直流电机转速测量与控制课程设计.doc

计算机控制技术课程设计姓 名: 专 业: 学 号: 所在学院: 电气学院 2014年1月16日目 录一、设计要求及内容3二、实验原理3三、功能模块简介4四、系统原理图7五、控制算法设计及程序流程图8六、心得体会10附录一、设计要求及内容1、了解霍尔器件的工作原理；2、掌握利用微机技术进行转速测量与控制的基本原理和方法。3、采用PID控制算法实现直流电机转速的测控，并利用FD-ST8088A实验软件平台动态显示转速大小等信息，转速给定由键盘置入。电机转速特性见表1。表 1：电机转速控制特性参考表（5V/42mA）Vb1.241.251.31.391.491.741.841.972.152.242.83.54.6Vc2.762.742.72.62.81.510.80.30.20.10.080.06备注停速爬速启速阀值高速4、采用模块化结构编制测控程序，定时中断和测速利用8253 T0、T1编制相应的服务程序,显示相关信息调用INT14。5、 将调速系统按接线图连接无误后，再将编好的源程序汇编、链接，形成可执行文件并下载到FD-SJ8088进行调试、运行，直到满意为止。二、实验原理 转速是工程上一个常用参数，旋转体的转速常以每秒钟或每分钟转数来表示。转速测量方法很多，由于转速是以单位时间内的转数来衡量，再变换过程中大多是有规律的重复运动；霍尔开关传感器由于其体积小，无接触动态特性好，使用寿命长等特点，在测量旋转体的转速领域得到了广泛的应用。霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施加外磁场B，在沿平面方向两端加外电场，则使电子在磁场中运动，结果在器件的两个侧面之间产生霍尔电势，其大小和外磁场的磁场强度及电流大小成比例。本设计选用SPRAGUE300系列霍尔开关传感器3013T，它是一种硅单片集成电路，内含稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、施密特触发器和集电极开路输出电路，器件采用三端平塑封装，引出端符号如下：引出端序号123功 能电源地输出符 号VC1GNDOUT根据霍尔效应原理，将一块永久磁铁固定在电机封轴上的转盘边沿，转盘岁北侧轴旋转，磁钢也跟着同步旋转，在转盘附近安置一个霍尔器件3013T，则霍尔器件首次刚所产生的磁场影响输出脉冲信号，其频率和转速成正比，测出该脉冲的周期或频率即可计算出转速。直流电机的转速与施加于电机两端的电压、电流大小有关,本设计利用DAC0832控制输出到直流电机的电压, 电流值即通过控制DAC0832 的模拟输出信号量来控制电机的转速。当测出电机转速小于设定值时增大D/A输出电压; 当测出电机转速大于设定值时减小D/A输出电压,从而使电机以某一速度恒速旋转。为简化设计，控制算法可采用简单的比例调节器算法（简单的加一、减一法）。比例调节器的输出为：y=Kpe(t)式中：Y调节器的输出e(t)调节器的输入，一般为偏差值KP比例系数从上式可以看出，调节器的输出Y与输入偏差值e(t )成正比。因此，只要偏差e(t)一出现就产生与之成比例的调节作用，具有调节及时的特点，这是一种最基本的调节规律。比例调节作用的大小除了与偏差e(t)有关外，主要取决于比例系数Kp，比例调节系数愈大，调节作用越强，动态特性也越大。反之，比例系数愈小调节作用越弱。对于大多数的惯性环节，Kp太大时将会引起自激振荡。比例调节的主要缺点是存在静差，对于扰动较大惯性也比较大的系统，若采用单纯的比例调节器就难于兼顾动态和静态特性，而需采用PI或PID算法。三、功能模块简介DAC0832DAC0832是8位并行、电流型D/A转换集成芯片。这个芯片接口简单、转换控制容易。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。图1：DAC0832DAC0832有如下3种工作方式：1 单缓冲方式。2 双缓冲方式。3 直通方式。本实验采用单缓冲方式。82538253有6种工作方式：（1） 方式0：计数结束中断（2） 方式1：可编程单稳脉冲（3） 方式2：频率发生器（分频器）（4） 方式3：方波发生器（5） 方式4：软件触发选通信号（6） 方式5：硬件触发选通信号本实验采用方式2和4。8259A主要功能：在有多个中断源的系统中，接受外部的中断请求，并进行判断，选中当前优先级最高的中断请求，再将此请求送到CPU的INTR端；当CPU响应中断并进入中断子程序的处理过程后，中断控制器仍负责对外部中断请求的管理。初始化命令字1寄存器（ICW1）说明见图2所示。图2: 初始化命令字1寄存器初始化命令字2寄存器（ICW2）说明见图3所示。图3: 初始化命令字2寄存器初始化命令字4寄存器（ICW4）说明见图4。图4: 初始化命令字4寄存器LM324图 5：LM324引脚图74LS13874LS138为3线8线译码器，其工作原理如下：当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2)和/(E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。图 6：74LS138引脚图三极管电极的判别己知三极管类型及电极,用指针式万用表判别三极管好坏的方法如下: 测 NPN 三极管:将万用表欧姆挡置 R 100 或 R lK 处,把黑表笔接在基极上,将红表笔先后接在其余两个极上,如果两次测得的电阻值都较小,再将红表笔接在基极上,将黑表笔先后接在其余两个极上,如果两次测得的电阻值都很大,则说明三极管是好的。 测 PNP 三极管:将万用表欧姆挡置 R 100 或 R lK 处,把红表笔接在基极上,将黑表笔先后接在其余两个极上,如果两次测得的电阻值都较小,再将黑表笔接在基极上,将红表笔先后接在其余两个极上,如果两次测得的电阻值都很大,则说明三极管是好的。 H/xQH+Yx0M中华维修论坛对于一只型号标示不清或无标志的三极管，要想分辨出它们的三个电极，也可用万用表测试。先将万用表量程开关拨在R100或R1k电阻挡上。红表笔任意接触三极管的一个电极，黑表笔依次接触另外两个电极，分别测量它们之间的电阻值，若测出均为几百欧低电阻时，则红表笔接触的电极为基极b，此管为PNP管。若测出均为几十至上百千欧的高电阻时，则红表笔接触的电极也为基极b，此管为NPN管。 Vo#Wvk fU在判别出管型和基极b的基础上，利用三极管正向电流放大系数比反向电流放大系数大的原理确定集电极。任意假定一个电极为c极，另一个电极为e极。将万用表量程开关拨在R1k电阻挡上。对于：PNP管，令红表笔接c极，黑表笔接e极，再用手同时捏一下管子的b、c极，但不能使b、c两极直接相碰，测出某一阻值。然后两表笔对调进行第二次测量，将两次测的电阻相比较，对于：PNP型管，阻值小的一次，红表笔所接的电极为集电极。对于NPN型管阻值小的一次，黑表笔所接的电极为集电极。四、 硬件连线图五、控制算法设计及程序流程图控制算法设计：PID控制是一种应用最广泛的控制规律。数字PID控制算式又分为位置型和增量型两种，分别如下式所示：本实验采用基本的位置式。程序流程图： 六、心得体会通过为期一周半的课程设计，我学到了很多。转速控制系统的设计，虽然很简单，但它是我们将理论应用于实践的第一步。硬件接线增强了自身的动手能力，并对硬件电路有了更深的了解，对于以后自己动手设计系统有很大的帮助。对于程序设计，汇编语言的理解是一个大障碍。还好由于之前学习的汇编基础并未完全忘记，加上对一些指令的温习，很快就可以理解并运用了。本次转速控制系统虽然只包含一个反馈环，但由于对PID的理解只停留在理论上，对PID参数的整定更是毫无经验，因此在整定PID参数时，还是遇到了很大的障碍。但这也是本次课程设计最大的收获之一。自己通过网上学习，学会了一个PID整定口诀： 参数整定找最佳，从小到大顺序查。先是比例后积分，最后再把微分加。曲线振荡很频繁，比例度盘要放大。曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳。曲线偏离回复慢，积分时间往下降。曲线波动周期长，积分时间再加长。曲线振荡频率快，先把微分降下来。动差大来波动慢，微分时间应加长。理想曲线两个波，前高后低四比一。一看二调多分析， 调节质量不会低。仅仅记住这个口诀是完全不够的，关键在于多实践，多总结，增加经验，学会通过观察被调量输出曲线，来调节PID参数的大小，从而确定最佳参数。希望有更多这种实践的机会，来提高自身的能力。附录：程序清单;MOTOR.ASM;DC MOTOR ;SPEED 0-40 R/Smain proc fardata segment dataspeed db 20h getsp db 00h a0 db 3 a1 db 3 a2 db 1 b0 db 00h b1 db 00h b2 db 00h m0 dw 00h m1 dw 00h outp db 40h ;存放u(k-1)waitt db 1 ;采样时间count db 38 ;时钟频率为1/38data ends;code segment code assume cs:code,ds:data,es:databegin: mov ax,data ;将数据段段值送DS、ES mov ds,ax mov es,ax mov speed,cl mov ax,cs ;显示MESS信息 mov es,ax mov bp,offset mtmess ;取MESS偏移地址给BP mov ah,4 ;置中断向量，利用内部中断 int 14h push ds ;置中断处理程序 xor ax,ax mov ds,ax lea ax,ring mov ds:20h,ax ;中断类型为08H，时钟中断 mov ax,cs mov ds:22h,ax mov al,13h ;8259初始化，置初始化命令字ICW1 out 20h,al mov al,08h ;置初始化命令字ICW2 out 21h,al mov al,0dh ;ICW4，中断正常结束方式 out 21h,al mov al,0feh ;置操作命令字OCW1，仅IR0未被屏蔽 out 21h,al mov al,20h ;置操作命令字OCW2，令EOI为1，结束中断 out 20h,al pop ds call timer0 ;调用计数器0初始化程序 call timer1 sti mov al,0ffh out 09h,al out 08h,alrun: jmp run;ring: cli ;关中断，中断服务子程序 push ds ;保护现场 push ax push bx push cx push dx mov ax,data ;载入数据段 mov ds,ax dec count ;中断次数COUNT-1，判断是否为0，为0，1秒到 jnz exit mov count,38 ;恢复初值 call timer1 ;重置T1初值 dec waitt ;转速采样间隔WAITT-1，判断是否为0，为0，1秒到 jnz exit mov waitt,1 ;恢复WITT为1 call adjustexit: pop dx ;恢复现场 pop cx pop bx pop ax pop ds mov al,20h ;8259操作命令字OCW2中EOI置1，结束中断 out 20h,al sti ;中断结束，返回 iret ;adjust: in al,41h ;从T1采样转速值赋给GETSP，读入值为99H-脉冲数 mov ah,al mov al,99h sub al,ah ;最 终为脉冲数，分高8位，低8位 das ;十进制调整，结果为十进制数 mov getsp,al mov ax,cs ;显示SETMESS的字符串 mov es,ax mov bp,offset setmess mov ah,4 ;串行通信中断调用，发送ES：BP开始的字符串 int 14h mov al,speed ;speed显示十位 mov cl,4 sar al,cl add al,30h mov ah,1 int 14h mov al,speed ;speed显示个位 and al,0fh add al,30h mov ah,1 int 14h mov ax,cs ;显示GETMESS的字符串 mov es,ax mov bp,offset getmess mov ah,4 int 14h mov al,getsp ;getsp十位数 mov cl,4 shr al,cl add al,30h mov ah,1 int 14h mov al,getsp ;getsp个位数 and al,0fh add al,30h mov ah,1 int 14h mov ax,cs ;显示 RSMESS mov es,ax mov bp,offset rsmess mov ah,4 int 14h mov al,speed ;码制转换 mov cl,4 shr al,cl mov dl,10 imul dl mov bl,al mov al,speed and al,0fh add bl,al mov bh,bl mov al,getsp ;码制转换 mov cl,4 sar al,cl mov dl,10 imul dl mov bl,al mov al,getsp and al,0fh add bl,al sub bh,bl mov sub0,bh ;计算e（k） mov al,bh mov dl,a0 ;取a0 imul dl ;取a0*e（k）放入AX mov m0,ax ;a0*e（k）暂存单元 mov al, b1 ;取e（k-1） mo