试验六数字PID直流电机闭环调速控制系统设计

1、电机的PID控制原理：单片机给出脉冲调制信号，脉冲调制信号的脉宽决定电机的转速,脉冲信号驱动电路放大后控制直流电机的转该输出信号与给定值 单片机调节脉冲宽度，（给定的转速）比较, 继续输出给驱动电路实验六数字PID直流电机闭环调速控制系统设计、实验原理及内容直流电机调速实验的系统方框图如下:即可通过调节脉冲的占空比来调节电机的转速，动，然后测速电路几乎同步测出电机转速并输出， 如果两者不相同，经单片机里面的算法比对后， 控制电机，如此循环，直到电机转速与给定值相同。 根据上述系统方框图，硬件线路图设计如下:控制计算机图中“DOUT0”表示51的I/O管脚P1.4,输出PWM脉冲经驱动后控制直

2、流电机，“IRQ7 ”表示51的外部中断1,用作测速中断。 实验中，用系统的数字量输出端口“DOUT0”来模拟产生PMW脉宽调制信号，构成系统的控制量，经驱动电路 驱动后控制电 机运转。霍尔测速元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。系统定时器定时1ms,作为系统采样基准时钟；测速中断用于测量电机转 速。直流电机闭环调速控制系统实验的参考程序如下：主程序定时中断取务程序(1ms)采样周期变最加一调用PWM发生子程序浏速中断服务程序转速累加VADD-VADD*1中断返何(IRET)PWM发生于程序实验结果的推导：在

3、模拟系统中，PID算法的表达式为:.=%如十(同D出十七誓(1)Ti由于计算机系统是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值来计算控制。因 此，在计算机系统中，必须对式(1)进行离散化处理，用数字形式的差分方程 代替连续系统微分方程，此时积分项和微分项可用求和及增量式表示： TOC o 1-5 h z nnn(edt= E(j)N=T E(j) (2)0j oj 0(3)de(t) E(k) -E(k -1)E(K) -E(k -1)出-：t- T将式(2)和(3)带入式(1),则得到离散的PID表达式:P(k) =KpT .nE(k) E(j)Ti j =oTDE(k)-E(k-1)式中，A

4、t=T-采样周期，必须使T足够小，才能使系统有一定的精度;E(k)-第k次采样时的偏差值；E(k-1)-第(k-1)次采样时的偏差值；K-米样序号，k=0,1,2.P(k)-第k次采样时调节器的输出。增量型PID控制算式为：p(k)=P(k) -P(k -1)=KpE(k) -E(k -1) KE(k) KDE(k) -2E(k -1) E(k -2)Ki =Kp T积分系数；PTKd =KpTD微分系数P T实验结果记录及分析比例控制：比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。比例调节的作用是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现偏差，比例调节调节产生调节作用用以减

5、少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但过大 的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。-一 A.JC1bri., LIJ7-11I II 11_i IJ 1 i dI .1I1 J k 1 J h 1i ri 1 h J i. iL i 1 L 1 J k1 h d 1. i d 1J 1. i i L 1 Jd i k j 1 k J-ia7.6 mv|T1*T2|-234.4 ms1T2|=4N7 Hzp/1 -V2| = 517.8 mvT: 1s席CH1: 1喀图1参数：P=3I=5D=125|T1 *T2| - 234.4 ms-V2| = 517.5 mv1 川 T

6、1 -T2| = 4.27 Hl= 517 8 my1|1_111f UJ 二 p-77rJ 一!-l yV_f ri fc * 1，1d 1. h J 1 JJ. 1 9 .i ri 1 h J 1. L i 1 L 1 J k1 i d L 1 d IJ 1. i .1 L I Jd i k j 1 k J-1T: 1s4CH1: 1 扁CHN。潞图 2 参数：P=20I=5D=125|T1 -T2| - 468B ms|Vi-V2| -517.5 mv1 /|T1 -T2| = 213 HzV1 -V2| = f7.5 mv广 I吟.1AMW%口 一一-L一T: 2s；/格CH1: 1m

7、4各CH2: 各图 3 参数： P =50I=5D=125有上三图比较可看出，随则P的增大，系统的调节时间变短。稳定性变差。则合适的比例控制系数可以减小稳态误差，但当该值过大时，系统的稳定性变差。积分控制：积分的作用是只要系统存在误差在积分控制器就不断的积累，输出控制量，以消除 误差。只要有足够的时间，积分控制就能完全消除误差。但是积分作用太强使系统超调 加大，甚至使系统出现震荡。图 4 参数：P=7.6 I=350 D=0.4图 5 参数：P=7.6 I=380D=0.4图5的积分I大于图4的，而图5出现了少量的震荡两图的稳态误差均趋于 零。与理论相符。(3)微分控制:微分控制可以减小超调量，克服震荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动 态响应速度，减小调节时间，从而改善系统的动态性能。图 7 参数 P=7.6 I=380 D=0.3图 7 参数 P=7.6 I=380 D=0.5由图6和图7比较可知：