1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文） 題目：題目：直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化自動(dòng)化 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 起止時(shí)間：起止時(shí)間： 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ) 院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專(zhuān)業(yè)班級(jí)自動(dòng)化 課程設(shè)計(jì) 題目 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù) 課題完成的功能、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)課題完成的功能、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù) 實(shí)現(xiàn)功能 直流電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中，本設(shè)計(jì)要求采用單 片機(jī)作為控制芯片，控

2、制算法采用常規(guī)的 PID 控制，加上相應(yīng)的輸入輸出通 道，構(gòu)成一個(gè)單閉環(huán)控制系統(tǒng)，使電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行，并實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)速值。 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1、確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，包括單片機(jī)的選擇，輸入輸出通道，鍵盤(pán)顯示電 路； 2、建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型； 3、推導(dǎo) PID 控制算式，設(shè)計(jì) PID 算法的程序流程圖或程序清單； 4、仿真研究，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。 5、撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)在 4000 字以上。 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 電機(jī)參數(shù)：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，額定電壓 36V，額定功率 2.2KW，額定轉(zhuǎn) 速 2000 轉(zhuǎn)/分。 設(shè)計(jì)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)最大超調(diào)量小于 20% 進(jìn)度計(jì)劃 布置任務(wù)，查閱資料，確

3、定系統(tǒng)方案（1 天） 被控對(duì)象建模（1 天） 算法推導(dǎo)，程序設(shè)計(jì)（3 天） 仿真研究（2 天） 撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（2 天） 答辯（1 天） 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 摘 要 在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，電機(jī)轉(zhuǎn)速控制占有至關(guān)重要的作用，其控制算法和手段有 很多，模擬PID控制是最早發(fā)展起來(lái)的控制策略之一，長(zhǎng)期以來(lái)形成了典型的結(jié)構(gòu)， 并且參數(shù)整定方便，能夠滿(mǎn)足一般控制的要求，但由于在模擬PID 控制系統(tǒng)中， 參數(shù)一旦整定好后，在整個(gè)控制過(guò)程中都是固定不變的，而在實(shí)際中，由于現(xiàn)場(chǎng)的 系統(tǒng)參數(shù)、溫度等條件發(fā)生變化，使系統(tǒng)很難達(dá)到最佳的控制效果，因此

4、采用模擬 PID控制器難以獲得滿(mǎn)意的控制效果。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與智能控制理論的發(fā)展，數(shù) 字PID技術(shù)漸漸發(fā)展起來(lái)，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模擬PID所完成的控制任務(wù)，而且具 備控制算法靈活、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用面越來(lái)越廣。 本文章介紹了由 51 單片機(jī)以及直流電機(jī)、矩陣鍵盤(pán)、LCD 和傳感器構(gòu)成的轉(zhuǎn) 速閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中傳感器負(fù)責(zé)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量的結(jié)果反饋給控 制中心，并由控制中心將之與設(shè)定值進(jìn)行比較得到偏差，再由偏差產(chǎn)生直接控制作 用去消除偏差。文章不但介紹了基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，還涉及了 硬件設(shè)計(jì)方法。文中介紹系統(tǒng)不但可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制，還有無(wú)人值守，自動(dòng)調(diào)速功 能。 關(guān)鍵詞：

5、直流電機(jī) 閉環(huán)控制 單片機(jī) 矩陣鍵盤(pán) LCD 目 錄 第 1 章 緒論 .1 第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案 .2 2.1 概述 .2 2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) .2 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) .3 3.1 控制器 .3 3.2 測(cè)速發(fā)電機(jī) .3 3.3 A/D 轉(zhuǎn)換和 D/A 轉(zhuǎn)換器 .3 3.4 晶閘管整流控壓 .4 3.5 鍵盤(pán)模塊 .5 3.6 顯示器 .6 3.7 整體結(jié)構(gòu)原理圖 .7 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) .8 4.1 主流程設(shè)計(jì) .8 4.2 按鍵功能部分 .9 4.3 PID 控制部分 .9 4.4 參數(shù)確認(rèn) .10 4.5 LCD 顯示部分 .11 第 5 章 實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果 .12

6、第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .13 參考文獻(xiàn) .14 部分程序 .15 第 1 章 緒論 直流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中需要有專(zhuān)門(mén)的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下 幾種:第一，最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動(dòng)機(jī)電樞供電，通 過(guò)改變電樞回路中的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種方法簡(jiǎn)單易行，設(shè)備制造方便，價(jià)格低 廉。但缺點(diǎn)是效率低、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以目前極少采用。第二，三 十年代末，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)(也稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)變流組)，配合采用磁放大器、電機(jī) 擴(kuò)大機(jī)、閘流管等控制器件，可獲得優(yōu)良的調(diào)速性能，如有較寬的調(diào)速范圍(十比一 至數(shù)十比一)、較小的轉(zhuǎn)速變化率和調(diào)速平滑等。特別是當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速時(shí)，可

7、以通過(guò) 發(fā)電機(jī)非常容易地將電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量反饋給電網(wǎng)，這樣，一方面可得到平滑 的制動(dòng)特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。但發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)調(diào)速系 統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是需要增加兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)和一些輔助勵(lì)磁設(shè)備， 因而體積設(shè)備較多、體積大、費(fèi)用高、效率低、安裝需要地基、運(yùn)行有噪聲、維修 困難等。第三，自出現(xiàn)汞弧變流器后，利用汞弧變流器代替上述發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)系 統(tǒng)，使調(diào)速性能指標(biāo)又進(jìn)一步提高。特別是它的系統(tǒng)快速響應(yīng)性是發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)不能比擬的。但是汞弧變流器仍存在一些缺點(diǎn):維修還是不太方便，特別是水銀 蒸汽對(duì)維護(hù)人員會(huì)造成一定的危害等。第四，1957 年，世界上出現(xiàn)了第一只晶閘管

8、， 與其它變流元件相比，晶閘管具有許多獨(dú)特的優(yōu)越性，因而晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)立 即顯示出強(qiáng)大的生命力。由于它具有體積小、響應(yīng)快、工作可靠、壽命長(zhǎng)、維修簡(jiǎn) 便等一系列優(yōu)點(diǎn)，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上和可靠性有所 提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。晶閘管變流裝置的放大倍數(shù)在 10000 以上，比機(jī)組(放大倍數(shù) 10)高 1000 倍，比汞弧變流器(1000)高 10 倍;在快速響 應(yīng)性上，機(jī)組是秒級(jí)，而晶閘管變流裝置為毫秒級(jí)。因此，目前在直流調(diào)速系統(tǒng)中， 除某些特大容量的設(shè)備而且供電電路容量較小的情況下，仍有采用機(jī)組供電、晶閘 管勵(lì)磁系統(tǒng)以外，幾乎絕大部分都已改用晶閘管相

9、控整流供電了。 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)功能的不斷提高以及電力電子、計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 的發(fā)展，電氣傳動(dòng)領(lǐng)域出現(xiàn)了以微機(jī)為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)的發(fā)展可 以使復(fù)雜的控制規(guī)律較方便的實(shí)現(xiàn)，以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)字控制技術(shù)成為自控 領(lǐng) 域的主流，也給直流電氣傳動(dòng)的發(fā)展注入了新的活力，使電氣傳動(dòng)進(jìn)入了更新 的發(fā)展階段。 第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案 2.1 概述 本次設(shè)計(jì)主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并在實(shí) 踐的基本技能方面進(jìn)行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“微型計(jì)算機(jī)控 制技術(shù)”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握小型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本 方法。 2.2 系統(tǒng)組成總

10、體結(jié)構(gòu) 圖 2.2 是基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的基本組成方框。主要由測(cè)速發(fā)電機(jī)，電 機(jī)，矩陣鍵盤(pán)，LCD（12864） ，單片機(jī)（89C51）組成。測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓的大 小反映機(jī)械轉(zhuǎn)速的高低，并將該模擬量入如 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)。 單片機(jī) 89C51 是該系統(tǒng)的核心部分，一方面負(fù)責(zé)計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速，另一方面將計(jì)算 得到的轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速相比較，經(jīng)過(guò)計(jì)算處理，得到相應(yīng)的控制信號(hào)，并用該信號(hào) 傳入 D/A 轉(zhuǎn)換器，再傳入晶閘管調(diào)壓器控制控制電壓從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。通過(guò)鍵盤(pán) 可以設(shè)定工作模式（通過(guò)輸入設(shè)定轉(zhuǎn)速，單片機(jī)自動(dòng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，使其接近設(shè)定 值）設(shè)定轉(zhuǎn)速。由單片機(jī)檢測(cè)哪一個(gè)按鍵

11、按下，實(shí)現(xiàn)設(shè)定值的修改，并通過(guò) LCD 實(shí) 時(shí)顯示設(shè)定值以及測(cè)得轉(zhuǎn)速。 電機(jī) 測(cè)速發(fā)電機(jī)單片機(jī)D/A 轉(zhuǎn)換器 LCD A/D 轉(zhuǎn) 換 器 鍵盤(pán) 晶閘管 圖 2.2 系統(tǒng)框圖 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 3.1 控制器 采用AT89C51作為系統(tǒng)控制的方案。AT89C51單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟 件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。相對(duì)于FPGA來(lái) 說(shuō)，它的芯片引腳少，在硬件很容易實(shí)現(xiàn)。并且它還具有功耗低、體積小、技術(shù)成 熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。 3.2 測(cè)速發(fā)電機(jī) 采用 ZYS 型直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上與普通小微型直流發(fā)電 機(jī)相同，通常是兩極電機(jī)

12、，分為他勵(lì)式和永磁式兩種。 他勵(lì)式測(cè)速發(fā)電機(jī)的磁極由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成，在勵(lì)磁繞組中通入直流電流 便可以建立極性恒定的磁場(chǎng)。它的勵(lì)磁繞組電阻會(huì)因電機(jī)工作溫度的變化而變化， 使勵(lì)磁電流及其生成的磁通隨之變化，產(chǎn)生線(xiàn)性誤差。 永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)的磁極由永久磁鐵構(gòu)成，不需勵(lì)磁電源。磁極的熱穩(wěn)定性較 好，磁通隨電機(jī)工作溫度的變化而變化的程度很小，但易受機(jī)械振動(dòng)的影響而引發(fā) 不同程度的退磁。 3.3 A/D 轉(zhuǎn)換和 D/A 轉(zhuǎn)換器 該模塊 A/D 轉(zhuǎn)換選用 ADC0809 是 M 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道，8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè) 8 通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根

13、據(jù)地 址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通 8 路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。是目前 國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的 8 位通用 A/D 芯片。 DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè) DA 芯 片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛 的應(yīng)用。D/A 轉(zhuǎn)換器由 8 位輸入鎖存器、8 位 DAC 寄存器、8 位 D/A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn) 換控制電路構(gòu)成。 3.4 晶閘管整流控壓 本設(shè)計(jì)采用三相全控橋式整流電路，由一組共陰極接法的三相半波可控整流電 路和一組共陽(yáng)極接法的三相半波可控整流電路串聯(lián)而成。如圖 3.4 所示。 如圖 3.4 三

14、相橋式全控整流電路 三相全控橋式整流電路要求用雙窄脈沖觸發(fā)，即用兩個(gè)間隔 60的窄脈沖去觸 發(fā)晶閘管。產(chǎn)生雙脈沖的方法有兩種， 一種是每個(gè)觸發(fā)電路在每個(gè)周期內(nèi)只產(chǎn)生一 個(gè)脈沖， 脈沖輸出電路同時(shí)觸發(fā)兩個(gè)橋臂的晶閘管，這叫外雙脈沖觸發(fā)； 另一種 是每個(gè)觸發(fā)電路在一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)發(fā)出兩個(gè)相隔 60的窄脈沖， 脈沖輸出電路只 觸發(fā)一個(gè)晶閘管，這稱(chēng)為內(nèi)雙脈沖觸發(fā)。 內(nèi)雙脈沖觸發(fā)是目前應(yīng)用最多的一種觸發(fā) 方式。 本設(shè)計(jì)采用 KC04 與 KC41C 組合的觸發(fā)電路如圖 3.4.1 所示觸發(fā)電路。 3.4.1 KC04 與 KC41C 組成的全控橋觸發(fā)電路 3.5 鍵盤(pán)模塊 本次設(shè)計(jì)中采用的 4*4 的非編

15、碼鍵盤(pán)。矩陣式非編碼鍵盤(pán)的電路原理圖如圖 3.4 所示。當(dāng)沒(méi)有鍵按下時(shí)，行線(xiàn)和列線(xiàn)之間是不相連。若第 N 行第 M 列的鍵被按 下，那么第 N 行與第 M 列的線(xiàn)就被接通。如果在行線(xiàn)上加上信號(hào)，根據(jù)列線(xiàn)的狀態(tài)， 便可得知是否有鍵按下。如果在行線(xiàn)上逐行加上一個(gè)掃描信號(hào)（本實(shí)驗(yàn)中用的低電 平） ，就可以判斷按鍵的位置。常用的按鍵識(shí)別有兩種方法：一種是傳統(tǒng)的行掃描法； 另一種是速度較快的線(xiàn)反轉(zhuǎn)法。本實(shí)驗(yàn)中采用的是線(xiàn)反轉(zhuǎn)法進(jìn)行識(shí)鍵。 鍵盤(pán)在單片機(jī)系統(tǒng)中是一個(gè)很重要的部件。為了輸入數(shù)據(jù)、查詢(xún)和控制系統(tǒng)的 工作狀態(tài)，都要用到鍵盤(pán)，鍵盤(pán)是人工干預(yù)計(jì)算機(jī)的主要手段。 鍵盤(pán)可分為編碼和非編碼鍵盤(pán)兩種。編碼鍵盤(pán)采

16、用硬件線(xiàn)線(xiàn)路來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)編碼， 每按下一個(gè)鍵，鍵盤(pán)能自動(dòng)生成按鍵代碼，鍵數(shù)較多，而且還具有去抖動(dòng)功能。這 種鍵盤(pán)使用方便，但硬件較復(fù)雜，PC 機(jī)所用的鍵盤(pán)就屬于這種。非編碼鍵盤(pán)僅提供 按鍵開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，其他工作由軟件完成，這種鍵盤(pán)鍵數(shù)較少，硬件簡(jiǎn)單，一般在 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用。 3.6 顯示器 液晶顯示模塊（LCD12864）由于其具有功耗低、無(wú)電磁輻射、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低、 接口方便等一系列顯著優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用與各種儀表儀器、測(cè)量顯示裝置、計(jì)算機(jī) 顯示終端等方面。12864 漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個(gè)中文漢字（16X16 點(diǎn)陣） 、128 個(gè)字符（8X16

17、 點(diǎn)陣）及 64X256 點(diǎn)陣顯示 RAM（GDRAM） 。 主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性: 電源：VDD 3.3V+5V(內(nèi)置升壓電路，無(wú)需負(fù)壓)； 顯示內(nèi)容：128 列 64 行 顯示顏色：黃綠 顯示角度：6：00 鐘直視 LCD 類(lèi)型：STN 與 MCU 接口：8 位或 4 位并行/3 位串行 配置 LED 背光 多種軟件功能：光標(biāo)顯示、畫(huà)面移位、自定義字符、睡眠模式等 3.7 整體結(jié)構(gòu)原理圖 整體原理圖如圖 3.7 所示： EA/VPP 31 XTAL1 19 XTAL2 18 RST 9 P3.7(RD) 17 P3.6(WR) 16 P3.2(INT0) 12 P3.3(INT1) 13

18、 P3.4(T0) 14 P3.5(T1) 15 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 (AD0)P0.0 39 (AD1)P0.1 38 (AD2)P0.2 37 (AD3)P0.3 36 (AD4)P0.4 35 (AD5)P0.5 34 (AD6)P0.6 33 (AD7)P0.7 32 (A8)P2.0 21 (A9)P2.1 22 (A10)P2.2 23 (A11)P2.3 24 (A12)P2.4 25 (A13)P2.5 26 (A14)P2.6 27 (A15)P2.7 28 PSEN 29 ALE/P

19、ROG 30 (TXD)P3.1 11 (RXD)P3.0 10 GND 20 VCC 40 AT89C51 +5V 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 LCD IN3 1 IN4 2 IN5 3 IN6 4 IN7 5 START 6 EOC 7 D3 8 OE 9 CLK 10 VCC 11 VREF+ 12 GND 13 D1 14 D2 15 VREF- 16 D0 17 D4 18 D5 19

20、D6 20 D7 21 ALE 22 ADD C 23 ADD B 24 ADD A 25 IN0 26 IN1 27 IN2 28 U ADC0809 VREF 8 RFB 9 GND 10 IOUT1 11 IOUT2 12 DI7 13 DI6 14 DI5 15 DI4 16 DI0 7 CS 1 WR1 2 GND 3 DI3 4 DI2 5 DI1 6 XFER 17 WR2 18 ILE 19 VDD 20 U DAC0832 動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng) 動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng) 3.7 整體原理圖 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 4.1 主流程設(shè)計(jì) 在一個(gè)完整的系統(tǒng)中，只有硬件部分是不能完成相應(yīng)設(shè)計(jì)任務(wù)的，所

21、以在該系 統(tǒng)中軟件部分是非常重要的，按照要求和系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程設(shè)計(jì)出主程序流程如圖4.1 所示。 開(kāi)始 定時(shí)器初始化 鍵盤(pán)選擇工作模式 是否啟動(dòng)電機(jī) 顯示信息 刷新顯示 進(jìn)行鍵盤(pán)掃描 按鍵功能判斷 更新控制并清除標(biāo)志位 是 圖 4.1主流程圖 是 4.2 按鍵功能部分 該部分首要任務(wù)是判定到底是哪個(gè)按鍵按下，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)功能。如果是 11 號(hào) 鍵按下，則工作模式設(shè)定為自動(dòng)模式，可以通過(guò) 09 的數(shù)字鍵來(lái)更改設(shè)定速度，由 單片機(jī)通過(guò) PID 算法來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速接近設(shè)定值。如果是 12 號(hào)鍵按下，則工作模式 設(shè)定為手動(dòng)模式，可以通過(guò) 09 的數(shù)字鍵來(lái)直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 4.3 PID 控制部分 如圖

22、4.3 給出了數(shù)字 PID 增量控制算法的流程圖，利用增量控制算法也可得出 位置控制算法，即，這便是位)2() 1()()() 1()( 210 keqkeqkeqkukuku 置型控制算式的遞推算法，其流程和增量型算法類(lèi)似，稍加修改即可。 離線(xiàn)計(jì)算 q0，q1，q2 求 e（k）=r（k）- y（k） e(k-2)=e(k-1) e(k-1)=e(k) 將輸給 D/A)(ku 將 A/D 結(jié)果賦給 y（k） 計(jì)算控制增量 )(ku )(ku)(ku )(ku)(ku )(ku)(ku )(ku 采樣時(shí)刻到否 A/D D/A 被控對(duì)象 是 否 圖 4.3 PID 控制算法流程圖 4.4 參數(shù)確

23、認(rèn) ) 106 . 0 )(11 . 0( 1 ) 1)(1( )( 21 0 SSSTST k SG TI =0.1 T2=0.06 得 通常取，)(3 . 0)( 010 YtYst18 . 0 1 通常取，)(7 . 0)( 020 YtYst45 . 0 2 = )(1ln)(1ln 2010 12 0 tyty tt T 8473 . 0 12 tt 根據(jù)上式確認(rèn)，。 0 T =0.58s 0 T = 0.159s 求得數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器控制參數(shù) 15 . 0 )/(2 . 01 )/(37 . 0 096 . 0 )/(6 . 01 )/(5 . 0)/(5 . 2 4 . 12

24、7 . 0 )/(35. 1 1 0 0 0 0 2 00 01 0 0 T T TT T TT TT T K K D P 據(jù)上式確認(rèn)數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器控制參數(shù)。 8473 . 0 3567. 020. 1 )(1ln)(1ln )(1ln)(1ln 21 2010 201102 tt tyty tyttynt 4.5 LCD 顯示部分 其工作流程為先向 LCD 發(fā)送控制命令，再傳送待顯數(shù)據(jù)，最后刷新屏幕。其流 程圖如圖 4.5 所示。 入口 發(fā)送命令 延時(shí) 發(fā)送數(shù)據(jù) 延時(shí) 顯示 返回 圖 4.5 LCD 顯示函數(shù)流程圖 第 5 章 實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果 通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，輸入已經(jīng)確定的 Kp=1.4

25、，T1=0.096，Td=0.15 得到如圖 5.1 所示。 圖 5.1 實(shí)驗(yàn)圖像 超調(diào)量=297/2000=14% 小于 20%符合設(shè)計(jì)要求。 第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 這次課程設(shè)計(jì)結(jié)束，感謝遼寧工業(yè)大學(xué)給我這個(gè)鍛煉的機(jī)會(huì)，感謝王老師給的 指導(dǎo)。 剛開(kāi)始做設(shè)計(jì)的時(shí)候覺(jué)得無(wú)從下手，后來(lái)通過(guò)老師的指導(dǎo)慢慢的進(jìn)入了狀態(tài)， 看書(shū)查找資料，在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，過(guò)程中出現(xiàn)了很多的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)老師和同學(xué)的幫 助終于克服了。 參考文獻(xiàn) 1 趙新民.智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ).哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2009：42-56 2 程德福.智能儀器.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009.9:101-130 3 張毅剛.單片機(jī)原理及

26、接口技術(shù)M .哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 2007：55-66 4 胡文金.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)教程.重慶：重慶大學(xué)出版社,2005:5-21 5 梁森.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009:32-33 部分程序 PID 算法程序 #include #include #include /void PIDInit(PID *PP); /*定義結(jié)構(gòu)體和公用體*/ #define N 8 typedef struct PID unsigned int setpoint; /*設(shè)定值*/ unsigned int proportion; /*比例系數(shù)*/ unsigned int i

27、ntegral; /*積分系數(shù)*/ unsigned int derivative; /*微分系數(shù) */ unsigned int lasterror; /*前一拍誤差*/ unsigned int preerror; /*前兩拍誤差*/ PID; union stu unsigned int value; unsigned char num2; laser; union dat unsigned char dd2; unsigned int number; collect; /*函數(shù)聲明部分*/ unsigned int PIDcal(PID *pp,int thiserror); void

28、 PIDInit(PID *PP); void PortInit(void); unsigned int get_ad(void); unsigned int filter_valve(void); void Delayms(void); /*主函數(shù)部分*/ void main(void) PID vPID; /*定義結(jié)構(gòu)體變量名*/ unsigned int verror; unsigned int Error; unsigned int tempi; unsigned char LASERH,LASERL; /*誤差的高低字節(jié)變量*/ WDTCN=0 xde; WDTCN=0 xad; /

29、portinit(); PIDInit( vPID.proportion=10; /*設(shè)置 PID 比例系數(shù)為 10*/ vPID.integral=10; /*設(shè)定 PID 積分系數(shù) 為 10*/ vPID.derivative=10; /*設(shè)定 PID 微分系數(shù)為 10*/ vPID.setpoint=50; /*根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定*/ IE= 0 x80; while(1) verror=filter_valve(); /*得到 AD 的濾波輸出值 */ Error=vPID.setpoint-verror; /*得到誤差值*/ tempi=PIDcal( /*調(diào)用 PID 算法函數(shù) 得到

30、誤差增量*/ laser.value+=tempi; LASERH=laser.num0; /*value 與 num2為共同體，變量名為 laser*/ LASERL=laser.num1; /*存放高低字節(jié)*/ /*PID 算法函數(shù)，返回誤差增量*/ unsigned int PIDcal(PID *pp,int thisError) unsigned int pError,dError,iError; unsigned int templ; pError=thisError-pp-lasterror; iError=thisError; dError=thisError-2*(pp-la

31、sterror)+pp-preerror; templ=pp-proportion*pError+pp-integral*iError+pp-derivative*dError; /*增 量計(jì)算*/ pp-preerror=pp-lasterror; /*存放誤差用于下次運(yùn)算*/ pp-lasterror=thisError; return (int)(templ8); /*測(cè)量值*/ /*float measure(void) 已知 A B 角為銳角 /* COSA=1/7 SIN(A+B)=14 分之 5 倍根號(hào) 3 */ /*long float value; /*求 COSB*/ /*

32、float A,B; A=acos(1/7); B=asin(5/14)*sqrt(3)-A; if(0Api/2) */ /*得到 ADC 轉(zhuǎn)換值*/ unsigned int get_ad(void) while(AD0INT=0); AD0INT=0; collect.dd1=ADC0H; collect.dd0=ADC0L; return (collect.number); void Timer3_ISR(void) interrupt 14 TMR3CN=0 x7f; /AMUX0SL=0 x00; AD0BUSY=1; void Timer3_Init(unsigned char Highcou