基于单片机的交流电机转动控制系统设计

1、桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸编号：毕业设计(论文)说明书题 目： 基于单片机的交流电机学 院： 机电工程学院专 业： 电气工程及其自动化学生姓名： 刘剑学 号： 0600120217指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 刘东东职 称： 讲 师题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2010年05月26日桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸摘 要本设计是采用MCU（AT89S52）为核心的价廉、高效的单相异步交流电机调速控制系统；对电机的调速方法和控制电路进行了分析和设计，完成了小型交流电机的转速采集、计算、显示。该方法采用先进的过零调功的方式，以功率调节

2、取代常用的电压调节，通过控制可控硅的通断比来调节电动机输出功率，并将非均匀采样情况下的增量式积分分离PID控制算法应用于交流电机的调速。在设计中实现了对电机转速的测量，解决了PID算法的积分饱和问题。关键词：调速；PID控制；过零调功；AT89S52桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸AbstractThis design is the use of MCU (AT89S52) as the core of inexpensive, highly efficient Single-phase asynchronous AC motor speed control system; the m

3、otor speed control method and control circuit are analyzed and designed, completed the acquisition of small AC motor speed, calculation, display . The method uses advanced Zero transfer function, a successful way to replace the commonly used power regulation with voltage regulation by controlling th

4、e thyristor on-off ratio to regulate the motor output power, and the non-uniform sampling points separated incremental PID control algorithm is applied to AC motor speed control. Achieved in the design of motor speed measurement, solving the PID algorithm is integral saturation problem.Keywords：spee

5、d control; PID control; Zero transfer function; AT89S52桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸目 录引言 . 11 设计方案论证 . 21.1 系统结构方案论证 . 21.2 转速测量方案论证 . 21.3 电机驱动方案论证 . 31.4 键盘显示方案论证 . 32 系统原理框图设计 . 43 各模块的分析、计算和硬件电路设计 . 53.1 速度测量电路的设计 . 53.1.1 转速/频率转换电路的设计 . 53.1.2 脉冲滤波整形电路的设计 . 53.2 电机驱动电路的设计 . 63.2.1 过零检测电路 . 63.2.2 可控硅触发

6、电路 . 73.3 LCD显示电路与单片机的接口设计 . 84 系统总程序框图设计 . 95 系统各部分子功能程序设计 . 105.1 电机转速测量程序设计 . 105.2 键盘程序设计 . 115.3 LCD显示子程序设计 . 116 数字PID及其算法改进 . 136.1 PID控制基本原理 . 136.2 三个基本参数KP、TI、TD在实际控制中的作用研究 . 136.3 数字PID控制算法 . 146.3.1 位置式PID算法 . 146.3.2 增量式PID算法 . 156.4 PID算法的改进，“饱和”作用的抑制 . 176.5 PID控制算法的单片机程序实现 . 187 系统的调

7、试过程与测试 . 207.1 PID各项系数临街比例法整定 . 208 结束语 . 21谢 辞 . 22桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸参考文献 . 23附 录 . 24附录1：系统硬件总图 . 24附录2：系统PCB . 24附录3：程序清单 . 25桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第1页 共37页引言随着生产的不断发展，速度可调成了传动装置的一项基本要求。目前交流电机调速技术的研究取得了极大的发展，在调速传动领域交流电机已有取代直流电机的趋势。在60 年代之前，交流电机调速常用串级调速，但是这种调速系统复杂，而且不容易控制。后来晶闸管研制成功，使交流电机调速技术迅速发展，

8、出现了变频器，通过改变供电电源的频率来调节异步电动机的转速，这种调速方式可以获得很大的调速范围，很好的调速平滑性和足够的机械特性硬度，但成本高，控制系统复杂。在分析目前调速方案的基础上，本文提出了一种可控硅过零调功控制方案。1桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第2页 共37页1 设计方案论证根据设计任务，要求调速采用PID控制器，因此需要设计一个闭环交流电机控制系统。该系统使用过零调功调速，使电机速度等于设定值，并且实时显示电极的转速值。通过对设计功能分解，设计方案论证可以分为：系统结构方案论证，速度测量方案论证，电机驱动方案论证，键盘显示方案论证。1.1 系统结构方案论证方案一：采用

9、一片单片机（AT89S52）控制系统过零检测、速度检测、LCD显示、PID运算、控制运算，并输出控制信号。方案二：采用两片单片机（AT89S52）,其中一片做成PID控制器，专门进行PID运算和控制信号输出；另一片则系统主芯片，完成电机速度的键盘设定、测量、显示，并向PID控制器提供设定值和测量值，设定PID控制器的控制速度等。方案一的优点是系统硬件简单，结构紧凑，且节省材料和成本，充分利用单片机。方案二，增加了硬件，增加了调试的难度。通过考虑成本和性价比等因素，选择方案一。1.2 转速测量方案论证理论上，是先将转速转化为某一种电量来测量，如电压，电流等。设计中将转速测量转化为电脉冲频率的测量

10、。选用光电传感器，如图1.1；原理如图1.2方案一：采用记数的方法。具体是通过单片机记单位时间S（秒）内的脉冲数N，每分钟的转速：M=N/S×60。方案二：采用定时的方法。是通过定时器记录脉冲的周期T，这样每分钟的转速：M=60/T。比较两个方案，方案一增大记数时间可以提高测量精度，但这样做却增大了速度采样周期，会降低系统控制灵敏度。而方案二所产生的误差主要是标准误差，并且使采样时间降到最短。由此明显看出,方案二在测量精度及提高系统控制灵2桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第3页 共37页敏度等方面优于方案一，所以本设计采用方案二。1.3 电机驱动方案论证方案一：采用变频器，

11、通过改变供电电源频率来调节异步电动机转速。这个方案的优点是调速范围大，平滑性好，机械硬度强，但成本较高，控制系统复杂。方案二：采用可控硅移相调压调速，由能量守恒原理 U × I = F ×V ，在外部阻力不变的情况下，改变电压U 的值，速度V 也跟着改变，因此只要控制可控硅导通角调节输出电压就可以达到调速目的，但这种方法要求触发电路发生相位可变且具有一定幅值的脉冲，而且还要解决触发脉冲与主回路电压之间的同步问题。方案三：采用过零调功调速。过零调功通过的工作电压是完整的正弦波形，过零导通且过零截止。过零调功方式就是通过在给定的时间内改变加进负载的交流正弦波个数来调节负载功率的

12、一种控制方法。由于可控硅是在电压（电流）过零时触发导通的，导通时的波形是完整的正弦波或半波，所以不存在可控硅移相调压方式所存在的一切缺点。同时也由于可控硅是在电压过零时导通，其负载浪涌电流和电流变化率都很小，有利于可控硅的安全工作。通过比较和对市场、成本等因素的考虑，本设计采用方案三。1.4 键盘显示方案论证方案一：采用4×4键盘，可直接输入设定值。显示部分使用4位数码管，优点是显示亮度大，缺点是功耗大，不符合智能化趋势而且不美观。方案二：使用4个按键，进行逐位设置。显示部分是使用支持中文显示的LCD，优点是美观大方，有利于人与系统的交互，及显示内容的扩展；缺点是成本高，抗干扰能力教

13、差。为了系统容易扩展、操作以及美观，本设计完全采用方案二。3桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第4页 共37页2 系统原理框图设计系统原理框图如图2.1所示，是一个带键盘输入和显示的闭环测量控制系统。主体思想是通过系统设定信息和测量反馈信息计算输出控制信息。图2.1 系统原理框图 4桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第5页 共37页3 各模块的分析、计算和硬件电路设计3.1 速度测量电路的设计3.1.1 转速/频率转换电路的设计理论上，是先将转速转化为某一种电量来测量，如电压，电流等。设计中将转速测量转化为电脉冲频率的测量。基于这一思想，可以采用一对霍尔感应传感器，使输出信号的

14、一只在转轮一侧固定，另一只则粘在对应位置的转轮上，这样，电机每转一圈，传感器将会输出一个脉冲，然后将脉冲放大、整形后即可通过单片机测量其频率求出转速。实际实验中，由于市场采购原因，暂用三极管输出型红外光电耦合器代替霍尔传感器。如图3.1所示，在电机转轮一处开孔，这样，每转一圈，三级管（红外接收头）透光导通一次，OUT端输出一个上脉冲，即完成了转速频率的转换。图3.1 转速/频率转化电路3.1.2 脉冲滤波整形电路的设计J10引脚1和引脚2接发光二极管，引脚1和引脚3接光敏电阻，R7控制二极管发光强度，R8、R9起到分压作用，控制电压，R6控制放大倍数。经过尝试，R7选择1K电阻，R8、R9分别

15、选择89K和43K，R6选择3.6K。5桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第6页 共37页3.2 电机驱动电路的设计3.2.1 过零检测电路过零检测电路的最终目标是实现在50HZ 的交流电压通过零点时取出其脉冲。由于可控硅过零调功方式是通过控制可控硅导通与关断的比值来调节输出功率，相位和移相触发的同步脉冲问题都不必考虑，因此输出的脉冲宽度可以放宽，这也使得电路更易实现。设计中利用两个光电耦合器实现过零电路。其电路原理图及波形如图3.3 所示。此电路的工作原理是：交流电源经R12 加到两个反并联光电二极管上，在交流电源的正、负半周，二极管1 d 和2 d 轮流导通，从而使T1 和T2 也

16、轮流导通，在导通期间V0 输出低电平，只有在交流电源过零的瞬间，两个二极管均截止，V0 输出高电平，因此V0 端得到周期为10ms 的脉冲信号，该信号送至89s52 的INT0 引脚。6桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第7页 共37页图3.3 过零检测电路及其波形3.2.2 可控硅触发电路电路中采用了过零双向可控硅型光耦MOC3041，它集光电隔离、过零检测、过零触发等功能于一身，避免了输入输出通道同时控制双向可控硅触发的缺陷，大大简化了输出通道隔离-驱动电路的结构。可控硅触发电路原理图如图3.4所示。7桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第8页 共37页此电路的工作原理是：单

17、片机响应用户的参数设置，在I/O 口输出一个高电平，经反向器反向后，送出一个低电平，使光电耦合器导通，同时触发双向可控硅，使工作电路导通工作。在给定时间内，负载得到的功率可用下式表示：P nUI （3-1） N式中 P 负载得到的功率；n 给定时间内可控硅导通的正弦波个数；N 给定时间内交流正弦波的总个数；U 可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电压有效值；I 可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电流有效值。由上式可知，U ， I ， N 是定值，只要改变 n 值的大小即可控制功率的输出，从而达到调节电机转速的目的。3.3 LCD显示电路与单片机的接口设计设计中采用的LCD1602是一种用5x

18、7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等与外部CPU接口采用并行或串行方式控制。本设计采用并行方式控制，LCD与单片机的通讯接口电路如图3.5所示采用直连的方法，这样设计的优点是在不影响性能的条件下还不用添加其它硬件，简化了电路，降低了成本。8桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第9页 共37页4 系统总程序框图设计系统程序程序框图如图4.1所示，概述了程序的总体结构和工作过程。9桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第10页 共37页5 系统各部分子功能程序设计5.1 电机转速测量程序设计否否设计中考虑到电机的工作环境一般

19、比较恶劣，因此除了硬件外，从程序上除了要更高的精确度也需要进行更多的抗干扰设计，从而实现软件的大范围检错、纠错或丢弃错误等。在程序的设计过程中，对严重不符合要求的测量数据进行了10桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第11页 共37页丢弃处理，而对于正常范围内的数据错误采用了采5取3求平均的算法（即采集5个数据，去掉 一个最大值一个最小值，然后将剩余3数据求平均）。实验表明，此方法降低了系统采集转速中出现的错误。对于转速的测量方法，是通过速度脉冲信号下降沿触发单片机的外中断，中断服务子程序在某一个脉冲的下降沿开启定时器记时，然后在下一个下降沿关闭定时器，通过对定时器数据进行运算处理可以得

20、到信号周期进而得到速度值。其程序框图如图5.1。可以看出，此方法下的采样周期是随转速变化的，转速越高采样越快。通过这种非均匀的速度采样方式可以使电机在高速情况下，实现高速度高精度的控制。5.2 键盘程序设计键盘程序设计的任务是赋予各按键相应的功能，完成速度设定值的输入和向PID控制器的发送。4只按键一只用来位循环选择，告诉单片机要调整的是设定值的个位、十位、百位还是千位。第二、三只按键分别是减1、加1减。在没有位选择的情况下对设定值整体进行减1、加1；在有位选择的情况下仅对相应位进行减1、加1，并且当按着不释放按键时可以实现快速连续减1、加1，同时允许循环减、加（既当某位为0时，在减1则为9，

21、某位为9时，加1则为0）。最后一只按键是确认发送键，按下它后，单片机将设定值送给PID控制器，从而实现设定控制。程序框图如图5.2。5.3 LCD显示子程序设计LCD的详细使用过程可参阅对应型号的使用手册。仅在本小节强调以下内 11桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第12页 共37页容：LCD 使用的关键是根据显示需要正确地对其进行初始化设置，而一般情况下不用考虑如何向它读写指令或数据，因为制造厂商所给的使用资料里就附有驱动程序，如果没有也可以从网上搜索下载得到。然而我们必须清楚那些初始化设置之间的关系，以及它是如何利用设置读取、显示数据字符的，不然就会发生一些不可预料的错误。因此，熟

22、读LCD驱动芯片使用手册也是一个关键环节。12桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第13页 共37页6 数字PID及其算法改进6.1 PID控制基本原理PID控制即比例（Proportional）、积分（Integrating）、微分（Differentiation）控制。在PID控制系统中，完成PID控制规律的部分称为PID控制器。它是一种线形控制器，用输出y(t)和给定量r(t)之间的误差的时间函数e(t)=r(t)-y(t). PID控制器框图如图6.1。实际应用中，可以根据受控对象的特性和控制的性能要求，灵活地采用不同的控制组合，如：图6.1 PID控制算法框图比例（P）控制器：

23、Kp*e(t) （6-1）比例积分（PI）控制器：KpTi比例积分微分（PID）控制器： e(t)dt （6-2） 0tKp*Tdde(t) （6-3） dt式中，Kp为比例运算放大系数，Ti为积分时间，Td为微分时间。6.2 三个基本参数Kp、Ti、Td在实际控制中的作用研究通过使用MATLAB软件中SIMULINK 的系统仿真功能对PID算法进行仿真，现将结果作以下概括。13桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第14页 共37页比例调节作用：是按比例反映系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差，属于“即时”型调节控制。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但

24、是过大的比例，使系统的稳定性下降甚至造成系统的不稳定。积分调节作用：使系统消除静态误差，提高无误差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无误差，积分调节停止，积分调节输出一常值，属于“历史积累”型调节控制。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差的变化趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，以被微分调节作用消除，因此属于“超前或未来”型调节控制。因此，可以改善

25、系统的动态性能。在微分时间选择合适的情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反映的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。6.3 数字PID控制算法数字PID控制算法可分为位置式PID和曾量式PID控制算法。6.3.1 位置式PID算法由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差计算控制量，而不像模拟控制那样连续输出控制量，进行连续控制。由于这一特点式（6-4）中的积分项和微分项不能直接使用，必须进行离散化处理。离散化处理的方

26、法为：以T作为采样周期，k作为采样序号，则离散采样时间Tk对应着采样时间t，用矩形法数值积分近似代替积分，用一阶后向差分近似代替微分，可做如下近似变换：tkT(k=0,1,2.)kkt()()etdtTejT=Te0 （6-4） jj=0j=0de(t)e(kT)-e(k-1)Te-ek-1=kTTdt14桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第15页 共37页上式中，为了表示方便，将类似于e（Tk）简化成ek等。由上式可得离散的PID表达式为：ek-ek-1Tkuk=Kpek+ej+Td （6-5） TTij=0或uk=Kp*ek+Kiej+Kd(ek-ek-1) （6-6） j=0k其

27、中 K 采样序号，k0，1，2，;Uk 第k次采样时刻的计算机输出值;Ek 第k次采样时刻输入的偏差值;Ek-1 第k1次采样时刻输入的偏差值;Ki 积分系数，Kd 微分系数，; ;如果采样周期足够小，则式（65）或式（66）的近似计算可以获得足够精确的结果，离散控制过程与连续过程十分接近。式（65）或式（66）表示的控制算法式直接按之前所给出的PID控制规律定义进行计算的，所以它给出了全部控制量的大小，因此被称为全量式或位置式PID控制算法。这种算法的缺点是：由于全量输出，所以每次输出均与过去状态有关，计算时要对ek进行累加，工作量大；并且，因为计算机输出的uk对应的是执行机构的实际位置，如

28、果计算机出现故障，输出的uk将大幅度变化，会引起执行机构的大幅度变化，有可能因此造成严重的生产事故，这在实生产际中是不允许的。增量式PID控制算法可以避免着重现象发生。6.3.2 增量式PID算法所谓增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量u。当执行机构需要的控制量是增量，而不是位置量的绝对数值时，可以使用增量式PID控制15桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第16页 共37页算法进行控制。增量式PID控制算法可以通过式（65）推导出。由式（65）可以得到控制器的第k1个采样时刻的输出值为：Tuk-1=Kpek-1+Tiek-1-ek-2ej+Td （6-7） Tj=0k-1将

29、式（65）与式（67）相减并整理，就可以得到增量式PID控制算法公式为：ek-2ek-1+ek-2Tuk=uk-uk-1=Kp ek-ek-1+Tek+TdTiTTdTd2Td=Kp 1+T+Tek-Kp 1+Tek-1+KpTek-2 （6-8） i=Aek+Bek-1+Cek-2TTdA=Kp 1+T+Ti2TB=Kp 1+d;TTdC=Kp.T; 其中由式（68）可以看出，如果计算机控制系统采用恒定的采样周期T，一旦确定A、B、C，只要使用前后三次测量的偏差值，就可以由式（68）求出控制量。增量式PID控制算法与位置式PID算法式（65）相比，计算量小的多，因此在实际中得到广泛的应用。而

30、位置式PID控制算法也可以通过增量式控制算法推出递推计算公式：uk=uk-1+uk （6-9）式（69）就是目前在计算机控制中广泛应用的数字递推PID控制算法。16桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第17页 共37页6.4 PID算法的改进，“饱和”作用的抑制抑制PID算法的“饱和”作用，通常有两种方法。一种算法是遇限削弱积分法，其基本思想是：一旦控制变量进入饱和区，将只执行削弱积分项的运算而停止进行增大积分项的运算。具体地说，在计算u（k）时，将判断上一时刻的控制量u（k）是否已超出限制范围，如果已超出，那么将根据偏差的符号，判断系统输出是否在超调区域，由此决定是否将相应偏差计入积分

31、项。另一种算法是积分分离法。减小积分饱和的关键在于不能使积分项累积过大。第一种修正方法是一开始就积分，但进入限制范围后即停止累积。后者介绍的积分分离法正好与其 相反，它在开始时不进行积分，直到偏差达到一定的阀值后才进行积分累计，算法流程图见图6.5。图中，A，B，C分别代表q0,q1,q2。这样，一方面防止了一开始有过大的控制量，另一方面即使进入饱和后，因积分累积小，也能较快退出，减少了超调。由于本系统的控制对象是一个具有惯性或称其为滞后特性的直流电机，一方面要求控制要尽可能高的反映速度，另一方面也要尽可能减少超调。因此，积分分离法比较适合本系统。综合上面关于PID算法的研究，已经得出一个针对

32、本系统的PID算法“增量式积分分离PID控制算法”。在此控制算法中，误差较大时采用的是PD算法控制。在PID控制器的实现过程中，发现不同的电机除了惯性不同外，还有一个参数不容忽略，那就是电机在转动过程中的摩擦力。由于摩擦力总是阻碍电机转动，所以相当于额外的给控制量对应的电动机转矩加了一不定量的负转矩。如果PID的输出的控制增量对应的转矩为正，则会抵消一部分增量，但如果PID输出的控制增量对应的转矩为负，则会助长这一增量。如此以来，如果电机在加速过程中使用和减速过程中同样的PID参数，就有可能出现加速欠条，减速超调的情况。实验中，也证明了这一分析的正确性。 解决这一问题的方法是利用微分项的校正作

33、用，在电机加速状态，和减速状态采用不同的微分系数，即在不同的时段采用不同的微分系数,其中加速时微分系数为Kd1,减速时微分系数为Kd2。这样系统的控制算法就成为“变系数增量式积分分离控制算法”了，可以通过设定参数得到更佳的校正作用。17桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第18页 共37页图6.2 增量式积分分离PID算法流程图6.5 PID控制算法的单片机程序实现要编写一个已知算法的单片机程序，首先要考虑的就是数据的结构和存储方式了。因为它直接影响到系统的控制精度，以及PID算法的实现质量。本系统之所以专门采用一片单片来实现PID算法，就是因为从一开始的设计思路就是尽可能高的提高系统的

34、控制精度。要提高系统的控制精度，在计算过程中仅取整数或定点小数是不够的，所以本设计采用三字节浮点数运算。对于AT89S52单片机而言，有足够的内存去存储和处理这些数据。另外，为了使程序的参数修改18桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第19页 共37页方便，更易于应用到其他PID控制系统中去，在一开始的参数赋值程序中，参数是以十进制BCD码浮点数存储的，参数赋值完成后，紧接着就是对参数进行二进制浮点数的归一化处理，以及复合参数q0,q1,q2等的计算。这些工作在系统启动后迅速就完成了，之后PID控制器只进行PID核心控制算法的计算。PID算法的程序框图如图6.2 所示算法。由于本系统采用

35、的是单级单向调速， 所以当PID控制算法的输出结果u（k）为负数时就将其清另零了，当大于系统饱和值时，赋值u(k)为饱和值。19桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第20页 共37页7 系统的调试过程与测试7.1 PID各项系数临街比例法整定在闭环控制系统里，将调节器置于纯比例作用下，从小到大逐渐改变调节器的比例系数，得到等幅振荡的过渡过程。此时的比例系数称为临界比例系数Ku，相邻两个波峰间的时间间隔，称为临界振荡周期Tu。临界比例度法步骤：1、将调节器的积分时间Ti置于最大（Ti=），微分时间置零（Td=0），比例系数Kp适当，平衡操作一段时间，把系统投入自动运行。2、将比例系数Kp逐

36、渐增大，得到等幅振荡过程，记下临界比例系数Ku和临界振荡周期Tu值。3、根据Ku和Tu值，采用经验公式，计算出调节器各个参数，即Kp、Ti和Td的值。按“先P再I最后D”的操作程序将调节器整定参数调到计算值上。若还不够满意，可再作进一步调整。临界比例度法整定注意事项：有的过程控制系统，临界比例系数很大，使系统接近两式控制，调节阀不是全关就是全开，对工业生产不利。有的过程控制系统，当调节器比例系数Kp调到最大刻度值时，系统仍不产生等幅振荡，对此，就把最大刻度的比例度作为临界比例度Ku进行调节器参数整定。20桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第21页 共37页8 结束语本文对电机调速方法作

37、了分析和研究，提出了以可控硅过零调功方式实现调速的控制方案，详细阐述了可控硅过零控制的硬件电路设计及软件实现方法，本文作者创新点在于使用过零调功方式实现了交流电机调速。在所采用的可控硅过零调功方式实现调速的方法中，对于可控硅的过零触发与主回路的控制是由软硬件协同完成的，而且软件承担了主要的控制任务，简化了硬件设计，降低了成本，可应用于需要进行电机调速控制的不同场合。注：鉴于排版问题，文中部分软件系统原理框图采用在其他文档画出原理图，截图的方式给出。21桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第22页 共37页谢 辞感谢刘东东老师在我们学习过程中给予的大量指导和帮助。特别感谢黄知超老师和王斌老

38、师以他们深厚的理论基础、精湛的教学方法和殷切的教学态度使我们在大学生活中学到了终身受用的知识。22桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第23页 共37页参考文献1 徐薇莉,曹柱中.控制理论与设计M 上海交大出版社,2003.74-82.2 王兆安,黄俊.电力电子技术M 机械工业出版社,2000.15-21.3 陈伯时.电力拖动自动控制系统M 机械工业出版社,2003.158-217.4 于长官.现代控制理论M 哈尔滨工业大学出版社,2005.67-90.5 先锋工作室.单片机程序设计实例M 清华大学出版社,2003.104-110.6 谢世杰,陈生潭,楼顺天.数字PID算法在电机控制器中

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41、单片机及接口实用教程M.电子科技大学出版社,1997.19 张玉艳，宁帆.数字电路与逻辑设计M.北京：人民邮电出版社，2003.20 于洪洲，程建.51系列单片机软件抗干扰设计J. 集成电路通讯,25(2):16-18.21 周明德.微型计算机系统原理及应用M.北京：清华大学出版社，2002.22 David E. Johnson .et al. Electric circuit analysis M. Prentice Hall/c,1997.23 Nieva TM ,Wegmann A. a conceptual model for remote data acquisition syst

42、ems. COMPUTERS IN INDUSTRY, 2002, 47 (2):215- 237.24 REGISMADE.AT COMMANDS FOR GSM M.USA:WAVE COMEASI APACIFICLIMITED,2000.23桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第24页 共37页附 录附录1：系统硬件总图附录2：系统PCB24桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第25页 共37页附录3：程序清单/*=* * 文件: LCD1602串口（精确）* 功能: 在LCD1602上显示字符或一个变量的值* 版本:* 日期:2008/4* 备注: 需要164将单片机发出

43、的串口数据转成并口注意程序适用51系列单片机*=*/#include"LCD1602.H"#define uchar unsigned char#define BIT 4 /显示数字时的最多位数（包括小数点）/*#define LCDIO P3sbit LCD_RS=LCDIO0;sbit LCD_RW=LCDIO1;sbit LCD_E=LCDIO2;sbit CLK=LCDIO3;sbit Clear=LCDIO4;sbit BitData=LCDIO5;*/#define LCD_RS P1_2#define LCD_RW P1_125桂林电子科技大学毕业设计（论文）

44、报告用纸 第26页 共37页#define LCD_E P1_0#define LCD_DATA P0int time=0,count=0;/*void main(void)LCDInit();/ PrintChar("22222222222222222222222222222",1,1);PrintNum(0.023456,1,9);while(1);*/*=1602=*/串行发送/void SendData(uchar Data)LCD_DATA = Data;/写指令/void W_ZhiLing(uchar zhiling)26桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用

45、纸 第27页 共37页LCD_E=1;LCD_RS=0;LCD_RW=0;SendData(zhiling);LCD_delay(1);LCD_E=0;/写数据/void W_Data(uchar Data)LCD_E=1;LCD_RS=1;LCD_RW=0;SendData(Data);LCD_delay(1);LCD_E=0;/按指定位置显示一串字符/void PrintChar(uchar *DData,uchar Y,uchar X)uchar n;if(X>16) X-=16; Y+; 27桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第28页 共37页for(n=0;'0

46、'!=DDatan;n+)W_ZhiLing(X-1+0x40*(Y-1)|0x80);if('_'=DDatan)W_Data(0x2d);elseW_Data(DDatan);if(X+=16)X=0;Y+;/按指定位置显示数字/void PrintNum(double num,uchar Y,uchar X)char i=0,dot=0,sig=1;unsigned long l_Value,qz=1;char pNumToCharBIT+2;if(num<0)num=-num;pNumToChari+='-'28桂林电子科技大学毕业设计（论

47、文）报告用纸 第29页 共37页for(l_Value=num;num-l_Value>1E-10;dot+)num*=10;l_Value=num;while(l_Value/qz>=10)qz*=10;sig+;sig-=dot;if(sig<1)pNumToChari+='0'pNumToChari+='.'for(dot=i-sig;i<dot;i+)pNumToChari='0'elsesig+=i;for(;qz>0&&i<BIT;i+)if(i=sig)pNumToChari+=&

48、#39;.'29桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第30页 共37页pNumToChari=l_Value/qz+48;l_Value%=qz;qz/=10;pNumToChari='0'PrintChar(pNumToChar,Y,X);/LCD初始化/void LCDInit(void) /各延时不知是否足够，时间改了未调试 LCD_delay(50); /开机延时50msW_ZhiLing(0x38);/功能设置命令LCD_delay(1);W_ZhiLing(0x06); /光标和显示模式设置LCD_delay(1);W_ZhiLing(0x0c); /

49、显示开关控制 光标关LCD_delay(1);W_ZhiLing(0x0f);LCD_delay(1);W_ZhiLing(0x01); /清屏LCD_delay(15);void LCD_delay(unsigned int time) /time=1即1ms30桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第31页 共37页unsigned char k;unsigned int i;for(i=time<<1;i>0;i-)for(k=248;k>0;k-) ;/*=1602=*/#include "delay.h"void delayms(unsigned int time) /time=1即1msunsigned char k;for(time<<=1;time