《基于单片机pid算法直流电机测控系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机pid算法直流电机测控系统（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、随着电子技术的高度发展，直流电机测控逐步从模拟化 向数字化转变。完全由硬件电路实现的直流电机测控系 统，电路复杂，调整困难且可靠性不高，缺乏控制 的灵活性。在工业控制中，按偏差的比例P、积分I和微分 D进行控制的PID调节器现在得到广泛的应用。在小型微 型计算机用于生产过程以前，连续过程系 统中采用的气动、液动和电动的PID调节器几乎占垄断地 位。由最优控制理论可以证明，它能适应不少工业对象 的控制要求。单片机控制技术不断发展，特别 是软件PID算法控制器的使用，代替了原来很多的硬件PID 调节器，在工业控制系统和嵌入式系统中得到了更加广 泛的应用。基于软件PID算法控制器和 硬件PWM技术的
2、直流电机测控技术正向数字化、智能 化、高可靠性发展。1系统硬件组成直流电机测控系统如 所示。本系统是以Cygnal C8051F 020为核心所组成的闭环实时测控系统，是一个典够实现 速度预置、转速显示，并能对转速进行精确测控。霍尔 测速电路产生的采样脉冲送外部中断，通过计 数器进行计数，从而算出转速。将这个转速值与预置转 速值比较，得出差值。C8051通过对该差值进行PID运算 ，得出控制增量，再由C8051输出控 制参数，由PWM电路改变电机两端的有效电压，最终达 到控制转速的目的。直流电机测控系统原理图键盘和显 示电路采用了串行接口的7279控制电路。在 功能键盘上输入控制命令，电机转速
3、显示在七段码显示 器上。PWM控制器方向为计算机测控技术。p%Ms控制器 由pwM波开形发生器和pwm延时保护t 与功放电路组成。系统中测速部分使用了定时器T0，如 果PWM波形发生也由C8051产生将会加大软件的任务，从 而影响整个系统的实时控制效果。因此 由外部电路产生PWM的波形，而C8051只提供控制参数来 改变脉宽占空比，达到电机转速的变频调控。PWM波形 发生器如所示。输出脉冲的周期和频率 可以计算出转速。为了提高对电机转速测量的精度，可 以在电机转盘上均匀固定多块磁钢，电机每转一圈，霍 尔传感器将会产生多个脉冲，通过软件计算可以精 确测量电机转速。由于霍尔传感器输出的脉冲波峰小、
4、 波形边沿不完整，采用施密特触发器电路对脉冲整形后 输出到C8051外部中断INTO，施密特触发 器输入输出波形如所示。u.本PWM波形发生器中U1是一 个10位的计数器，计数器的时钟输入端CP接C8051晶振的 XTAL2端。本系统中采用的 主频为12MHz的晶振，经过U1分频后得到PWM波形频率 级联。U2的人Bout端接一个过零比较器，其输出为PWM 波，PWM波的脉宽可以通过 从P0口输出数值改变。PWM波输出负载能力过小，不能 直接驱动电机，因此我们采用了双极型脉宽调制功率放 大器。考虑对大功率晶体管从导通到饱和需要 有一定的时间，防止所有的功放管同时导通，因此采用 用几块门电路实现
5、逻辑延时、连锁保护电路。同时为了 使电机安全工作，在电机两端并接了电阻和电容， 电阻值和电容的大小与电机参数以及PWM波形频率有关 ，可以通过计算得出。L2霍尔检测电路转速是工程上一 个常用的参数，转速的测量方法很多，霍尔开 关传感器的应用就是其中之一。霍尔开关传感器是由半 导体材料制成，其输出电压与外磁场大小成正比。由于 其体积小、无触点、动态性能好且使用寿命长，在 测量转动物体旋转速度领域得到广泛应用。本系统中采 用了美国SPRAGUE公司生产的3000系列霍尔开关传感 器。根据霍尔效应原理，将一永久磁钢固 定在电机转轴的转盘边沿，磁钢随电机转动，在电机附 近相对转轴静止的位置安装一个霍尔
6、开关传感器，霍尔 传感器应在磁钢磁场有效范围内。电机转动时，受 磁钢所产生的磁场影响，霍2系统软件设计软件设计基于 CygnalIDE集成开发环境和KeilC51语言。本系统主要模块 有主程序、INT0中断子 程序、T0中断子程序、PID算法子程序和显示键盘处理子 程序。主程序进行一系列的初始化后转入“PWM驱动、 键盘控制处理、调显示”循环等待中断； 外部中断INT0中断服务子程序对霍尔电路输出的转速脉 冲计数；T0产生50ms定时中断，T0中断服务子程序对中 断次数计数，每20次中断（1秒） 读出转速脉冲计数值，计算出转速n次/s并送显示缓冲 区。同时调用PID子程序对测试转速和设定转速进
7、行差值 计算，得出控制参数，并由P0口送到PW M控制器调整电机转速。在DDC系统中，用计算机取代了 模拟调节器，控制规律的实现是由计算机软件完成的。 因此，系统中数字控制器的设计，时间上是计 算机算法的设计，笔者将着重解决PID算法及其实现。PID 算法设计思想在自动控制系统中，PID控制器是得到广泛 应用的一种控制方法。由于电机转速 与电枢外加电压的大小基本上成正比，这就构成了PID调 节的基础。在采样时刻*=ixT为采样周期，i为正整数）， 模拟PID控制器调节规律的数学模 型可以用微分方程来表示：u=Kp.北京：北京航空航天 大学出版社，2002.王建校，杨建国。51系列单片机及 C51程序设计。北京：科学出版社 ，2002.潘琢金，施国君。C8051Fxxx高速SOC单片机原理 及应用。北京：北京航空航天大学出版社，2002.孙传友 ，孙晓斌。测控系统原 理与设计。北京：北京航空航天大学出版社，2002. 上市公司信息披露 全文完！感谢关注和支持，谢谢！
