基于89S51的单片机直流电机控制器的设计

---gw1=0;for(gw=0;gw<6;gw++){GG:getwidth_1();if(width_1!=0)widthbuf[gw]=width_1;elsegotoGG;}width=(widthbuf[0]+widthbuf[1]+widthbuf[2]+widthbuf[3]+widthbuf[4]+widthbuf[5])/6;这段函数的意思就是，将测得的连续6个不为零的脉冲宽度取平均值，以消除偶然的不稳定因素，使转速显示更加稳定。3.7PID调节程序PID调节计算公式如下[5]：YK=KP*EK+KI*EK2YK要输出的数据增量EK设定值和实测值的差值EK1:上次的EK值EK2：EK-EK1的差值KP:比例系数(本程序中设KP=1.6)KI:积分系数(本程序中设Kl=1.5)由于在本电机调速系统中，仅使用PI调节便足以达到理想的精度和超调量，所以就毋须再加上微分项。凑试的经过就是先将KI项设成0,然后将KP设为1,如果系统稳定，就按每次+0.1往上加，结果表明，在KP=1.7的时候，调速系统失控，电机一直保持全速运转，所以为了使调节速度达到最大，就将KP设为1.6，但是此时系统非常不稳定，速度值一直在土1000转上下跳动,于是将KI设成2,系统马上稳定下来,再按每次-0.1的差值往下减,经过多次尝试,得出KI=1.5为最佳积分值。此时,系统处于最佳运行状态,实验中表现为:电机原来速度为2000,当设置为4500转时,可以在2秒之内迅速上升并稳定于4500±20,而超调量也仅为+300转/分,出现在第一次上升的时候,下来之后便趋于稳定了。PID程序如下:voidPl(){EK1=EK;EK=speed_set-speed;EK2=EK-EK1;if(PIn==0){EK2=1000;Pin++;}YK=KP*EK+KI*EK2;}4.参数测试及性能分析4.1系统参数测试轮盘直径28mm,缺口宽度2mm缺口所在直径为25mm缺口所在周长为78.54mm,和缺口宽度比例为39.3:1，那么轮盘转一圈所需时间t_pr=width*39.3,本系统用于测速的方法为测量缺口所引起的脉冲宽度值，由于使用计数器，所以必然存在一个溢出的问题，单片机的晶振频率为20MHz所以一个机器周期为0.6卩S,—个16位计数器最多能计数216个机器周期，所以最长能计数216*0.6卩s的时间，也就是39.3ms,也就是说，当缺口的一边触发了计数器，但是在39.3ms的时间内还不能转到另外一边使计数器停止，那么计数器就将溢出，单片机就自动识别速度为0，那么此时的速度就将无法识别。也就是说，根据上面轮盘转一圈所需时间公式：t_pr=width*39.3,这时候的t_prma=39.3*39.3=1.54s,所以可知其速度为38转/分钟。也就是说，单片机所能识别的最低速度为38转/分。但这只是理论计算速度，实际上单片机能测的最低速度要比这稍微高点，大约为100转/分。我们再看看PWM勺斩波控制精度：PWM频率为1kHz,也就是1ms为一个周期，而每周期里又被分成1000分，占空比可以以每1%。作为调节单位。电机最大速度为6000转/分，此时对应PWM占空比为1000%，也就是说，占空比每增加1%o,电机速度将增加6转/分，也就是说电机的调速精度可达1%0。当转速稳定的情况，在PI调节的作用下，真实转速和设定转速的差值控制在±20rad/min，也就是说误差范围在土3%o以内。下面是速度变化时的超调量的表格和其对应的超调曲线图：表1:速度变化时的峰值序号初始转速设定转速峰值1峰值2总用时/s1150030003100(+100)2970(-30)22200040004120(+120)3980(-20)2.23150050005100(+100)4960(-40)2.34400020001862(-138)2030(+30)2.4

5500015001315(-185)1523(+23)2.76500030002300(-700)3100(+100)2.9图速度变化曲线上图中1~6序号所对应的虚线代表设定转速，而曲线则是转速变化曲线，所以上图表示的就是速度从初始速度变化到设定速度的过程，并直观的表示出了变化过程中的速度的变化速率和超调量。控制超调量，是由程序中的PI()函数控制的，其中P是控制变化速度，而I就是影响系统稳定性。从表中和图中我们都能看出，速度处于上升时候的稳定性明显比下降时候的要好，尤其是速度从5000下降到3000的时候，超调量竟然达到700。分析原因的话，觉转速Rd/MINA6000+5000—』=_尸