基于单片机的直流调速系统设计(包含原理图、程序、实物)【整理版】.doc

学 号：30999060* 题目类型： 设计 (设计、论文、报告)桂林理工大学GUILIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY本科毕业设计(论文) 题目： 基于单片机的直流 调速系统设计 学 院： 机械与控制工程 专业(方向)： 自动化（控制） 班 级： * 学 生： * 指导教师： * 2013年 6 月 1 日桂林理工大学本科毕业设计论文摘 要转速是直流电机运行中的一个重要物理量，如何准确、快速测量出电机转速，并且实现对电机的调速在实际工作中具有非常大的使用价值。直流电机具有非常好的调速性能，目前，在一些对调速性能要求比较严格的场合中，主要使用的还是直流调速系统。本文在详细阐述了直流电机调速原理的基础上，介绍了基于AT89S52单片机的直流电动机转速控制系统的设计过程，控制系统主要包括：控制驱动环节、LCD显示环节、转速检测环节及相关硬件电路；软件设计采用C语言编程。该系统采用PWM脉冲方式驱动电动机，通过转速检测环节计算出直流电机实时转速，并且通过增量型数字PID程序算出控制量，从而改变PWM的占空比，进而控制电机转速，并在LCD1602上实时显示电机的状态。最后，通过实物的制作测试，系统运行稳定，操作容易，控制精度较高，具有一定的社会应用价值。关键词：直流电机调速；LCD显示；PWM控制；数字PIDI桂林理工大学本科毕业设计论文Design of the Dc speed control system based on single chip microcomputer Student:HUANG Ge-sheng teacher:YANG Gui-hua Abstract:Speed is an important physical quantity of dc motor operation, how to accurately and rapidly measure the motor speed, and the motor realize speed which control in the practical work has very important use value. Dc motor has very good performance of speed adjustment, nowdays, in some workplace speed control performance requirements more strict, the dc speed regulating system is chief application. This article in detail elaborated the basis of the principle of dc motor speed control, introduced the dc motor speed control system based on AT89S52 single chip design process, the control system mainly includes: control the driving part, LCD display part speed detecting parts and the related hardware circuit; The software design using C language programming. The system adopts the way of PWM pulse drive motor , and through the incremental digital PID program calculate the control quantity, thus changing the PWM duty ratio, and control the motor speed, and display the state of the motor speed on the LCD1602 in real-time . Finally, through testing the physical production, the system works stably, easy operation, high control precision, so the system has important application value in society. Keywords: dc motor; LCD display; PWM control; Digital PID II目次摘 要IAbstract:II1 引言11.1 直流调速系统研究意义11.2 直流调速系统发展概况11.3 本论文研究内容22 直流调速及PWM控制原理32.1 直流电机调速原理32.2 PWM脉宽调制原理43 PID控制技术53.1 PID参数组成53.2 模拟PID控制53.3 数字PID控制63.4 PID参数整定方法74 控制系统设计方案论证84.1 系统设计方案84.2控制器设计方案84.3 直流稳压电源设计方案94.4 直流电机驱动设计方案94.5 转速信号采集电路设计方案104.6 显示模块设计方案104.7 键盘模块设计方案115 系统硬件电路设计125.1 控制系统组成125.2 稳压电源电路设计125.3 电机驱动电路设计135.4 转速信号采集电路设计145.5 显示电路设计155.6 键盘电路设计156 软件设计176.1 程序流程图17I6.2 算法实现186.2.1数字PID算法186.2.2 转速采集算法187 控制系统调试分析208 结论22致谢23参考文献24附录1源程序25附录2电路图36附录3实物图38II1 引言1.1 直流调速系统研究意义在现代工业中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。在可调速传动系统中，按照传动电动机的类型来分，可分为两大类：直流调速系统和交流调速系统。交流电动机直流具有结构简单、价格低廉、维修简便、转动惯量小等优点，但主要缺点为调速较为困难。1相比之下，直流电动机虽然存在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点，但由于具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速，因此直流调速系统在一些对调速性能要求较高的系统中有很大的使用价值。1.2 直流调速系统发展概况直流调速系统的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使直流调速系统发生翻天覆地的变化。其中电机的控制部分已经由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统，并正向全数字控制方向快速发展。电动机的驱动部分所用的功率器件亦经历了几次更新换代。目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。2功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。脉宽调制控制方法在直流调速中获得了广泛的应用。1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把PWM技术应用到电机传动中从此为电机传动的推广应用开辟了新的局面。进入70年代以来，体积小、耗电少、成本低、速度快、功能强、可靠性高的大规模集成电路微处理器已经商品化，把电机控制推上了一个崭新的阶段，以微处理器为核心的数字控制（简称微机数字控制）成为现代电气传动系统控制器的主要形式。3PWM常取代数模转换器（DAC）用于功率输出控制，其中，直流电机的速度控制是最常见的应用。随着生产技术的发展，对直流电气传动在起制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面都提出了更高的要求，这就要求大量使用直流调速系统。因此人们对直流调速系统的研究将会更深一步。1.3 本论文研究内容本次设计主要研究的是直流控制系统的PID调速，纵所周知运动控制系统最主要的控制对象是电机，在不同的生产过程中，电机的运行状态要满足生产要求，其中电机速度的控制在占有至关重要的作用，因此本次设计主要是利用PID控制技术对直流电机转速的控制。其设计思路为：以AT89S52单片机为控制核心，产生占空比受PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。同时利用光电传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，构成转速闭环控制系统，达到转速无静差调节的目的。在系统中采LCD1602显示器作为显示部件，通过4键盘控制电机正反转、启停以及速度的设定，启动后通过显示部件了解电机当前的设定转速与实际转速。因此该系统在硬件方面包括：电源模块、电机驱动模块、控制模块、速度检测模块、人机交互模块。软件部分采用C语言进行程序设计，其优点为：可移植性强、算法容易实现、修改及调试方便、易读等。2 直流调速及PWM控制原理2.1 直流电机调速原理直流电动机根据励磁方式不同，直流电动机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电动机机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速有以下公式： 其中：U电压；励磁绕组本身的电阻；每极磁通(Wb)；Cc电势常数；Cr转矩常量。1由上式可知，直流电机的速度控制既可采用电枢控制法，也可采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但低速时受到磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。图2.1 直流电机的工作原理图电枢控制是在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上，以控制电机的转速。传统的改变电压方法是在电枢回路中串联一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低、平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制方法。如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制(PWM)调压等等。10调压调速法具有平滑度高，能耗少，精度高等优点。在工业生产中广泛使用其中脉宽调制(PWM)应用更为广泛。2.2 PWM脉宽调制原理PWM脉冲宽度调制技术就是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）的技术。下式是占空比计算公式：式中t1表示一个周期内开关管导通的时间，T表示一个周期的时间。占空比D表示了在一个周期里，开关管导通的时间与周期的比值，变化范围为0D1。由上式可知，当电源电压不变的情况下，电枢的端电压的平均值为，因此改变占空比D就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM调速原理。在PWM调速时，占空比是一个重要参数。以下是三种可改变占空比的方法：（1）定宽调频法:保持不变，改变，从而改变周期（或频率）。（2）调宽调频法：保持不变，改变，从而改变周期（或频率）。（3）定频调宽法：保持周期（或频率）不变，同时改变。10前2种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期（或频率），当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此应用较少。目前，在直流电动机的控制中，主要使用第3种方法。定频调宽法是利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。如图所示： 图2.2电枢电压占空比和平均电压的关系图3 PID控制技术3.1 PID参数组成控制算法是微机化控制系统的一个重要组成部分，整个系统的控制功能主要由控制算法来实现。目前提出的控制算法有很多。根据偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）进行的控制，称为PID控制。实际经验和理论分析都表明，PID控制能够满足相当多工业对象的控制要求，至今仍是一种应用最为广泛的控制算法之一。下面分别介绍模拟PID、数字PID及其参数整定方法。133.2 模拟PID控制在模拟控制系统中，PID控制是应用最为广泛的，为了说明控制器的工作原理，以小功率直流电机做一个例子。如图3.2.1所示是+12V直流电机的调速原理图,给定速度n0(t)与实际速度n(t)相比较，其差值e(t)=n0(t)-n(t),经过PID控制器运算及信号放大，输出电机控制电压u（t），改变直流电机的转速。图3.2.1 小功率直流电机调速系统常规的模拟PID控制系统原理框图如图3.2.2所示，改系统由模拟PID控制器和被控对象组成。图中，r(t)是给定值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出构成控制偏差e(t)e(t)=r(t)-y(t)e(t)作为PID控制的输入，u(t)作为PID控制器的输出和被控对象的输入。所以PID模拟器的控制规律为： （式 12） 其中： Kp -控制器的比例系数 Ti -控制器的积分时间，也称积分系数 Td -控制器的微分时间，也称微分系数图3.2.2 模拟PID控制系统原理图 PID控制由反馈系统偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）的线性组合而成，这3种基本控制规律各具特点。3.3 数字PID控制在DDC系统中，用计算机取代了模拟器件，控制规律的实现是由计算机软件来完成的。因此，系统中数字控制的设计，实际上是计算机算法的设计。由于计算机控制系统是离散系统，所以要将连续控制系统的调节器函数D(s)等效为离散系统的脉冲传递函数D(z)。但是这种转换并不是将模拟控制器的D(s)简单的进行Z变换得到的数字控制系器D(z)，而是通过一定离散方法使两者有近似的动态特性和频率响应特性。13基本数字PID控制算法有：数字PID位置型控制算法和数字PID增量型控制算法。数字PID位置型示意图和数字PID增量型示意图分别如图3.3.1和3.3.2所示：图3.3.1 数字PID位置型控制示意图图3.3.2 数字PID增量型控制示意图3.4 PID参数整定方法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。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。134 控制系统设计方案论证4.1 系统设计方案根据系统设计的任务和要求，设计系统方框图如图4.1所示。图中控制器模块为系统的核心部件，键盘和显示器用来实现人机交互功能，其中通过键盘将需要设置的参数和状态输入到单片机中，并且通过控制器显示到显示器上。在运行过程中控制器产生PWM脉冲送到电机驱动电路中，经过放大后控制直流电机转速，同时利用速度检测模块将当前转速反馈到控制器中，控制器经过数字PID运算后改变PWM脉冲的占空比，实现电机转速实时控制的目的。9图4.1 系统框图4.2控制器设计方案根据设计的要求控制器要实现的功能有：对键盘IO口状态的实时读取，LCD1602液晶屏的控制，对电机转速的采集与处理以及通过PID运算控制脉冲占空比。根据控制要求有以下两种解决方案。方案一：以ATmega16芯片为控制核心，ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。芯片运算速度快与低功耗有效的缓解了系统功耗与数据处理速度之间的矛盾，同时带四通道PWM脉冲输出可以按照控制要求产生相应的PWM占空比。但考虑到本设计对数据处理的速度要求不是特别高，PWM脉冲可以用定时器产生，用ATmega16不能充分体现出其性能，而且价格偏高，编程与51内核单片机有所区别；初学者不容易掌握。方案二：以AT89S52为控制器的核心处理器，At89s52单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8K 在系统可编程Flash 存储器。本毕业设计课题只要对键盘接口信号处理，LCD1602显示屏数据的读写，PWM脉冲信号的产生以及电机转速信号的采集与计算；4对数据处理速度要求不是特别高，以AT89S52芯片为控制核心足以胜任。AT89S52芯片应用比较普及且价格便宜，在市场很容易购买到，而且网上容易找到以AT89S52为核心的控制相关例子，对毕业设计有很大的帮助。对比以上的两个方案可以明显的看出本毕业设计课题采用AT89S52为控制器核心比较合适，兼顾了速度与经济性。因此经过深思熟虑决定采用方案二。4.3 直流稳压电源设计方案本毕业设计需要两种类型的的直流电压源：第一，各芯片与显示部分的工作电压，电压值为+5V波动值不能超过正负1%；第二，加在L298N上的直流电机驱动电压+12V，电压波动不能超过正负2%，根据性能要求有以下两种方案。方案一：采用干电池做为供电电源，干电池供电电压稳定，芯片不会因电源的波动而影响其性能，但是由于需要12V,5V两种不同的直流源携带不方便，电池不耐用需要频繁更换既成本偏高又污染环境。方案二：采用整流电路提供+5V，+12V电源；主要元件有12V交流输出变压器，整流桥，滤波电容，集成稳压块W7805，W7812。此种方案可靠性、安全性高，对能源的利用率高，并且电路简单容易实现。对比以上的两个方案采用整流稳压提供电源的方案二最合适。4.4 直流电机驱动设计方案此模块接收来自AT89S52芯片的信号，控制加在直流电机电枢上的电压的大小与方向，从而改变电机的转速与转向，根据控制要求有以下两种设计方案。方案一：采用达林顿管组合电路构成驱动电路，这种方法结构简单，成本低、易实现，但由于在驱动电路中采用了大量的晶体管相互连接，使得电路复杂、抗干扰能力差、可靠性下降，我们知道在实际的生产实践过程中可靠性是一个非常重要的方面。因此此中方案不宜采用。方案二：采用专用的电机驱动芯片，例如L298N、ULN2003等电机驱动芯片，由于它内部已经考虑到了电路的抗干扰能力，安全、可靠行，所以我们在应用时只需考虑到芯片的硬件连接、驱动能力等问题就可以了，所以此种方案的电路设计简单、抗干扰能力强、可靠性好。设计者不需要对硬件电路设计考虑很多，可将重点放在算法实现和软件设计中，大大的提高了工作效率。8出于安全，可靠及电路设计复杂程度考虑；采用专用的电机驱动芯片的方案二适合作为电机的驱动模块。4.5 转速信号采集电路设计方案此模块主要实现的功能为通过相应的检测电路采集电机的转速信号，按照计算公式在控制器进行数据处理计算得出电机实时转速。按照设计要求有以下两种设计方案。方案一：采用旋转编码器测速，旋转编码器是一种工业控制上最常见的一种测速工具，对环境要求不高，性能稳定，精度高力矩小，耗能低可靠使用寿命长等特点。5但是价格偏高比较适用于工业上的转速测试。方案二：光电耦合器。其检测方式为：发射器和接受器相互对射安装，发射器的光直接对准接受器，当测物挡住光束时，传感器输出产生变化以指示被测物被检测到。5通过脉冲计数，对速度进行测量。本设计通过套在电机转轴上的60线码盘配合再经脉冲整形电路变成规则的脉冲，因此电路图的设计比较容易实现。对比以上两种设计方案，方案二比较合适。4.6 显示模块设计方案此模块的功能为：可以显示电机的设定转速与实际转速，并且显示亮度可调。因此可以有以下两种设计方案。方案一：采用数码管显示电路，显示的亮度高，易于编程并且价格比较便宜。但由于用到的数码管数量比较多，这就为电路的设计与PCB板的制作带来很大的麻烦。速度的显示需要的字符在数码管上显示不出来。因此用数码管显示的方案行不通。方案二：采用LCD1602显示电路，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。12电路简单易于实现，因此采用LCD1602作为显示方案比较适合。对比以上两种设计方案，方案二最适合本设计。4.7 键盘模块设计方案此模块实现功能：通过按键的按下与松开可以启动、停止直流电机，对直流电机的速度设定值进行修改以及正反转的控制。注意按键抖动部分的处理。此部分比较简单设计的按键控制功能如下。K1按键用于控制电机的启停，按第一次电机启动，按第二次电机停止转动。K2按键用于控制电机的转向，默认是正转，按键第一次按下电机反转，按键按下第二次电机正转。K3按键每按下一次速度设定值加100，设定速度上限值为3000/min，K4按键每按下一次速度设定值减100，设定速度下限值为1500/min。复位按钮按下系统停止一切工作。经过上述的分析与论证，系统各模块采用的方案如下：（1）控制模块： 采用AT89S52单片机（2）电机驱动模块： 采用直流电机驱动芯片L298N实现（3）速度采集模块： 采用光电传感器（4）显示模块： 采用LCD1602液晶显示模块（5）键盘模块： 采用标准的41键盘（6）电源模块： 采用7805、7812芯片实现5 系统硬件电路设计5.1 控制系统组成以AT89S52为控制器核心，转速检测模块产生的规则脉冲接到T0定时器的外部引脚（P3.4)；经过计算得出实际转速，41键盘与LCD1602液晶作为人机接口。资源分配图如下：图5.1 系统硬件组成图5.2 稳压电源电路设计电源是电路中必不可少的一部分，根据控制要求+12V电压用于驱动模块，控制电机的转速；+5V提供芯片工作电压与液晶屏显示用电源。电压是否稳定关系到控制系统的性能，根据资料知用W7805与W7812作为整流电路的稳压块能达到设计的要求。具体设计电路图如图5.2所示：图5.2 稳压电源电路图5.3 电机驱动电路设计电机驱动模块是系统中很重要的一环，驱动模块是控制器与执行器之间的桥梁，在本系统中单片机的I/O口不能直接驱动电机，只有引入电机驱动模块才能保证电机按照控制要求运行，在这里选用L298N电机驱动芯片驱动电机，该芯片是由四个大功率晶体管组成的H桥电路构成，四个晶体管分为两组，交替导通和截止，用单片机控制达林顿管使之工作在开关状态，通过调整输入脉冲的占空比，调整电动机转速。其中输出脚（SENSEA和SENSEB）用来连接电流检测电阻，Vss接逻辑控制的电源。8Vs为电机驱动电源。IN1-IN4输入引脚为标准TTL 逻辑电平信号，用来控制H桥的开与关即实现电机的正反转，ENA、ENB引脚则为使能控制端，用来输入PWM信号实现电机调速。图5.3 电机驱动模块电路5.4 转速信号采集电路设计设计思路：在光耦的集电极引出一点接一个三极管基极，再由三极管集电极一个接点接到脉冲整形芯片74HC14便可以得到标准的数字脉冲。根据光电耦合器的工作原理可知，当有物体挡在光耦中间时光耦不导通，此时光耦集电极输出为高电平；当光耦之间没物体挡时光耦导通，集电极电压被拉低，此时光耦集电极输出为低电平。具体电路如图5.4所示。图5.4 电机速度信号采集模块5.5 显示电路设计显示电路以LCD1602为基础，接收来自单片机的数据与控制信号，从而可以显示出对应的字符。引脚说明：第1脚：VSS，为电源地第2脚：VDD，接+5V电源第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，调节加在VL上的电压即可控制对比度12第4脚：RS寄存器选择，高、低电平时分别对应数据寄存器、指令寄存器12第5脚：R/W为读写信号线，高、低电平时分别对应读操作，写操作。12第6脚：E为使能端，负跳变时液晶模块执行命令第7脚到第14脚：D0到D7为八位双向数据线第15脚：背光正电源第16脚：背光负电源具体电路连接如图5.5所示 图5.5 LCD1602电路连接5.6 键盘电路设计本设计键盘电路主要用于控制电机的启停、正反转以及转速的加减；PID控制的各参数在程序中已赋为定值；因此键盘电路由四个按键控制即可符合控制要求。电路设计如图5.6所示。图5.6 键盘电路6 软件设计6.1 程序流程图在设计系统中主流程是控制的基础，具体流程如图6.1所示：图6.1 程序流程图6.2 算法实现6.2.1数字PID算法本设计采用增量型的PID控制算法，根据计算公式只要知道三个相邻时刻的误差e(n)、e(n-1)、e(n-2)即可通过程序运算求出用于控制直流电机的电压u(n)，计算误差或计算精度对控制量的影响较小。10具体的程序流程如图6.2.1所示图6.2.1 PID程序流程图6.2.2 转速采集算法转速信号采集在控制系统中起纽带作用，不同的测速方法对应的误差是不同的；M法测速适用于高速，T测速法适用于低速，M/T法高低速都使用。由于本设计主要针对高速时的PID速度控制，所以选择用M法测速。M法测速公式：v= r/min。从这里可以看出速度v的误差主要是由圆盘边缘上的凹槽数的多少决定的，为了减少系统误差应尽量提高凹槽的数量，在本次设计中取凹槽数N为60，采样时间t为1s，则速度计算具体程序流程如图6.1.2所示。 图6.2.2 测速流程图7 控制系统调试分析为了验证设计是否符合控制要求，需对设计的系统进行验证与分析。为此本人用PROTEL软件进行电路设计与PCB板的制作；成功的把硬件做了出来。根据之前介绍的PID参数整定方法，经验法比较合适用于本系统的调试。调试的原则为：先是比例后积分，最后再把微分加；曲线振荡很频繁，比例度盘要放大；曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳；曲线偏离回复慢，积分时间往下降；曲线波动周期长，积分时间再加长；曲线振荡频率快，先把微分降下来；动差大来波动慢，微分时间应加长。13下面以PID调节器为例，具体说明经验法的整定步骤：控制系统投入闭环运行让，然后让调节器参数=0、=0；从小到大取值加一个阶跃的扰动信号，观察系统的反应，获得满意控制过程后即可确定的值。取比例系数为当前的值乘以0.83，的值根据观测情况赋值，同时加以阶跃变化，的扰动信号，直至求得满意的控制过程。的值保持不变，调整的取值，观察控制过程是否有改善，如有改善则继续调整，直到满意为止。否则，的取值增大一些，再调整的取值，力求改善控制过程。如此反复试凑，直到找到满意的比例系数和积分系数为止。引入适当和，此时和适当增大。上述步骤一样，和也需反复调整，直到控制过程满意为止。根据上诉方法，通过硬件调试得出数据如表7.1所示：表7.1测试数据表次数设定设定设定设定（r/min）超调量调节时间（s）误差150010018429.500100155341.201002211411.2010056501.20.2100112621.10.2100687800.21002%151008598.51.00.210097100861110.20.201006%512100.20.31007%5131006%7通过观察得出该系统比较合适的P、I、D三者的参数值为: =9.5, =0.2, =0.1。通过以上数据分析可知，该系统符合设计的任务及要求，证实了设计方案的可行性和设计方法的正确性。8 结论毕业论文是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的直流调速系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。 虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种方案的选择原则，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求，举个简单的例子：直流调速系统如果设计不当就将造成生产过程重大的经济损失，这些本是我工作后才会意识到的问题，通过这次毕业设计让我提前了解了这些知识，这是很珍贵的。 在设计过程中PID调速部分让我很头痛，原因是由于本身没什么单片机项目设计经验，而又必须严格按工业标准设计控制系统，从而形成了一些矛盾点，这些矛盾在处理上让人很难斟酌，正是基于这种考虑我意识到：要向更完美的进行一次设计，与其他专业人才的交流沟通是很有必要的，这其中也包括更好的理解直流调速系统设计的基本理念与方法。 提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。 从不知道毕业设计怎么做，到顺利如期的完成本次毕业设计，这给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，同时也为以后的工作打下坚实的基础。致谢经过长期的忙碌，本次毕业设计已顺利完成，作为一个还没毕业的本科生，由于缺乏经验，导致许多方面考虑不周全，幸好得到了指导老师的督促和同学们的帮忙，才能够顺利完成了这次毕业设计。在这里，我要先感谢我的指导老师，是她对我的悉心指导，以及对毕业设计各方面提供的意见，帮我理清了许多疑问。还要感谢同学对我的帮助，因为他们，我才顺利完成了我的毕业设计。最后，感谢我的母校为我提供了这么一个优良的学习环境，培育我成长起来。在这里，我要对在校期间帮助过我的所有人说声谢谢！参考文献 1周渊深.交直流调速系统与MATLAB仿真M.北京.中国电力出版社，2007年.2 王兆安. 电力电子技术M.北京：机械工业出版社, 2006：150152.3 潘松，黄继业. 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PID参数先进整定方法综述J.自动化学报，2000,(3)：347-35.附录1源程序#ifndef _myself_H_ /自定义头文件#define _myself_H_#include#include#define uchar unsigned char #define uint unsigned int#define ulong unsigned long int#define delay5us() ; _nop_() ;_nop_() ;_nop_() ;_nop_() ;_nop_() ; ;extern void delay1ms();extern void delaynms(uchar i);extern void init_1602();extern bit busy_check();extern void write_com(uchar x);extern void writeaddress(uchar y);extern void writedata(uchar x);#endif#include/主程序sbit k1=P20;sbit k2=P21;sbit k3=P22;sbit k4=P23;sbit A=P10;sbit IN1=P12;sbit IN2=P13;uchar code string1=0123456789;uchar code string2=Actual:;uchar code string3=Set:;uint count,pulse,motor_speed,time,temp1=80,temp3;uchar n,k,flag;bit gg;typedef struct float pre_error,last_error,cur_error; float KP; float KI; float KD; int set_speed; int actual_speed; int control_data; PIDdata; PIDdata PID;void PID_operate() float temp3; float sum; if(PID.set_speed-PID.actual_speed0) if(PID.set_speed-PID.actual_speed100) PID.control_data+=5; else temp0=(float) (PID.set_speed-PID.actual_speed); PID.pre_error=PID.last_error; PID.last_error=PID.cur_error; PID.cur_error=temp0;temp0=PID.KP*(PID.cur_error-PID.last_error);temp1=PID.KI*PID.cur_error;temp2=PID.KD*(PID.cur_error+PID.pre_error-2*PID.last_error);sum=temp0+temp1+temp2;sum=sum+(float)PID.control_data;if(sum0.0) if(sum100.0)PID.control_data+=5;else PID.control_data=(int)sum;else PID.control_data-=5; if(PID.set_speed-PID.actual_speed=3000)PID.set_speed=3000;while(k2=0) ; if(k3=0) gg=1; PID.set_speed-=100; if(PID.set_speed=1500) PID.set_speed=1500;while(k3=0) ; if(k4=0) k+; if(k=1) IN1=1; IN2=0; if(k=2) IN1=0; IN2=1; k=0; while(k4=0) ; void display() uchar i=0; writeaddress(0x00); while(string3i!=0) writedata(string3i+); /writeaddress(0x04); writedata(string1PID.set_speed/1000); writedata(st