微控课设 直流电机闭环调速系统设计.doc

直流电机闭环调速系统设计一.设计任务编写程序，实现直流电机闭环调速，使速度稳定在某一给定值上。二.设计目的1.巩固闭环控制系统的基本概念。2.了解闭环控制系统中反馈量的引入方法。3.掌握PID算法数字化的方法和编程。三.设计说明1.基础知识自动控制有两种最基本的形式：开环控制和闭环控制。开环控制系统的精度取决于元器件的精度和特性调整的精度。当内外干扰影响不大，并且控制精度要求不高时，可采用开环控制方式。前面我们所进行的实验，就是一些开环控制的简单实例。闭环控制又称为反馈控制，其实质是利用负反馈来减小系统的误差。闭环控制具有自动修正被控量偏离给定值的作用，因而可以抑制内部干扰和外部干扰引起的误差，达到自动控制的目的。按偏差的比例、积分、微分控制（简称PID控制）是过程控制中应用最广的一种控制规则。由PID控制规则构成的PID调节器是一种线性调节器。这种调节器是将设定值U与实际输出值KV构成控制偏差：e=U-V。按比例（P）、积分（I）、微分（D）通过线性组合构成程控制量。控制算法的模拟表达式是：式中， P（t）是调节器的输出信号； E（t）是调节器的偏差信号；Kp是调节器的比例系数；Ti是调节器的积分时间；Td是调节器的微分时间；在实际应用中，根据对象特征和控制要求，也可灵活改变其结构，取其一部分构成控制规律，例如：比例（P）调节器、比例积分（PI）、比例微分调节器（PD）等。比例调节器是一种最简单的调节器。它具有反应快、无滞后的特点，抗干扰是被控参数稳定再给定值附近。但是，对于具有自平衡系统（即系统阶跃响应为一有限值）的被控对象存在静差。对于某一给定系统，当负荷变化时，静差大小与比例作用的强弱有关。加大比例系数可以减小静差，但Kp过大时，会使动态质量变差，引起控制量震荡甚至导致闭死不稳定。比例积分调节器是再比例调节器的基础上增加积分调节规律。积分调节规律的实质是调节器输出的变化速度与输入偏差的大小成正比。只要有偏差，调节器输出的调节信号就不断变化，执行器就不断动作，直至偏差信号消除。因此，积分作用能消除比例调节器的静差。但是积分调节动作缓慢，其调节作用总是滞后于偏差信号的变化。在上述PI调节器的基础上再加上微分调节环节就构成了PID调节器。微分调节作用可以克服积分调节作用缓慢性，避免积分作用可能降低系统响应速度的缺点。另外，微分调节的加入有助于减小超调、克服振荡，改善系统的动态性能。在实际应用中，PID调节器的实现分模拟和数字模拟两种方法。模拟法就是利用硬件电路实现PID调节规律。PID数字模拟法就是利用硬件电路实现PID调节规律。PID数字模拟法就是对经典的模拟PID进行数字模拟，用数字调节器来代替模拟调节器。在采样周期较小时，数字模拟PID控制算法是一种较理想的控制算法。2.PID算法的数字实现由于DDC（Direct Digital Control）系统是一种时间离散控制系统。因此，为了用微机实现（式3-1-1）必须将其离散化，用数字形式的差分方程来代替连续系统的微分方程。离散化的PID表达式为：（式3-1-2）式中，T是采样周期；P(n)是第次采样时微机输出；E(n)是第n次采样时的偏差值；E(n-1)是第n次采样时的偏差值；N是采样序号，n=0，1,2，。通常把（式3-3-2）称为PID的位置控制算式。根据（式3-1-2）可以进一步推导出离散化的位置型PID编程表达式，如（式3-1-3）第k次采样PID的输出式为确定了Kp，Kt和Kd的值后，实现（式3-1-3）的编程框图如右图所示：由（式3-1-3）还可的离散化的位置型P控制和PI控制的编程表达式。它们各自的编程框图也只需在该图也只需的基础上稍作删减即可。3.实现直流电机的闭环调速实现原理如下图所示：图3-1-1 直流电机闭环调速系统原理框图0832输出OUT2为-5v+5v模拟电压，即分别对应于直流电机的反转最高速停止正转最高速。电机驱动器DA编码器接口电路编码器时钟发生器定时器中断控制器CPU系统电路IR6CIR7C原理框图 电机驱动电路 驱动输出、编码器输出、编码器电源 编码器接口电路四调试步骤1.实验连线：将L单元的F测孔与IRQ6测孔相连，将TCOUT2(S区)和IRQ7相连，L单元DMOT插座用4芯线对应连机电小平台的DMOT插座。DAC0832的片选CS在实验机内部已固定为00H。2.先设置控制参数，再运行程序DV81（详细操作参见第一部分第二章），观测结果。如果选用虚拟示波器观察实验结果，只要运行WAVE程序即可，WAVE程序的详细使用说明见WAVE软件的帮助文本。五程序清单/* DVCC-ZK2自控原理实验机直流电机闭环调速*/#define CS0832 0x00#define CS0832 0x00#define CS8259_1 0x20#define CS8259_2 0x21#define CS8253T0 0x48#define CS8253T1 0x49#define CS8253T2 0x4A#define CS8253C 0x4B#define CS8251C 0x51#define CS8251D 0x50#include void init(void);void delay1 (int t);void interrupt irq7(void);void interrupt irq6(void);void outchar(unsigned char out1);void delay1 (int t);main () int d,i,value,test; d=0; poke(0x0000,0x0600,0x28);/P poke(0x0000,0x0601,0x09);/I poke(0x0000,0x0602,0x02);/D poke(0x0000,0x0603,0x03);/转速 poke(0x0000,0x0604,0x02);/采样时间 outportb(CS0832,d); outportb(CS8253C,0x36); outportb(CS8253T0,0xa8); outportb(CS8253T0,0x02); /10ms,1khz outportb(CS8253C,0xb6); outportb(CS8253T2,0x64); outportb(CS8253T2,0x0); /100ms 10hzoutportb(CS8259_1,0x13); /写ICW1电平触发要写ICW4 delay1 (0x3000); outportb(CS8259_2,0x08);/ 8+IRQ7=F F*4=3Ch delay1 (0x3000); outportb(CS8259_2,0x09);/写ICW4，8088模式，缓冲方式 delay1 (0x3000); outportb(CS8259_2,0x3f);/写OCW1 8259 IR6和IR7(3F) 0011,1111 outportb(CS8259_1,0x20); /清中断 delay1 (0x3000); _asm push es MOV ax,0H MOV es,ax MOV di,03cH LEA ax,irq7 add ax,1000h /默认起始地址1000h STOSW MOV AX,0000h STOSW MOV di,038H LEA ax,irq6 add ax,1000h /默认起始地址1000h STOSW MOV AX,0000h STOSW enable(); poke(0x0000,0x0605,0); /转速计数清零放置 ct1清零 pokeb(0x0000,0x0607,0);/时间计数清零放置 ct2清零 poke(0x0000,0x0608,0); /II poke(0x0000,0x060a,0); /E0 while(1); void delay1 (int t) int j ; for (j=0;j0) outportb(CS0832,203);/最底维持电压 outportb(CS0832,203); outchar(unsigned char)E);/维持标志 else outportb(CS0832,202);/无转速差电压 outportb(CS0832,202); outchar(unsigned char)T);/无转差标志 ct2=0; poke(0x0000,0x0605,ct1);/转速计数清零放置 pokeb(0x0000,0x0607,ct2);/时间计数清零放置 poke(0x0000,0x0608,II); poke(0x0000,0x060a,E0); outportb(CS8259_1,0x20);void interrupt irq6 (void) /电机脉冲计数 unsigned int ct1; ct1=peek (0x0000,0x605); ct1+; poke(0x0000,0x0605,ct1); outportb (CS8259_1,0x20); void outch