基于单片机的数字PID控制直流电机PWM调压调速器系统的设计.doc

课程设计说明书题目基于单片机的数字PID控制直流电机PWM调压调速器系统系(部)电子与通信工程系专业(班级)电气工程及其自动化姓名学号指导教师起止日期II计算机控制课程设计任务书系（部）：电子与通信工程系专业：电气工程及其自动化指导教师：学生姓名学号班级课题名称基于单片机的数字PID控制直流电机PWM调压调速器系统内容及任务1、运用A/D转换芯片将滑动变阻器的模拟电压转换为数字量作为控制直流电机速度的给定值；2、用压控振荡器模拟直流电机的运行（电压高-转速高-脉冲多），单片机在单位时间内对脉冲计数作为电机速度的检测值；3、应用数字PID模型作单片机控制编程，其中P、I、D参数可按键输入并用LED数码显示；4、单片机PWM调宽输出作为输出值，开关驱动、电子滤波控制模拟电机（压控振荡器）实现对直流电机的PID调压调速功能。拟达到的要求或技术指标运用所学知识设计组建计算机自动控制系统，实现自动控制功能，达到控制指标。本课题使用S51单片机及A/D、D/A转换器运用PID控制编程，完成对直流电机的PID调压调速功能。要求完成1、模拟直流电机（压控振荡器）电路设计；2、单片机控制系统（参数键入、LED显示）设计；3、给定值输入、检测值输入、PWM输出驱动电路设计；4、PID控制程序、PWM驱动程序设计；5、PID参数整定。进起止日期工作内容备注III度安排星期一上午：下午：星期二上午：下午：星期三上午：下午：星期四上午：下午：星期五上午：下午：课程设计动员、学生讨论选择课题；课题论证、课题讲解、课题答疑。学生查阅、收集设计资料；选择、初建设计方案。设计、仿真各单元电路；设计单片机控制系统电路。数字PID控制编程；控制程序仿真、控制功能调试。P、I、D参数整定；撰写课程设计报告。主要参考资料单片机原理与应用、PWM调制技术、计算机控制技术。教研室意见年月日系（部）主管领导意见年月日IV长沙学院课程设计鉴定表姓名学号专业电气自动化班级设计题目基于单片机的数字PID控制直流电机PWM调压调速器系统指导教师指导教师意见：评定等级：教师签名：日期：答辩小组意见：V评定等级：答辩小组长签名：日期：教研室意见：教研室主任签名：日期：系（部）意见：系主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；目录第1章PID简介.1第2章设计原理.2第3章设计方案.3VI3.1PWM的调制.33.2基于单片机的数字PID控制直流电机PWM调压调速器系统.63.2.1调速原理.63.2.2基于单片机的数字PID控制直流电机PWM调压调速器系统原理图.63.2.3波形仿真.73.2.4PID调速程序.9第4章心得体会.13参考文献.141第1章PID简介PID（比例积分微分，英文全称为ProportionIntegrationDifferentiation）控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e(t)与输出u(t)的关系为u(t)=kp(e(t)+1/TIe(t)dt+TD*de(t)/dt)式中积分的上下限分别是0和t因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s)其中kp为比例系数；TI为积分时间常