硬件設(shè)計(jì)需求分析1、嵌入式微處理器為核心的張力控制系統(tǒng)由于張力控制系統(tǒng)包括鍵盤、顯示、張力檢測、嵌入式微處理器、A/D及D/A轉(zhuǎn)換等各個(gè)模塊。鍵盤由于本系統(tǒng)需要輸入的數(shù)據(jù)為0~9,并且還要留有六個(gè)功能鍵，因此用16個(gè)鍵盤。方案1：采用獨(dú)立的16個(gè)鍵盤，但是由于CPU的I/O線比較少，因此采用這個(gè)方法不可行；方案2：采用矩陣鍵盤可以減少對(duì)I/O口線，只需要用8個(gè)I/O口，CPUI/O口線可以提供8個(gè)；因此，在這個(gè)系統(tǒng)中鍵盤采用44矩陣鍵盤。顯示方式選擇本系統(tǒng)要求顯示器的體積小，重量輕，耗電小，低電壓，可以顯示中英文，顯示行數(shù)不小于3行，并且需要顯示張力變化曲線。方案1：采用LED顯示，不能顯示中英文，因此不符合要求；方案2：采用CRT顯示器顯示，重量過重，并且耗電量大，體積大，因此不符合要求；方案3：采用LCD顯示器顯示，LCD顯示可分為字段式，點(diǎn)陣字符式，點(diǎn)陣圖形式，由于要求顯示中英文，所以可采用點(diǎn)陣圖形式，并且要求顯示行數(shù)不少于3行。因此，符合設(shè)計(jì)要求。所以本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是RT12864M漢字點(diǎn)陣圖形。張力傳感器檢測由于本系統(tǒng)得到的信號(hào)要送入A/D轉(zhuǎn)換器，因此采用的是模擬量輸出方式。張力伺服控制系統(tǒng)中所用的張力檢測單元一般為力傳感器式和氣壓浮輥式兩種。方案1：力傳感器式張力檢測單元是通過檢測輪將卷料張力以微變形的方式反映到壓力傳感器上，然后通過應(yīng)變檢出裝置檢出張力，再將信號(hào)經(jīng)放大后送張力控制運(yùn)算單元處理。由于傳感器自重及檢測輪及卷料的重量的存在，即使張力為零，力傳感器的輸出也不為零，而是隨傳感器安裝角度、檢測輥的重量及卷料的重量變化，因此必須調(diào)節(jié)傳感器的零位。基于此單元是以微變形檢測張力，因此當(dāng)處于平衡態(tài)的系統(tǒng)受到較強(qiáng)擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)一般瞬間來不及發(fā)生反應(yīng)，卷料上張力的變化幅值較大，對(duì)張力控制系統(tǒng)盡快重新進(jìn)入平衡不利。方案2：氣壓浮輥式張力檢測單元可以克服較強(qiáng)擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)來不及反應(yīng)的弱點(diǎn)。很顯然，方案2更加符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，由于采樣更加準(zhǔn)確，并且模擬量輸出信號(hào)。因此，選擇氣壓浮輥式張力檢測方式。嵌入式微處理器由于本系統(tǒng)要求可靠性高，并且要求內(nèi)部有ROM(約為15KB)，RAM(約1KB),以及EEPROM(約500B),支持SPI通信，工作時(shí)鐘要達(dá)到12MHz，因此本系統(tǒng)采用的是ATmega16微處理器⑺。⑸A/D轉(zhuǎn)換本系統(tǒng)要求分辨率要達(dá)到5mV,因此A/D轉(zhuǎn)換芯片的位數(shù)是10位，并且要求轉(zhuǎn)換芯片是串口通信的。因此可以選用美國德州儀器公司生產(chǎn)的TLC1549系列，它具有串行控制、連續(xù)逐次逼近型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它采用兩個(gè)差分基準(zhǔn)電壓高阻輸入和一個(gè)三態(tài)輸出構(gòu)成三線接口，其中三態(tài)輸出分別為片選(CS低電平有效)，輸入/輸出時(shí)鐘(I/OCLOCK)，數(shù)據(jù)輸出(DATAOUT)。(6)D/A轉(zhuǎn)換本系統(tǒng)要求輸出電壓分辨率要達(dá)到2.5mV，并且要求D/A芯片的基準(zhǔn)電壓為-10?+10V，本系統(tǒng)采用的是12位的D/A轉(zhuǎn)換芯片才符合要求。并且要求可靠性高，貨源充足，通用性強(qiáng)。因此，選擇TLV5616，它是TI公司生產(chǎn)的12位電壓輸出型數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，具有靈活的四線串行接口，轉(zhuǎn)換時(shí)間為3?9us，最大功耗2.1mW，可編程建立時(shí)間短，2倍增益rail-to-rail輸出。具有兩種封裝形式：SOIC和TSSOP。由于TLV5616采用2倍增益rail-to-rail輸出方式，當(dāng)用戶需要輸出0?5V的模擬量時(shí)，基準(zhǔn)電源為2.5V，用戶需要輸出0?10V的模擬量時(shí)，基準(zhǔn)電源為5V。

綜上所述，硬件組成如表3.1所示。表3?1數(shù)字PID為核心系統(tǒng)硬件組成名稱選擇型號(hào)或方式鍵盤44鍵盤曰TO顯示器RT12864M(LCD點(diǎn)陣型液晶)張力傳感器檢測方式氣壓浮輥式微處理器ATmega16單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換TLC1549(10位，串行通信)D/A轉(zhuǎn)換TLV5616(12位，串行通信)執(zhí)行器電機(jī)2、模擬PID調(diào)節(jié)器為核心的張力控制系統(tǒng)由于整個(gè)系統(tǒng)包括張力檢測、模擬PID、變頻器、三相交流電機(jī)組成。張力檢測方式有力傳感器檢測方式和氣壓浮輥式兩種，由于氣壓浮輥式檢測方便，易于獲得模擬電壓信號(hào)，應(yīng)用也廣泛。因此，本系統(tǒng)張力檢測采用氣壓浮輥式。模擬PID調(diào)節(jié)器采用的是集成運(yùn)放，以及電阻，電容等常用模擬器件搭建。變頻器型號(hào)非常之多，本系統(tǒng)采用的是三菱公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，因?yàn)槿夤旧a(chǎn)的產(chǎn)品可靠性非常之高，并且也符合系統(tǒng)的要求。采用的型號(hào)是FR—A540—1.5K變頻器。該產(chǎn)品功率可達(dá)1.5kW,米用先進(jìn)磁通矢量控制方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整功能，可拆除接線端子，維護(hù)方便；內(nèi)含柔性PWM,實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行；內(nèi)置RS485通信口等多種先進(jìn)功冃匕。電機(jī)采用的疋三相父流異步電機(jī)。綜上所述，硬件組成如下表3.2所示。表3.2模擬PID為核心系統(tǒng)硬件組成名稱選擇型號(hào)或方式張力傳感器檢測方式氣壓浮輥式模擬PID集成運(yùn)放，電阻，電容等模擬器件變頻器三菱公司的FR-A540-1.5K執(zhí)行器三相異步電機(jī)3.2數(shù)字PID為核心的硬件設(shè)計(jì)3.2.1電源電路硬件設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)依據(jù)由于本系統(tǒng)采用的是外部輸入電壓+24V，但是系統(tǒng)需要的電壓等級(jí)為5V,+12V,-12V，以及A/D和D/A電壓基準(zhǔn)5V,并且整個(gè)電路的最大驅(qū)動(dòng)電流不會(huì)超過1A,因此24V轉(zhuǎn)為12V可以采用比較通用的電壓轉(zhuǎn)換芯片7812C。5V系統(tǒng)所需要的最大電流不會(huì)超過500mA，因此12V轉(zhuǎn)為5V電壓轉(zhuǎn)換芯片7805。-12V系統(tǒng)所需要的最大電流不會(huì)超過100mA,12V轉(zhuǎn)為-12V，所以在這個(gè)系統(tǒng)中采用的電壓轉(zhuǎn)換芯片為MIC4680B。MIC4680B不僅輸入電壓范圍寬，轉(zhuǎn)換的效率也是達(dá)到95%，價(jià)格也比較便宜，貨源也很充足，工作穩(wěn)定性也很高。A/D和D/A電壓基準(zhǔn)5V選用MAX6143AASA50，該電壓芯片輸出電壓范圍為4.9970?5.0030V，這個(gè)電壓非常之精確，溫度變化對(duì)該芯片的工作影響很小。2、設(shè)計(jì)電路圖根據(jù)以上設(shè)計(jì)依據(jù)，以及各個(gè)芯片的電氣特性，設(shè)計(jì)出如圖3.1的電路圖：圖3.1電源硬件電路圖3.2.2張力傳感器檢測硬件設(shè)計(jì)氣壓浮輥式張力檢測單元通過對(duì)連接在檢測輥浮動(dòng)擺臂上的彈簧及阻尼機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)來檢測卷料的張力，當(dāng)彈簧及阻尼機(jī)構(gòu)設(shè)定后，擺臂上的彈簧及阻尼機(jī)構(gòu)推力F1即為定值，如浮動(dòng)輥上的卷料拉力2F（F為卷料張力）加擺輥重力的水平分量不能與F1平衡，則擺臂即偏離原來的位置，而使連接于擺臂端的電位器發(fā)生偏轉(zhuǎn)，忽略擺輥重力的影響，此偏轉(zhuǎn)即為實(shí)際張力與設(shè)定值的偏差。通過張力伺服系統(tǒng)控制糾偏后，浮動(dòng)輥應(yīng)停流在圖示的平衡位置，此時(shí)，擺輥重力的影響亦自然消除，實(shí)際卷料張力與期望值相等。處于平衡態(tài)的該類系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生較強(qiáng)擾動(dòng)時(shí)，如系統(tǒng)瞬間來不及發(fā)生反應(yīng)，則卷料上的張力波動(dòng)可暫時(shí)因浮動(dòng)輥的偏擺而得到有效緩解。浮輥式電路圖如圖3.2所示。只要在連桿的活動(dòng)端接有電位器，將浮動(dòng)輥的位置變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。這種方式檢測精度取決于模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及信號(hào)處理電路的精度。3.2.3信號(hào)處理硬件電路設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)依據(jù)由于張力傳感器送來的信號(hào)非常微弱，通常只有幾個(gè)毫伏，所以在將張力傳感器傳送來的張力信號(hào)送入采集模塊A/D之前，必須要經(jīng)過信號(hào)放大環(huán)節(jié)。這部分的運(yùn)算放大器我們采用了OP-O7。0P-07是一種低失調(diào)低漂移運(yùn)放，其輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流也比較小，所以其運(yùn)放精度也相當(dāng)高，很適用于微弱信號(hào)精密放大。而且這種運(yùn)放貨源十分充足、價(jià)格便宜。通過OP-07放大的信號(hào)含有很多高頻分量，還必須經(jīng)過濾波，加大負(fù)載能力才能接入A/D轉(zhuǎn)換器，所以設(shè)計(jì)了型低通濾波器以及電壓跟隨器。2、設(shè)計(jì)電路圖設(shè)計(jì)電路圖如下圖3.3所示。

TESTIN?6TESTOUTTESTER-3U5AU6TLC1549OP07MD輸入0.0211F:-.CC-iF0.01nF。］R6+1%TESTIN?6TESTOUTTESTER-3U5AU6TLC1549OP07MD輸入0.0211F:-.CC-iF0.01nF。］R6+1%亠d10K1MS+5VDDOP07+12VD.OlnFS+5WD7ADCLK6ADDAT5ADCSREF4VCCINCLKREF-DATGNDCS圖3.3信號(hào)處理硬件電路原理圖電路分析如下:0P-07組成的放大電路設(shè)張力傳感器傳送的張力信號(hào)為u.;，則經(jīng)過放大后輸出信號(hào)為:i(3.1)二(1+2^1°)X1000XU二492U(3.1)5.110ii當(dāng)張力信號(hào)在0?10mV范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，經(jīng)過放大后的張力信號(hào)在0?5V之間,所以信號(hào)經(jīng)過放大、濾波、加大輸出信號(hào)電流驅(qū)動(dòng)能力后可以直接對(duì)其進(jìn)行采樣。沢型低通濾波器及電壓跟隨器12低通濾波器的截止頻率f=丄(-^)1/3Hz，電壓跟隨器加大了采樣信號(hào)的02“RLC2電流驅(qū)動(dòng)能力，因?yàn)榈玫降哪M信號(hào)電流驅(qū)動(dòng)能力可能不足。Multisim9仿真利用Multisim9仿真軟件仿真驗(yàn)證如下圖3.4所示:

衛(wèi)V4—12V~~-~W\-210kQOP07AH:：10kQL_V3：--12V土「1Lr3R210kD>5.1kQ4衛(wèi)V215卞VGVR7-WV1MQFZlV8C3—12V*Q.Q1iiFTlO衛(wèi)V4—12V~~-~W\-210kQOP07AH:：10kQL_V3：--12V土「1Lr3R210kD>5.1kQ4衛(wèi)V215卞VGVR7-WV1MQFZlV8C3—12V*Q.Q1iiFTlOOP07AHL11622mH7R8---WV10kD4-12OP07AH—12V4-12V112R5AAA■-10kD13圖3.4忡18_LV5—12VTOC1

^0.02uF

0C2^0.02uF0OP07AHJlv?二」2VTODC10MQ信號(hào)處理電路Multisim9仿真輸入為5mV，輸出應(yīng)為U計(jì)是符合要求的。3.2.4A/D轉(zhuǎn)換硬件電路設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)依據(jù)由于TLC1549采用CMOS工藝。內(nèi)部具有自動(dòng)采樣保持、可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍、抗噪聲干擾功能，而且開關(guān)電容設(shè)計(jì)使在滿刻度時(shí)總誤差最大僅為±1LSB(4.8mV)。TLC1549在工作溫度范圍內(nèi)的極限參數(shù)：電源電壓范圍：-0.5V?6.5V；輸入電壓范圍：-0.3V?VCC+0.3V；輸出電壓范圍：-0.3?VCC+0.3V；正基準(zhǔn)電壓：VCC+0.1V；負(fù)基準(zhǔn)電壓：-0.1V；峰值輸入電流：+20mA；峰值總輸入電流：±30mA；TLC1549工作原理：TLC1549具有6種串行接口時(shí)序模式，這些模式是由I/OCLOCK周期和CS

定義。根據(jù)TLC1549的功能結(jié)構(gòu)和工作時(shí)序，其工作過程可分為3個(gè)階段：模擬量采樣、模擬量轉(zhuǎn)換和數(shù)字量傳輸。其讀取時(shí)序圖如下圖3.5所示：(seeNoteA)I/OCLOCKFinFIFIFIFirnFlFIMX////////^FlDATAOUTKE)SampleCycleBfA9A3PreviousConversionDataHi-ZStateIMSBInitializeI/OCLOCKFinFIFIFIFirnFlFIMX////////^FlDATAOUTKE)SampleCycleBfA9A3PreviousConversionDataHi-ZStateIMSBInitializeA2A1AO圖3.5TLC1549時(shí)序圖1A/DConversion—?L即日IInterval丨(<21gs)Initialize2、設(shè)計(jì)電路圖根據(jù)以上分析可以設(shè)計(jì)出如下電路圖如圖3.6所示。.03ANALOGIN=^C8103+5VAA］「1.03ANALOGIN=^C8103+5VAA］「1U6TLC15498REFWCC：INC：LKREF-D.\TGNDCS+5VDDADC：LKADDATADCS圖3.6A/D轉(zhuǎn)換硬件電路圖中的AD_CLK,AD_DAT,AD_CS都接去單片機(jī)的I/O口，電容是用來濾波的。3.2.5單片機(jī)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)依據(jù)ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。一條指令的執(zhí)行只需一個(gè)時(shí)鐘周期，與傳統(tǒng)的單片機(jī)相比較，速度要快很多倍。ATmega16有如下特點(diǎn)：16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash（具有同時(shí)讀寫的能力即RWW）,512字節(jié)EEPROM,1K字節(jié)SRAM,32個(gè)通用I/O口線，32個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益(TQFP封裝)的ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè)SPI串行端口，以及六個(gè)可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。(1)復(fù)位電路及看門狗電路硬件設(shè)計(jì)近年來，微處理器在工業(yè)控制領(lǐng)域和智能化產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。在系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)過程中。為了提高其抗干擾能力。監(jiān)控芯片是首選技術(shù)措施之一。監(jiān)控芯片可為系統(tǒng)提供上電，掉電復(fù)位功能。也可提供其它功能。如后備電池管理，存儲(chǔ)器保護(hù)，低電壓告警或看門狗等。美國IMP公司生產(chǎn)的系統(tǒng)IMP監(jiān)控芯片具有功能多，功耗低的特點(diǎn)。而且工作溫度范圍寬，使用簡單價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。IMP706能在上電，掉電期間或手動(dòng)情況下產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。它內(nèi)含一個(gè)1.6s的看門狗定時(shí)器和4.4V的電源電壓監(jiān)視器。另外。還有一個(gè)1.25V門限的電源故障報(bào)警電路?？捎糜跈z測電池電壓和非5V的電源。IMP706引腳圖3.7所示可如【可如【7]PTO圖3.7IMP706引腳圖MR(1):手動(dòng)復(fù)位輸入；VCC(2):電源輸入；GND(3):所有信號(hào)的基準(zhǔn)地；PFI(4)：電源故障電壓監(jiān)控輸入，當(dāng)PFI小于1.25V時(shí)，PFO變?yōu)榈碗娖剑籔FO(5)：電源故障輸出；WDI(6)：看門狗輸入。當(dāng)WDI保持高電平或低電平達(dá)1.6s時(shí)可使內(nèi)部定時(shí)器完成計(jì)數(shù)，并置WDO為低；RESET(7):低電平有效的復(fù)位輸出；WDO(8):看門狗輸出。如果連接到MR將會(huì)觸發(fā)復(fù)位信號(hào)；根據(jù)以上綜述，可以設(shè)計(jì)出如下電路圖如圖3.8所示。-WDD-WDDD4R14D4R1410K1N4148104SW-PB^=創(chuàng)OS172■134U7砸WDOVCCRSTGNDWDI104SW-PB^=創(chuàng)OS172■134U7砸WDOVCCRSTGNDWDIPHPFDIMP706762WDTU8AMD-5VDDUl?AND32iMSKI圖3.8復(fù)位及看門狗電路當(dāng)電源電壓過低，或者手動(dòng)復(fù)位，或者看門狗溢出時(shí)，輸出低電平使單片機(jī)復(fù)位，加強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。(2)時(shí)鐘電路及ISP下載硬件設(shè)計(jì)ATmegal6已經(jīng)內(nèi)置了RC振蕩線路，可以產(chǎn)生IM、2M、4M、8M的振蕩頻率。不過，內(nèi)置的畢竟是RC振蕩，在一些要求較高的場合，要使用外部時(shí)鐘。本系統(tǒng)由于要求比較高，因此選擇外部時(shí)鐘。一般的下載編程必須將芯片從PCB板取下，放到專用的編程設(shè)備上才能將系統(tǒng)的執(zhí)行代碼下載到芯片中，然后再將芯片放回到PCB上，這對(duì)于系統(tǒng)調(diào)試和生產(chǎn)都非常之不方便。為了解決上述缺點(diǎn)，增加一個(gè)ISP下載接口。ISP下載接口，不需要任何的外圍零件。使用雙排25插座。由于沒有外圍零件，故MOSI、MISO、SCK、復(fù)位腳仍可以正常使用，不受ISP的干擾。設(shè)計(jì)電路圖如下圖3.9所示。

+5\DDRST-二SCK計(jì)MISO黑SHST1234567S910JP1ESPMOSIi-nso34J6_7SPIMOSIR2012KPBO(TO)乂PBi(ri)>PB2(AINO)PB3(ARJ1)PB4(SS)+5\DDRST-二SCK計(jì)MISO黑SHST1234567S910JP1ESPMOSIi-nso34J6_7SPIMOSIR2012KPBO(TO)乂PBi(ri)>PB2(AINO)PB3(ARJ1)PB4(SS)PB5(MOSI)PB6(NDSO)PB7(SCK)(ADCQ)PAO(ADC：1)PA1(ADC2JPA2(ADCS)PAS(ADC4)FA4(ADC5)PA5(ADC-6)PA6(ADC7)PA7SPINflSOR2032KSPISCKR2002KKEY114T?KEY3KEY417^：1921~KEY2SW4RSTC12XTAL11322pF12XTAL2C1522pFPDOfRXD)PDl(TXD)PD2(INTO)PD3(INT1)PD4(OC-1B)PD5(O<-1A)PD6(ICT}'PD7C^OSC2)rcoPCIPC2PCSPC4PC：5(TOSCl)PC^(TOSC2)K-7U440WDT39ADDAT38ADCS37ADCLK36DAFS35DACS34DACLK33DADAT222324YDAT25YCLK26DA+1027DA-1012829RESETXIAREFAGNDAVCCATMEGA16DIP403231-30~『VDD+5XDD單片機(jī)系統(tǒng)TDD'ITroa—1——Cl08103圖3.9單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖中MOSI,MISO,SCK既作為ISP下載之用，也可以用于普通的I/O口。為了保證這三個(gè)端口能作為普通I/O之用，需要串之3個(gè)隔離電阻，阻值在2K左右。326D/A轉(zhuǎn)換電路硬件設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)依據(jù)TLV5616是一種基于電阻串結(jié)構(gòu)的12位DAC，器件由串行接口、速度和掉電控制邏輯、基準(zhǔn)輸入緩沖器、電阻串以及滿幅度輸出緩沖器組成。其輸出電壓由下式給出：(3.2)V=2』deout409予(3.2)滿度值取決于外部基準(zhǔn)。其中V是基準(zhǔn)電壓，code是在0?4095范圍內(nèi)的ref輸人數(shù)據(jù)。上電復(fù)位時(shí)，最初把內(nèi)部鎖存器復(fù)位到預(yù)定狀態(tài)（所有位均為0）。TLV5616管腳圖如下圖3.10所示。DIN[1U8]VDDSCLK[27]OUTCS[36]REFINFS[45]AGND圖3.10TLV5616管腳圖CS:片選，低電平激活；FS：幀同步輸入，幀同步脈沖的下降沿表示串行數(shù)據(jù)幀的開始；SCLK:串行時(shí)鐘輸入；DIN：串行數(shù)據(jù)輸入；2、設(shè)計(jì)電路圖根據(jù)以上設(shè)計(jì)分析以及讀芯片資料，設(shè)計(jì)電路圖如下圖3.11所示。圖3.11D/A輸出電路電路圖分析：該電路圖D/A輸出電壓V=2V^Ode，圖中的兩個(gè)4066是outref4095模擬開關(guān)，分別控制輸出電壓是-10?0V,還是0?10V。其中的電壓跟隨器是提高輸出電壓的負(fù)載能力，另外一個(gè)是反相電路是用來將電壓反相，實(shí)現(xiàn)-10?0V之間的電壓輸出。

327鍵盤輸入硬件電路設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)依據(jù)在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口就可以構(gòu)成4x4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的I/O口作為輸出端，而行線所接的I/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。2、設(shè)計(jì)電路圖電路硬件設(shè)計(jì)如下圖3.12所示。KEY4RIO4K7KEY3KEY2R124K7KEY1S1S9S13■0SW1S10S14311S13S12S16S3Rll4K7KEY3KEY2R124K7KEY1S1S9S13■0SW1S10S14311S13S12S16S3圖3.124x4鍵盤輸入電路在電路中，1/0口線的電流驅(qū)動(dòng)大約1mA，就符合要求，因此接4K7上拉電阻，起限流作用。(3.3)(3.3)(3.3)(3.3)電路圖設(shè)計(jì)如下圖電路圖設(shè)計(jì)如下圖3.13所示。328顯示電路硬件設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)依據(jù)(1)RT12864M技術(shù)參數(shù)說明表3.3RT12864M技術(shù)參數(shù)顯示容量128x64點(diǎn)尺寸0.44x0.60(WXH)mm工作電壓4.8?5.2V模塊最佳工作電壓5.0V工作電流4.0mA(5.0V)背光源綠色黃綠(5.0V)背光源工作電流〈150mA(2)RT12864M引腳說明表3.4RT12864M的引腳說明引腳號(hào)引腳名稱方向功能說明1VSS—模塊的電源地2VDD—模塊的電源正端3V0—LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸入端4RS(CS)H/L并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號(hào);串行的片選信號(hào)5R/W(SID)H/L并行的讀寫選擇信號(hào);串行的數(shù)據(jù)口6E(CLK)H/L并行的使能信號(hào);串行的同步時(shí)鐘7DB0H/L數(shù)據(jù)08DB1H/L數(shù)據(jù)19DB2H/L數(shù)據(jù)210DB3H/L數(shù)據(jù)311DB4H/L數(shù)據(jù)412DB5H/L數(shù)據(jù)513DB6H/L數(shù)據(jù)614DB7H/L數(shù)據(jù)715PSBH/L并/串行接口選擇;H-并行;L-串行16NC空腳17/RETH/L復(fù)位低電平有效18NC空腳19LEDA—背光源正極(LED+5V)20LEDK—背光源負(fù)極(LED-0V)邏輯工作電壓(VDD)：4.5?5.5V；電源地(GND)：0V；工作溫度(Ta):0?60(常溫)/-20?75(寬溫)；2、設(shè)計(jì)電路圖

+5+5VDD123+5VDDYY一+5VDDYY一567891011121314151617181920IC0N20圖3.13液晶顯示電路其中，本次LCD是采用串行通信的，因此只需要兩條數(shù)據(jù)線與MCU連接。引腳3的電路是用來調(diào)節(jié)背光的。引腳15直接接地選擇串行通信。3.3模擬PID為核心的硬件設(shè)計(jì)3.3.1模擬PID調(diào)節(jié)器硬件設(shè)計(jì)1、PID概述比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，PID控制的框圖如下圖3.14所示。圖3.14PID控制比例(P)控制：u(t)=Kxe(t)TOC\o"1-5"\h\z比例+積分(PI)控制器：u(t)二K[e(t)+丄Je(p)dT](3.4)ptI0比例+積分+微分(PID)控制器：u(t)二K[e(t)+丄Je(P)dP+T◎](3.5)PTDdtI0式中，K為比例放大系數(shù)；T為積分時(shí)問；T為微分時(shí)間。PID比例(P)控制比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-stateerror)。積分(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。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)(SystemwithSteady-stateError)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。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。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。微分(D)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。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。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。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。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⑵。2、PID調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)及仿真根據(jù)以上概述，可以設(shè)計(jì)出PID調(diào)節(jié)器框圖如下圖3.15所示。根據(jù)PID框圖，可以設(shè)計(jì)出如下PID調(diào)節(jié)器電路圖如下圖3.16所示。R210KO_Lltl15%Key=A—-15VR12A-'Vv10k0R1610k0XSC110k0R14AAV-110k0R13V-A-VoUR210KO_Lltl15%Key=A—-15VR12A-'Vv10k0R1610k0XSC110k0R14AAV-110k0R13V-A-VoU圖3.16PID調(diào)節(jié)器電路運(yùn)用Multisim9軟件仿真如下圖3.17所示。Oscilloscope-ZSCl改變K,T,T任一參數(shù)，仿真如下圖3.18所示。PIDT1出』T2*|刁Timemsms2.0D0msChannel_A2.449V13.566V11.117VChannel_BChannel_CChannel_D12*ReverseSaveChannelATriggerGNDScale|2D0us/DivScale|1D訶匸加Xposition)DYposrtion11.2TlrTiebaseY,A/BI.A+BACAPID仿真電路ageK正」LevelVSing.|Nor..?^opkiTieI3、模擬PID系統(tǒng)仿真一個(gè)PID控制系統(tǒng)包括輸入，PID運(yùn)算、對(duì)象、反饋環(huán)節(jié)四個(gè)部分組成。其控制框圖一般如下圖3.19控制框圖一般如下圖3.19所示。輸入圖3.19PID控制系統(tǒng)輸入給定值同反饋回來的值做差后得到差值e(t),e(t)經(jīng)過PID運(yùn)算后作用于被控對(duì)象，被控對(duì)象再反饋輸入。從而實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。理想PID控制系統(tǒng)的階躍輸入曲線如下圖3.20所示。PID控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)輸出曲線如下圖3.21所示。圖3.21PID圖3.21PID控制系統(tǒng)輸出根據(jù)以上PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)模擬PID系統(tǒng)電路如下圖3.22所示。R27[10kQPkey=Space31R2410kQ^0R23r-2—-W-v丄10kQo8kR21O—w￡1k1OkQR13R27[10kQPkey=Space31R2410kQ^0R23r-2—-W-v丄10kQo8kR21O—w￡1k1OkQR1325lok16C3jROnF——1OkQR141OkQR佃-VvV10kQ—-15V"TOil3500kQ圖3.22PID系統(tǒng)電路圖電路圖分析:輸入電路功能：輸入設(shè)定值V與反饋值V相減得到差值e(t)，ife(t)=-(V—V)。電路圖如下圖3.23所示。if圖3.23階躍輸入電路rrsPID調(diào)節(jié)電路功能：將差值e(t)進(jìn)行PID運(yùn)算，此時(shí)輸出V二Kxe(t)+Kfe(t)dt+Kde(t)，電路圖如下圖3.24所示。0PIDt0*U1BM324DKey=A100kQ10kQR16

-Wv10kGR2Key=B1KQ50%R22-AAA200QC1Tl''O.OOSuFU1CLM324DR13AW10kGU2AZlV5—-15V*U1BM324DKey=A100kQ10kQR16

-Wv10kGR2Key=B1KQ50%R22-AAA200QC1Tl''O.OOSuFU1CLM324DR13AW10kGU2AZlV5—-15VLFV1324DV415V

TR10_Wv50E12C2似QTl0.005UFLM324DR14■VA_10kQ^jdOiiF21ID2-%V50%R3Key=C1kQ圖3.24PID調(diào)節(jié)器電路反饋電路功能：將輸出信號(hào)反饋于輸入，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，電路圖如下圖3.25所示。

—15V圖3.25反饋電路3.3.2模擬PID系統(tǒng)仿真(1)當(dāng)放大系數(shù)Kp=5時(shí)，輸出波形如下圖3.26所示。圖3.26電路仿真結(jié)果由圖可以知道超調(diào)量a=(1.274-1)/1100%=27.4%，峰值時(shí)間t=17.548us,p上升時(shí)間t=13.702us，建立穩(wěn)定時(shí)間t=28.141us。

同理改變不同的K,T,T可以得到不同的結(jié)果如下圖3.27所示。PID圖3.27電路仿真結(jié)果3.3.3變頻器1、設(shè)計(jì)依據(jù)變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測單元微處理單元等組成的。三菱公司的FR—A540—1.5K變頻器來驅(qū)動(dòng)三相交流電機(jī)。該產(chǎn)品功率可達(dá)1.5kw，采用先進(jìn)磁通矢量控制方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整功能，可拆御接線端子，維護(hù)方便；內(nèi)含柔性PWM,實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行；內(nèi)置RS485通信口等多種先進(jìn)功能。2、設(shè)計(jì)電路圖根據(jù)以上設(shè)計(jì)依據(jù)可以得到變頻器電路圖如下圖3.28所示。變頻器圖3.28變頻器電路2和5是速度給定，可由模擬PID模塊給定，AM和5號(hào)端口可以得到電機(jī)的速度信號(hào)，通過改變變頻器的頻率改變交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。同時(shí)還有報(bào)警輸出，一旦出現(xiàn)故障，立即發(fā)出信號(hào)。4張力控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序及初始化子程序4.1.1主程序控制系統(tǒng)以硬件資源作為物理基礎(chǔ)，其功能的實(shí)現(xiàn)最終是靠程序來保證［9］。控制軟件是微機(jī)控制系統(tǒng)重要的組成部分，它通過軟件程序來協(xié)調(diào)各硬件的工作以完成控制系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，將整個(gè)程序分成若干個(gè)子模塊，這樣編寫的程序清晰，調(diào)試和維護(hù)方便。卷繞張力控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)包括主程序及初始化子程序，A/D及D/A程序模塊，液晶程序模塊，鍵盤輸入程序模塊。本張力控制系統(tǒng)主要能實(shí)現(xiàn)張力檢測，得到模擬信號(hào)后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入嵌入式微處理器處理后，經(jīng)D/A輸出模擬-10?10V電壓，并且還要實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入，顯示功能。因此，主程序流程圖如下圖4.1所示。圖4.1主程序流程圖4.1.2初始化子程序由于要使各個(gè)器件能夠正常工作，還必須要對(duì)這些重要器件初始化。初始化的包括I/O,液晶12864，內(nèi)部定時(shí)器等。初始化子程序流程圖如下圖4.2所示。

圖4.2初始化子程序流程圖4.2PID算法程序數(shù)字PID算法有位置型PID控制算法及增量型PID控制算法。由于位置型算法與各次采樣值有關(guān)，需要知道所有的歷史值，占用較多的存儲(chǔ)空間。而增量型PID算法僅與最近幾次采樣值有關(guān)，累加誤差小，這個(gè)在嵌入式微處理系統(tǒng)是非常之有用的。因此本系統(tǒng)采用的是增量型PID控制算法⑶。增量型PID控制算法數(shù)學(xué)推導(dǎo)如下：TOC\o"1-5"\h\z求出每步的控制量△u(k)二u(k)-u(k-l)(4.1)又因?yàn)閡(k-1)=K{e(k-1)+—fe(f)+-D[e(k-1)-e(k-2)]}(4.2)pTTIj=0結(jié)合4.1，4.2各式可得增量式PID控制算法表達(dá)式如下：Au(k)=K{[e(k)-e(k-1)]+—e(k)+-D[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]}(4.3)P——I或Au(k)=K{[e(k)-e(k-1)]+Ke(k)+K[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]}(4.4)PID為了編程方便，可將式4.3，4.4整理成如下形式：(4.5)(4.6)(4.7)(4.8)Au(k)=qe(k)+qe(k-1)+qe(k(4.5)(4.6)(4.7)(4.8)其中q0其中q0=K(1+—+—D)P——qq=-K(1+2q2=—增量型PID控制算法流程圖如下圖4.3所示。計(jì)算參數(shù)q0,ql,q2取設(shè)定值ur,計(jì)算參數(shù)q0,ql,q2取設(shè)定值ur,*取A/D轉(zhuǎn)換經(jīng)

過處理數(shù)據(jù)——ui(k)—.*

計(jì)算偏差值e(n)=ur-ui(k)計(jì)算控制量Au=q0*e(n)+q1*e(n

-1)+q2*e(n-2)為下一時(shí)刻做準(zhǔn)備e(n)->e(n-1),e(n-1)->e(n-2)輸出Au結(jié)束圖4.3增量型PID控制算法增量型PID控制算法子程序如下所示。#definePID_Kp7#definePID_Ti8#definePID_Td5#definePID_T10structPID_STATE{floatset_value;floatPID_inc_uk;floatPID_q0;floatPID_q1;floatPID_q2;floaterror;//e(k)floatpre_error;//e(k-1)floatlast_error;//e(k-2)}PID_para;voidseek_PID_q0(void){floattemp;temp=(1+(PID_T/PID_Ti)+(PID_Td/PID_T))*PID_Kp;PID_para->PID_q0=temp;voidseek_PID_ql(void){floattemp;temp=-(PID_Kp*(1+2*PID_Td/PID_T));PID_para->PID_q1i=temp;}voidseek_PID_q2(void){floattemp;temp=PID_Kp*PID_Td/PID_T));PID_para->PID_q2=temp;}voidPID_init_q(void){seek_PID_qO();seek_PID_q1();seek_PID_q2();}floatPID_arithmetic(floatPID_cur_value){floatPID_inc_uk;PID_para->error=PID_para->set_value-PID_cur_value;//e(k)=uk-u(k-1)PID_inc_uk=PID_para->error*PID_para->PID_qO;〃比例環(huán)節(jié)kp*e(k)PID_inc_uk=PID_inc_uk+PID_para->PID_q1*PID_para->pre_error;〃積分ki*e(k-1)PID_inc_uk=PID_inc_uk+PID_para->PID_q2*PID_para->last_error;〃微分kd*e(k-2)PID_para->pre_error=PID_para->error;//e(k-1)=e(k)PID_para->last_error=PID_para->pre_error;//e(k-2)=e(k-1)returnPID_inc_uk;}4.3采樣程序本張力系統(tǒng)是以A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC1549為核心的，因此，采樣工作的核心是TLC1549。

TLC1549分快速方式和慢速方式，這個(gè)主要取決于I/OCLOCK周期的大小,一般大于280KHz為快速方式，小于280KHz為慢速方式。TLC1549時(shí)序圖如下圖4.4所示。VOCLOCK(seeNoteA)TrLFLFLFLFLFLFLFLJ7UT4SampleCycleBDATAOUTfA9A8A7A4A3A2A1VOCLOCK(seeNoteA)TrLFLFLFLFLFLFLFLJ7UT4SampleCycleBDATAOUTfA9A8A7A4A3A2A1AOHi-ZStateIMSBPreviousConversionDataLSBIrniitiialinraA/DConversion—?Interval丨(<21jis)Initialize圖4.4TLC1549時(shí)序圖在芯片選擇(CS)無效情況下，I/OCLOCK最初被禁止且DATAOUT處于高阻狀態(tài)。當(dāng)串行接口把CS拉至有效時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)序開始允許I/OCLOCK工作并使DATAOUT脫離高阻狀態(tài)。串行接口然后把I/OCLOCK序列提供給I/OCLOCK并從DATAOUT接收前次轉(zhuǎn)換結(jié)果。I/OCLOCK從主機(jī)串行接口接收長度在10和16個(gè)時(shí)鐘之間的輸人序列。開始10個(gè)I/O時(shí)鐘提供采樣模擬輸入的控制時(shí)序。采樣流程圖如下圖4.5所示。讀取A/D數(shù)據(jù),并轉(zhuǎn)換為十進(jìn)讀取A/D數(shù)據(jù),并轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)-Y吒?是否采集了4次圖4.5A/D米樣流程圖A/D子程序如下。voidtest(){datauchari;cs_ad=1;〃禁止i/oclock

cs_ad=O;〃開啟控制電路，使能dataout和i/oclockresult=0;//清轉(zhuǎn)換變量for(i=0;ivl0;i++)〃采集10次，即lObit{clk=0;result*=2;if(dout)result++;clk=1;}delay(590);cs_ad=1;//dataout返回到高阻狀態(tài)而終止序列}voiddelay(uintz)〃延時(shí)函數(shù){uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}4.4數(shù)模輸出程序本系統(tǒng)要求輸出電壓為-10?+10V。采用的是TLV5616芯片。TLV5616時(shí)序圖如下圖4.6所示。SCLKDIN本系統(tǒng)要求輸出電壓為-10?+10V。采用的是TLV5616芯片。TLV5616時(shí)序圖如下圖4.6所示。SCLKDINCSFSX圖4.6TLV5616時(shí)序圖(su(FSjCK)tsu(CS-FS)十twH(FS}16X：tsu(C16-CS)在數(shù)據(jù)傳送時(shí)，首先片選端輸出低電平，從FS下降沿開始，SCLK的下降沿使DIN的數(shù)據(jù)從高位到低位依次進(jìn)入DAC的移位寄存器，F(xiàn)S變成高電平后，移位寄存器的值送入DAC鎖存器，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換并輸出。數(shù)模輸出流程圖如下圖4.7所示。圖4.7D/A輸出流程圖D/A子程序如下。voidtlv5616_da(unsignedintda){uchari;davv=4;tlv5616_cs=0;tlv5616_clk=1;tlv5616_fs=0;for(i=0;iv16;i++){_nop();_nop();tlv5616_data=(bit)(da&0x8000);tlv5616_clk=0;nop();_nop();da<<=1;tlv5616_clk=1;nop();_nop();}tlv5616_cs=1;tlv5616_fs=1;tlv5616_clk=0;for(i=0;ivl6;i++);}4.5矩陣鍵盤子程序矩陣式鍵盤的按鍵識(shí)別方法行掃描法：行掃描法又稱為逐行(或列)掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識(shí)別方法。1、判斷鍵盤中有無鍵按下，將全部行線置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。2、判斷閉合鍵所在的位置，在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。矩陣式鍵盤流程圖如下圖4.8所示。圖4.8矩陣式鍵盤流程圖4.6顯示子程序顯示子程序主要完成系統(tǒng)當(dāng)前張力值以及單片機(jī)自檢、復(fù)位信息和一些通信故障的顯示。本系統(tǒng)中RT12864M芯片中子程序的書寫，主要是根據(jù)datasheet的時(shí)序圖以及該液晶控制方式說明來編寫的。RT12864的時(shí)序圖如下圖4.9所示。

J123SIDr~\r~\r\r[:l叫呵0J123SIDr~\r~\r\r[:l叫呵0(D7jD6jD5jD4]0I…M心：：-」PBitstring寫控制字寫入數(shù)據(jù)

位置寫控制字寫入數(shù)據(jù)

位置寫入數(shù)據(jù)顯示子程序流程圖如下圖4.10所示。t顯示*返回圖4.10顯示程序流程圖本文設(shè)計(jì)了兩個(gè)張力控制器，一個(gè)是以嵌入式微處理器為核心的張力控制系統(tǒng)，另一個(gè)是以模擬PID為核心的張力控制系統(tǒng)。嵌入式微處理器為核心的張力控制系統(tǒng)包括了張力檢測，信號(hào)處理，A/D轉(zhuǎn)換，PID等算法的處理，D/A輸出等幾個(gè)模塊。對(duì)各個(gè)模塊都詳細(xì)的給出了設(shè)計(jì)硬件原理圖，并在附錄中給出了原理圖。并且對(duì)各個(gè)模塊都編寫了子程序，給出了整個(gè)程序的主框圖。本文設(shè)計(jì)的以模擬PID為核心的張力控制系統(tǒng)就其功能來說還是初步的、基本的。這只不過是PID控制中最基本的一個(gè)框架。它說明了一個(gè)PID控制系統(tǒng)包括輸入、PID運(yùn)算、執(zhí)行器、反饋用的變送器。一個(gè)PID控制系統(tǒng)一般是閉環(huán)的,只有反饋環(huán)節(jié)才能夠?qū)崿F(xiàn)差值控制。并用Multisim9仿真了模擬PID，并得到了料想的結(jié)果。做任何一個(gè)課題都是會(huì)遇到很多困難的。這次在做這個(gè)課題過程中，由于以前學(xué)的PID方面的知識(shí)不是很好，所以遇到了很多困難。例如：僅僅設(shè)計(jì)一個(gè)模擬PID電路就認(rèn)為做出了一個(gè)PID控制系統(tǒng)，并沒有想到還要執(zhí)行器和反饋環(huán)節(jié),才能成為一個(gè)PID控制系統(tǒng)。由于這次設(shè)計(jì)是用軟件進(jìn)行仿真的。軟件仿真與現(xiàn)實(shí)差別有一些不同，并沒有意識(shí)到軟件仿真與現(xiàn)實(shí)不同這一方面，因此也遇到非常多問題，并且這些問題是不容易被發(fā)現(xiàn)的。通過艱苦的努力最后還是得到了一個(gè)比較滿意的結(jié)果，這令我非常之高興。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我充分認(rèn)識(shí)到做技術(shù)不能光有理論還要通過不斷去實(shí)踐，自己的技術(shù)水平才能有實(shí)質(zhì)性的提高。否則都是紙上談