东南大学机械本科毕业设计论文

-.z学士学位论文基于MCU的通用控制器设计院系:学号:专业名称:学生**:指导教师:起讫日期:设计地点:-.z东南大学毕业〔设计〕论文独创性声明本人声明所呈交的毕业〔设计〕论文是我个人在导师指导下进展的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何奉献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名：日期：年月日东南大学毕业〔设计〕论文使用授权声明东南大学有权保存本人所送交毕业〔设计〕论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在**期内的**论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布〔包括登载〕论文的全部或局部内容。论文的公布〔包括登载〕授权东南大学教务处办理。论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日-.z基于MCU的通用控制器设计摘要:电机控制器的开展朝着集成化和通用化的方向开展着。目前，电机控制专用集成电路芯片技术已经比拟成熟，电机控制专用集成电路芯片的种类也十分齐全，但在通用性上还显得缺乏。而且，电机控制专用集成电路品种规格繁多，产品资料和应用资料丰富，但是又很分散，需要花时间收集整理、分析消化，研究电机的通用控制器很有必要。本次设计先用MATLAB对PID控制器进展仿真，计算，包括参数整定，加深对控制器和离散算法的认识，再进一步探索双闭环反应的控制器算法。然后在基于STM32的电机控制电路中进展检验，以便进一步优化算法。这次设计的通用控制器其通用性主要表达在两个方面：一是PID控制器构造的通用性即可以选择单闭环，双环，甚至三环控制，对不需要的控制只需要将该参数设置为0；二是PID参数的通用性，即可以很方便的对PID参数进展调整，以适应实际的需求。就目前的研究结果来看，理论研究根本完成，亦根据实际情况拟合出了电机转速与占空比之间的函数关系，将这种关系应用在简单的单闭环控制中取得了很好的效果，在不使用这种关系，亦对PID参数进展了整定，还需要进一步检验PID算法对实际电机控制的效果，提高其通用性。关键词;STM32；通用控制器；PID；MATLAB仿真-.z-.zDesignofMCUBasedUniversalControllerAbstract:Themotorcontrollerisbeingmoreandmoreintegratedanduniversal.Atpresent,thetechnologyofmotorcontrolASICchipisrelativelymature,thetypesarealsoveryplete,butitlacksuniversalitypartly.Moreover,therearevarietiesspecifications,productinformationandapplicationdatabutveryscattered,ittakeslotsoftimetocollectandanalyzethem.Sothestudyoftheuniversalmotorcontrollerisnecessary.

Inthedesign,firstlytheMATLABisusedtoemulatethePIDcontroller,includingparametercalculation,toachieveabetterunderstandingonthecontrollerandthediscretealgorithm,andthenanalgorithmofdoubleclosed-loopcontrolsystemise*plored.AndthenacircuitofmotorcontrolbasedontheSTM32istested,inordertofurtheroptimizethealgorithm.

Theuniversalityoftheuniversalcontrollerismainlyreflectedinthetwosides:First,thePIDcontrollerstructureisoptionalamongasingleclosedloopcontrolsystem,adoubleloopcontrolsystem,andeventhreeloopcontrolsystem;SecondistheversatilityofthePIDparameters,canadjustedfortheactualdemandinthefield.

Accordingtothecurrentresults,thetheoreticalstudyispleted,afunctionalrelationshipbetweenmotorspeedanddutycycleisdeterminedbasedontheactualsituation.Therelationshipisappliedinasingleclosed-loopcontrolsystemandachieveagoodeffect.Butfurthere*amineoftheeffectofthePIDalgorithm,italsoneedintheactualmotorcontrol.Keywords:STM32;UniversalController;PID;MATLABSimulation

-.z目录TOC\o"1-3"\h\u46151、绪论237261.1引言248961.2研究现状与开展趋势226641.3本课题的研究目的和主要研究内容3315592、直流电机调速控制系统分析及MATLAB仿真4131732.1原理分析4321872.1.1直流电机根本调速方法与PWM4196902.1.2直流电机调速系统55162.2MATLAB仿真6134932.2.1电机控制系统数学模型的推导6145502.2.2Simulink仿真7249042.3系统离散化16279382.4状态空间法与串行算法模拟并行的探索1838272.4.1状态空间法的启示1868042.4.2算法的探索1984203、实践设计篇21238193.1整体方案设计2169763.2硬件局部22104513.2.1STM32开发板2217833.2.2电机驱动电路22311403.2.3正交编码器测转速23218223.2.4稳压电源电路24222033.3软件模块25183893.3.1PWM生成子程序25154893.3.2串口模块—速度给定与速度显示26195883.3.3速度测定与方向判断子程序27165353.3.4PID算法模块27280194、实践检验篇29110934.1实物连接图29177324.2用MATLAB曲线拟合方法确定占空比与空载电机转速的关系29230124.3简单闭环控制试验3274624.4PID算法试验3358044.5第二次PID算法试验34194995、总结与改良37168085.1总结37273095.2改良的一些思路3712508致谢3916777参考文献40

基于MCU的通用控制器设计1、绪论1.1引言运动控制系统是以机械运动的驱动设备——电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论指导下组成的电力传动自动控制系统，这类系统控制电机的转矩，转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的控制。纵观运动控制系统的开展历程，交，直流两大电气传动并存于各个工业领域，虽然各个时期科学技术的开展使他们所处的地位，所起的作用不同，但他们始终是随着工业的开展，特别是电力电子和微电子技术的开展，在相互竞争，相互促进中，不断完善并发生着变化。由于历史上最早出现的是直流电动机，所以19世纪80年代以前，直流电气传动是唯一的电气传动方式。直到19世纪末，出现了交流电动机，这才使得交流电气传动在工业中逐步得到广泛应用。随着生产技术的开展，对电气传动在启制动，正反转以及调速精度，调速*围，静态特性，动态响应等方面提出了更高的要求，这就要求大量使用调速系统，由于直流电动机的调速性能和转矩控制性能好，从20世纪30年代起，就开场使用直流调速系统。它的开展过程是这样的，由最早的旋转交流机组控制开展为放大机，磁放大机控制；再进一步，用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现直流调速；再后来，用可控整流和大功率晶体管组成的PWM控制电路实现数字化的直流调速，使系统的快速性，可靠性，经济性不断提高。调速性能的不断提高，使直流调速系统的应用非常广泛，然而由于直流电动机具有电刷和换向器，制造工艺复杂且本钱高，维护麻烦，使用环境受到限制等缺点，并且很难向高转速，高电压，大容量开展，逐渐显示出直流调速的弱点。普遍应用于恒速运行场合的交流电动机，可以弥补直流电动机的缺乏。于是人们又开场了新一轮交流调速的研究。仅对占传动总量三分之一强的风机，水泵设备而言，如果改恒速为调速的话，就可以节电30%左右。近三四十年来，随着电力电子技术，微电子技术，现代控制理论的开展，为交流调速产品的开发创造了有利条件，并实现了产品的系列化。从调速性能看，完全可与直流调速系统媲美[[]周深渊.交直流调速系统与MATLAB仿真[M].中国电力.2007:1~20][]周深渊.交直流调速系统与MATLAB仿真[M].中国电力.2007:1~20现代电动机自动控制的真正的开展是以电力电子器件的开展和应用为根底的。而微处理器的应用使电气传动控制技术再次发生了巨大地变革，使用微处理器实现数字化控制不仅可以简化控制硬件，而且可以参加人工智能对系统运行状态进展诊断，这对电气传动控制系统的开展产生了深远影响[[]李宁，*启新.电机自动控制系统[M].：机械工业.2003:12~22]。[]李宁，*启新.电机自动控制系统[M].：机械工业.2003:12~221.2研究现状与开展趋势微处理器诞生于上个世纪七十年代，随着集成电路大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速开展，微处理器的性价比越来越高。此外，由于电力电子技术的开展，制作工艺的提升，使得大功率电子器件的性能迅速提高。为微处理器普遍用于控制电机提供了可能，利用微处理器控制电机完成各种新颖的、高性能的控制策略，使电机的各种潜在能力得到充分的发挥，使电机的性能更符合工业生产使用要求，还促进了电机生产商研发出各种如步进电机、无刷直流电机、开关磁阻电动机等便于控制且实用的新型电机，使电机的开展出现了新的变化。对于简单的微处理器控制电机，只需利用用微处理器控制继电器、电子开关元器件，使电路开通或关断就可实现对电机的控制。现在带微处理器的可编程控制器，已经在各种的机床设备和各种的生产流水线中普遍得到应用，通过对可编程控制器进展编程就可以实现对电机的规律化控制。对于复杂的微处理器控制电机,则要利用微处理器控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等，使电机按给定的指令准确工作。通过微处理器控制，可使电机的性能有很大的提高。目前相比直流电机和交流电机他们各有所长，如直流电机调速性能好，但带有机械换向器，有机械磨损及换向火花等问题；交流电机，不管是异步电机还是同步电机，构造都比直流电机简单，工作也比直流电机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，它们的速度不能方便而经济地调节。高性能的微处理器如DSP(DigitalSignalProcessor)即数字信号处理器)的出现，为采用新的控制理论和控制策略提供了良好的物质根底，使电机传动的自动化程度大为提高。在先进的数控机床等数控位置伺服系统，已经采用了如DSP等的高速微处理器，其执行速度可达数百万兆以上每秒，且具有适合的矩阵运算。采用微处理器控制，使整个调速系统的数字化程度，智能化程度有很大改观；采用微处理器控制，使调速系统在构造上简单化，可靠性提高，操作维护变得简捷，电机稳态运行时转速精度等方面到达较高水平。由于微处理器具有较佳的性价比，所以微处理器在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用。当前基于单片机设计的控制器门类繁多，且多为实用性和针对性很强的控制器，有基于改良模糊控制等算法的中央空调的控制器[[]YingjunGuo,YingbaoZhao,ZengliLu,JianguangLiu.TheDesignofImprovedFuzzyControllerBasedonMCUforCentralAirConditioner[J].08Proceedingsofthe2008InternationalSymposiumonIntelligentInformationTechnologyApplicationWorkshops.2008:197~200]，有复杂的基于AVR单片机针对机床自动变速箱的通用控制器[[]罗玉涛,罗良然,李晓波,黄志勇,孟亚辉.基于AVR单片机的自动变速箱通用控制器设计[J].计算机测量与控制,2011,(03):606~608[]YingjunGuo,YingbaoZhao,ZengliLu,JianguangLiu.TheDesignofImprovedFuzzyControllerBasedonMCUforCentralAirConditioner[J].08Proceedingsofthe2008InternationalSymposiumonIntelligentInformationTechnologyApplicationWorkshops.2008:197~200[]罗玉涛,罗良然,李晓波,黄志勇,孟亚辉.基于AVR单片机的自动变速箱通用控制器设计[J].计算机测量与控制,2011,(03):606~608[]林开生.基于51系列单片机的通用控制器的设计及其应用[J].**职业技术学院学报,2008(04):34~371.3本课题的研究目的和主要研究内容电机控制器的开展朝着集成化和通用化的方向开展着。目前，电机控制专用集成电路芯片技术已经比拟成熟，电机控制专用集成电路芯片的种类也十分齐全，但在通用性上还显得缺乏。而且，电机控制专用集成电路品种规格繁多，产品资料和应用资料丰富，但是又很分散，需要花时间收集整理、分析消化。本课题着力于研究电机控制器的通用化开发。利用MCU编写在一定领域具有通用功能的控制器程序，借鉴MATLAB的信号流图，研究通过下载设定的参数，在MCU程序的解释下，实现其控制功能的通用性。本设计的通用性主要展现在两个方面：一是PID控制器构造的通用性即可以根据反应的情况选择单闭环，双环，甚至三环控制；二是参数的通用性，即可以很方便的对PID参数进展调整，以适应实际的需求。由于采用近几年最最主流的STM32微处理器，应用新控制理论和方法，使实现实时控制成为可能，并且增加了系统功能和柔性。具有控制灵活，智能化水平高，参数易修改等优点，从而到达很高的控制精度和良好的稳定性。-.z2、直流电机调速控制系统分析及MATLAB仿真2.1原理分析2.1.1直流电机根本调速方法与PWM直流电动机分为有换向器和无换向器两大类。直流电动机调速系统最早采用恒定直流电压给直流电动机供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。这种方法简单易行，设备制造方便，价格低廉；但缺点是效率低，机械特性软，不能得到较宽和平滑的调速性能。该法只适用在一些小功率且调速*围要求不大的场合。30年代末期，发电机-电动机系统的出现才使调速性能优异的直流电动机得到广泛应用。这种控制方法可获得较宽的*围，较小的转速变化率和调速性能。但此方法的主要缺点是系统重量大，占地多，效率低及维修困难。近年来，随着电力电子的迅速开展，有晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统以取代了发电机-电动机调速系统，它的调速性能远远超过了发电机-电动机调速系统。特别是大规模集成电路技术以及计算机的飞速开展，使直流电动机调速系统的精度，动态性能，可靠性有了更大的提高。电力电子技术中的IGBT等大功率器件的开展取代晶闸管，出现了性能更好的直流调速系统。直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为〔2.1〕式中：为电枢供电电压〔V〕，为电枢电流〔A〕，为励磁磁通〔Wb〕，为电枢回路总阻，为电势系数由〔2.1〕式可见，直流电动机调速方案可有以下三种。1.电枢串电阻调速：由于电阻耗能大，机械特性软，调速*围窄，不能实现无级平滑调速，只用于一些要求不高的场合。2.弱磁调速：弱磁调速虽然能实现平滑调速，但其调速*围太小，特性较软，因而只是在额定转速以上作小*围升速时才采用。3.调压调速：调压调速可实现额定转速以下大*围平滑调速，并且在整个调速*围内机械特性硬度不变。这种方法在直流电力拖动系统中被广泛采用[[]周顺荣.电机学[M].:科学.2007:42~44][[][]周顺荣.电机学[M].:科学.2007:42~44[]陈世元.电机学[M]:中国电力.2004:35~37对直流电机电枢电压的控制和驱动中，对半导体功率器件的使用上又可分为两种方式：线性放大驱动方式和开关驱动方式。绝大多数情况下采用开关驱动方式。这种方式使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉宽调制PWM来控制电动机的电枢电压，实现调速。图2-1PWM调速控制和电压波形图图2-1是利用开关管对直流电动机进展PWM调速控制的原理图和输入输出电压波形图。电动机的电枢绕组两端的电压平均值为〔2.2〕式中：为占空比，，它表示了在一个周期T内，开关管道通的时间与周期的比值，的取值*围为：由公式〔2.2〕可知，当电源电压不变的情况下，电枢电压的平均值取决于平均值取决于占空比的大小，改变值就可以改变端电压的平均值，到达调速的目的，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3种方法都可以改变占空比的值。〔1〕定宽调频法：保持不变，只改变，使周期与频率也随之改变。〔2〕调宽调频法：保持不变，只改变，使周期与频率也随之改变。〔3〕定频调宽法：使周期保持不变，同时改变，。前两种方法在调速时，改变了控制脉冲的周期，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会产生震荡，因此很少用。目前主要用定频调宽法[[][]王晓明.电动机的单片机控制[M].:航空航天大学.2007:52~562.1.2直流电机调速系统本次试验选用的是小功率的直流电机，根据本次设计的要求，仅对与本实验相关局部的理论进展阐述。1.开环系统直接发出指令，产生信号，改变直流电机电枢端电压，到达调节电机速度的目的。优点是构造简单，缺点是不能同时满足调速*围和静差率的要求，机械特性软，调速*围窄。应用于静差率要求不高的无级调速场合。2.转速负反应的单闭环调速系统转速反应电压与转速指令电压相比拟形成偏差电压，偏差电压作为输入信号，后与开环电路一样。该方法的优点是：与开环系统相比，机械特性较硬、静差率较小、一定静差率的调速*围提高了；缺点是起动和堵转电流过大，对电机换向不利。改良提高措施：加偏差调节器或限流措施。目前，有三种改良措施：增加电流截止负反应环节电压负反应代替转速负反应的单闭环直流调速系统、以电压负反应加电流补偿控制代替转速负反应。3.转速、电流双闭环调速系统直流电机双闭环〔电流环、转速环〕调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强优点。我们知道反应闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反应环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反应和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截至负反应环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反应作用限制电流得冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。在实际工作中,我们希望在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流〔转矩〕为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流〔转矩〕首相的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值得恒流过程，按照反应控制规律，电流负反应就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反应，而不能让它和转速负反应同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反应，不在电流负反应发挥主作用，因此我们采用双闭环调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反应作用又能使它们作用不同的阶段。在设计过程中，为了实现转速和电流两种负反应分别起作用，需要设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置从闭环构造上看，电流调节环在里面，叫内环；转速环在外面，叫外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。4.三环调速系统在双闭环调速系统的根底上，在电流环内再加电流变化率内环或电压内环构成两种三环调速系统。增加了电流变化率内环，提高了电流环的响应速度，使起动过程的转速和电流更接近理想波形，进一步改善了电机的起动性能[[][]*粤.电机与控制系统[M].**:东南大学.1999:56~100其他调速系统诸如：有环流可逆调速系统、无环流可逆调速系统。2.2MATLAB仿真2.2.1电机控制系统数学模型的推导对直流电机，有电枢电压平衡方程：〔2.3〕转矩平衡方程为：〔2.4〕式中：电枢电压〔V〕，电枢反电势〔V〕，电枢电流〔A)，电枢电感〔H〕，电枢电阻〔〕，每极磁通〔Wb〕，转子转速〔r/min〕，直流电机电势常数，转矩常数，P为电机极对数，N为电枢总导体数，为并联支路数，T电磁转矩，负载转矩，J转速惯量。对2.3，2.4式采用拉氏变换得电枢电流与电枢电压之间传递函数是〔2.5〕转子转速n与动态转矩之间的传递函数为〔2.6〕考虑到，的辅助关系，并引入机电常数，可求得准确模型的传递函数：图2-2电机控制系统的数学模型2.2.2Simulink仿真〔1〕PID控制器的理论探索1〕PID控制器构造如下列图2-3图2-3PID控制器，为积分环节，为积分环节，为微分环节2〕以一个单闭环的控制系统为例，分析PID控制器各参数在系统中的作用。图2-4单闭环控制系统其中在MATLAB中编写M文件〔见附录〕，观察PID各环节参数变化时，系统阶跃响应的变化，根据图2-5,2-6,2-7分析得：图2-5取不同值时系统的阶跃响应比例调节作用：增大可增大系统的响应速度，减小稳态误差，提高控制精度。但随着增大系统稳定性下降，严重时造成系统的稳定性破坏。图2-6取不同值时的阶跃响应积分调节作用：对稳态起控制作用，改善系统的稳态特性，提高系统的稳态控制精度，但积分过强稳定性随着下降，严重时造成系统不稳定，一般和比例项配合使用。图2-7取不同值时的阶跃响应微分调节作用：对动态控制作用，可以加快动态响应，上升快，超调小，具有预调节的作用，一般与比例项组合使用。3〕用PID控制器校正系统利用教材[[][]黄忠霖,周向明.控制系统Matlab计算及仿真实训[M].:国防工业.2006:300~311图2-8电机开环系统传递函数为对其进展性能分析，阶跃响应见图2-9图2-9开环系统阶跃响应开环系统阶跃响应的性能指标为：ans=RiseTime:0.1290SettlingTime:0.2300SettlingMin:206.0857SettlingMa*:228.4047Overshoot:0Undershoot:0Peak:228.4047PeakTime:0.3925由以上数据可知，单纯的电机系统响应速度太慢，动态性能不佳，且不具有抗干扰性。针对这一系统，我们将进展PID的参数设计和优化改良，对上述系统引入速度负反应环节和PID调节器。图2-10单闭环电机控制系统模型时系统的开环传递函数为：PID参数整定法[[]戴雅馨.浅析PID参数整定方法[J].纯碱工业.2009(06[]戴雅馨.浅析PID参数整定方法[J].纯碱工业.2009(06).15~17[]何国荣,纪娜.基于临界比例度法的PID控制器参数整定方法研究[J].杨凌职业技术学院学报Vol..7No.2.2008(6):11~14这是目前使用较多的一种方法。它是先通过试验得到临界比例度和临界周期,然后根据经历公式求出控制器各参数值。具体做法如下:1.被控系统稳定后,把控制器的积分时间放到最大,微分时间放到零(相当于切除了积分和微分作用,只使用比例作用)。2.给定一个阶跃信号,观察由此而引起的测量值振荡。3.针对其开环系统作根轨迹图，根据MATLAB的图像显示，可预测临界比例度K的大致*围。图2-11系统根轨迹图图2-12根轨迹图与虚轴交点4.根据已确定的K值，代入闭环系统，进展微调，从大到小逐步把控制器的比例度减小,看测量值振荡的变化是发散的还是衰减的,如是衰减的则应把比例度继续减小;如是发散的则应把比例度放大使系统产生等幅震荡，如下列图，此时的比例系数叫临界比例度=1/18.354271。振荡周期为图2-13临界震荡时PID参数设置界面图2-14系统临界震荡图5.参考参数整定表2-1，得到参数，，表2-1临界比例度法参数整定表调节作用比例度积分时间〔min〕微分时间〔min〕比例2比例积分2.20.85比例微分1.80.1比例积分微分25由表2-1可计算得，对PID控制器6.通过上述步骤得到的四个参数，还要到系统中实际运行，检验控制效果，必要时进展反复调整，直至获得满意的控制效果。临界比例度整定法又称为“闭环振荡法〞,它的特点是:不需要求得控制对象的特性,而直接在闭合的控制系统中进展整定,适用于一般的控制系统，但对于临界比例度很小的系统不适用.我将上述结果代入闭环系统，其阶跃响应见图2-17，为不稳定系统，还需进展二次整定。图2-15第一次整定PID参数设置界面.图2-16第一次整定后系统的阶跃响应7.PID参数二次整定二次整定时，其原理与试凑法类似，只是有了前面的根底从而在一定程度上防止了试凑参数时的盲目性,具有有很强的针对性。二次整定得到的PID参数数值为图2-17二次整定得到的PID参数在该参数下系统的阶跃响应为图2-18二次整定后系统的阶跃响应二次整定后系统阶跃响应的性能指标ans=RiseTime:0.0591SettlingTime:12.4573SettlingMin:64.6782SettlingMa*:105.1588Overshoot:23.8771Undershoot:0Peak:105.1588PeakTime:0.0915进展前后比照，可知，引入PID闭环控制后，系统的阶跃响应虽出现了一定量的超调，但系统的动态性能可以得到很大改善，响应速度更快，具有了抗干扰性,PID控制器对系统的校正效果是很明显的。2.3系统离散化控制系统设计的核心工作是控制器的设计。在连续控制系统中，控制器的设计使用模拟器件实现；在计算机控制系统中，控制器的设计用软件编程实现。无论是连续控制系统还是计算机控制系统，都需要借助于数学工具。在连续系统，时域设计用到微分方程，频域设计用到传递函数。在计算机控制系统，时域设计涉及差分方程，频域设计涉及脉冲传递函数。我们习惯于用连续系统成熟的理论解决计算机控制系统的*些分析和设计问题，控制器的设计同样如此。通常先设计连续控制器，再将描述连续控制器的数学模型时域的微分方程或频域的传递函数转化为时域的差分方程或频域的脉冲传递函数，即数字控制器的数学模型。数字控制器的设计大体上分成两大类：经典法设计和状态空间法。经典法设计可分两种方法：离散化法和直接法。离散化法是设计连续控制系统的控制器，然后通过*种离散化方法转化成数字控制器，这种方法仅能逼近连续系统的性能，不会由于连续系统的性能，但对熟悉连续系统的设计者不失为一种较好的方法。本次设计中的单闭环PID控制器的离散化算法[[]李嗣福计算机控制根底[M].中国科技大学.2001.：150~173][]李嗣福计算机控制根底[M].中国科技大学.2001.：150~173图2-19PID控制器离散化图理想模拟PID控制器输出方程如式〔2.7〕所示〔2.7〕为比例系数，与比例带互为倒数关系，即，为积分时间，为微分时间，为PID控制器的输出控制量，为PID控制器输入的系统偏差量。对上式作拉氏变换，得式(2.8)〔2.8〕由向后差分法，，近似得即，T为采样周期对离散化得式(2.9)〔2.9〕为积分系数，为微分系数。将式(2.9)化为差分方程得式(2.10)〔2.10〕由于式〔2.10〕中包含过去全部的偏差量，而且累加运算编程不方便，计算量太大，需要将其改为递推算法，对式(2.10)两边同时取一阶向后差分得式(2.11)〔2.11〕即〔2.12〕式(2.11)叫做数字PID增量式算法，式(2.12)叫做数字PID位置式算法，两者形式不同，本质一样，但是，采用增量式算法，系统工作会更平安。一旦计算机出现故障，使控制信号为零时，执行机构的位置仍能保持前一步的位置，因而对系统平安不会有大的影响。对*个控制系统而，无外乎是由一个或多个比例，积分，微分环节构成，通过对上述单个PID离散化的认识，我们可以很轻易的对更复杂的控制系统进展离散化，在此不作一一推导。2.4状态空间法与串行算法模拟并行的探索2.4.1状态空间法的启示经典控制理论，适用于单输入—单输出〔SISO〕系统，而现代控制理论建立了状态的概念，以状态方程为根底，以线性矩阵理论为数学工具，以计算机技术为依托，不仅适用于线性定常系统，而且适用于线性时变和非线性系统的分析，综合。经典控制理论研究系统输入-输出之间的关系停留在系统的外部特征，因而从综合的角度看，它属于试凑形式，即根据相关理论确定相关参量，再验证是否符合指标要求，假设不符合再重新修改参数并验证，直至得到满意结果。而现代控制理论用状态提醒了系统的内部状况，研究输入-状态-输出的因果关系，这就从内部，从本质上掌握了系统的关系，从而可以根据设计要求和目标函数〔性能指标〕求得最有控制规律。图2-20状态空间法简图对一个离散化的系统而言，其状态空间表示式[[][]王春民,*兴明,嵇艳鞠.连续与离散控制系统[M].:科学.2008:256~300〔2.13〕为动态系统的状态向量，为动态系统的输出向量，为输入向量，A为状态转移矩阵，B为控制矩阵，C为测量矩阵，D为直传矩阵，假设系统输出滞后于输入，则D矩阵为零。对状态空间法认识的不断深入，我越发了解到这种系统表示方式的好处，它能确定*一时刻下，系统任一位置的值，而不是像以往只能知道整个系统的输入与输出，这种方法，让整个系统变得更加的公开和透明，虽说系统的状态空间模型可由MATLAB直接运算得到，但那是建立在控制对象各参数的前提下，如果控制对象为一未知系统，PID控制器的各参数亦不能确定，我们又该如何建立这种状态空间模型呢.黑箱系统是我们在实践中往往会遇到的类型！为此，不得不进一步加以思考。2.4.2算法的探索以一个双闭环PID控制，对象未知的控制系统为例，进展模拟算法的探索。图2-21双闭环系统简图对这一系统进展简单分析，首先它是一个三个输入，一个输出的控制对象未知的系统，在三个输入中，u0为输入的期望值，u1,u2分别为反应值，e1表示在节点1处的偏差，e2表示在节点2的偏差，*为PID1的输出值，y为PID2的输出值。这样一来，整个系统的输入输出量，中间量都被表示出来，下一步，是如何求这些量。如下图，将其视为离散系统，PID采用位置式算法，可知如下关系〔2.14〕根据上述关系式，在给定了输入和PID参数的情况下，我们可以得到每一时刻系统的输入输出甚至是中间量。但是，在实际环境中，系统不可能是同步运行，每一个环节输入与输出都是有时差的，这就需要我们用串行的算法来模拟系统的并行运行。我们对方程组作修改，结果如下，k时刻有〔2.15〕用C语言编程，程序见附录，PID参数，增益值均用宏定义，方便修改，u0,u1,u2均设置按时序赋1至8的整数值。程序运行的结果见图2-24.图2-22程序运行结果对模拟算法的探索至此完毕，以上仅能说明其可行性，至于这种模拟的准确度等等方面还有待进一步深入探讨。-.z3、实践设计篇3.1整体方案设计本次设计实践的系统为具有转速反应的单闭环调速系统，用固定在电机上的正交编码器产生脉冲信号，信号线将脉冲信号送入STM32单片机中，单片机以编码器模式计数，并通过单片机一系列的计算，获得电机的转速。这个速度与设定的速度进展比拟，得出差值，对这个差值进展PID运算，改变单片机输出PWM的占空比值，通过H桥驱动电路，调节电机转速。图3-1方案设计简图图3-2电路连接示意图3.2硬件局部硬件设计局部主要包括了STM32开发板，L298N驱动电路，正交编码器测速，稳压电源电路3.2.1STM32开发板本次设计选用的是ALIENTEKMiniSTM32开发板，它的MCU是STM32F103RBT6，STM32作为基于ARMCorte*-M3的单片机，无疑具有高性能，低功耗等优点。该芯片还拥有20KSRAM、128KFLASH、3个普通的16位定时器、一个16位的高级定时器、2个SPI、2个IIC、3个串口、1个USB、1个CAN、2个12位的ADC、51个通用IO口。当然与本次设计相关的主要是那四个定时器，USB转串口局部，以及I/O口[[][]王永虹,*炜,郝立平.STM32系列ARMC0rte*-M3微控制器原理与实践[M].航空航天大学.2008:209~238在本次设计中，一共用到了三个通用定时器，3个I/O口，以及单片机自带的输出电源。TIM2是用来产生PWM信号，为PWM模式1，信号的通道是CH2，由原理图可知，PA1即为PWM输出口，接L298N的ENA。TIM3设为编码器模式，是TL1，TL2，*4模式，故需要两个输入口，PA6，PA7分别接编码器的A,B相。TIM4设为计数器模式，向上计数，由于使用时系统时钟的计数脉冲，因而成了定时器，可根据其溢出中断来进展M法测转速，不需要使用I/O口。3.2.2电机驱动电路图3-3L298N接线原理图图3-4L298N具有使能控制和方向逻辑的H桥电路根据L298N的H桥电路，电机的运转就只需要用三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。如果IN1信号为0，IN2信号为1，并且使能信号ENA是1，则三极管Q1和Q4导通，电流从OUT1至OUT2流经电机；如果IN1信号变为1，而IN2信号变为0，则Q2和Q3将导通，电流则反向流过电机，从而到达控制正反转的目的。由此分析出L298N输入输出的关系，见表3-1.表3-1L298N输入输出关系表ENAIN1IN2电机运行情况HHL正转HLH反转HIN2IN1快速停顿L**停顿表中：H高电平，L低电平，*未知3.2.3正交编码器测转速本次设计用的是霍尔效应正交编码器，单相输出16CPR，它直接与电动机主轴连接，当电动机转动时，带动码盘旋转，输出一系列的脉冲信号。编码器在码盘上均匀刻着一定数量的光栅，当电动机旋转时，码盘随之一起转动，可通过光栅的作用，持续不断地开放或封闭光通路，输出端便得到了频率与转速成正比的方波序列，从而计算转速[[]郭李艳,何萍,李美莲.一种应用TMS320F2812和编码器测量电机转速的方法[J].**航天工业高等专科学校学报.2007(3):13~15][]郭李艳,何萍,李美莲.一种应用TMS320F2812和编码器测量电机转速的方法[J].**航天工业高等专科学校学报.2007(3):13~15为了获得转速的方向，可增加一对发光与接收装置，使两对发光与接收装置错开光栅节距的1/4，使得两组脉冲序列A和B的相位相差为90度，正转时A相超前B相，反转时B相超前A相。A,B相90度的相位差，不但可以用来判断正反转的转速，也可以在检测A,B相上下沿时获得四倍频，这就大大提高了检测精度。有些光电编码器除了A,B相外还有一个Z相，Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。增量式编码器的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。A相B相A相B相图3-5顺时针运动时正交编码器的输出波形顺时针运动时，A相超前B相90度，逆时针时，B相超前A相90度，据此，根据A,B相波形可得电机转动的方向信息，判定表见下表3-2。表3-2转向判定表顺时针运动逆时针运动ABAB1111011000001001本设计用的是M法测量转速，每隔时间Ts检测一次到目前为止转过的圈数N与当前存放器TIM3->T计数值count〔可用它来求当前电机的角度〕，则电机转速为(3.1),T时间后转过的圈数；，T时间前转过的圈数，，T时间后计数器计数值，T时间前计数器计数值至于判断正反向，由于STM32的编码器模式可在存放器中读取当前计数模式，并自动根据正、反方向自动加减计数，故软件不需要利用A,B相输出波形的上下电平做正反转判断。3.2.4稳压电源电路L298N局部电源，编码器的电源均来自STM32开发板的输出电源，电机的电源来自与改装的变压器。3.3软件模块软件具有1个循环主程序，四个功能模块序分别为：串口模块—速度给定与速度显示，速度测定与方向判定模块，PID算法模块，PWM输出模块。图3-6主程序流程简图3.3.1PWM生成子程序图3-7PWM程序流程图由于STM32的高级或是通用定时器均有PWM模式，能直接生成PWM，我们只需要对相关的存放器进展操作即可得到想要的PWM。还有一点需要注意，STM32的功耗是很低的，之所以低功耗是因为在一般状态下，STM32的外设是关闭的，所以在编程时，不管是I/O口还是其他局部，都必须首先进展时钟使能。定时器TIM2生成PWM的初始化函数PWM_Init(u16arr,u16psc)，其中参数psc的作用是使得计数器的时钟频率为分频器时钟输入，本次设计中为72Mhz。参数arr的作用是获得PWM的频率初始化后，决定PWM占空比的存放器则是16位的捕获/比拟存放器，可对其直接赋值，得到的占空比为[[]*军.例说STM32[M].航空航天大学.2011:50~125]。[]*军.例说STM32[M].航空航天大学.2011:50~1253.3.2串口模块—速度给定与速度显示图3-8速度给定流程图本次设计采用的是串口通信，可以通过串口助手来输入速度与显示速度，在串口初始化后，在通过判断存放器USART1->SR第5位是否为1，可知数据是否就绪，假设为1，将通过串口输入的字符会储存在我们定义的向量code1[]，字符的长度则用len读取，再调用函数code1_dutycycle(u16dutycycle,u16code1[],u8len)，将code[t]中ASCII码的数字字符转化为十进制数字，记为输入转速。至于速度显示则相对简单，直接调用Printf(),就可在串口显示当前的速度，但要注意的是，Printf〔〕在输出时需要占用大量的时间，需要在后面加上delay_ms()延时函数，一个Printf〔〕需要100ms才能保证显示的准确性，假设用LCD则无此顾忌，这是一个需要进一步改良的地方。3.3.3速度测定与方向判断子程序图3-9速度测定与方向判断子流程图首先是编码器模式初始化函数SetTIM3EncoderMode，不作预分频，即存放器TIM3->PSC=0，将存放器TIM3->ARR设置为光电编码器每圈脉冲数，由于是A，B一样时输入的4*模式，故每圈脉冲数为64，TIM3->ARR=64-1=63。这样设定后，编码器每转一圈，TIM3都将产生一次中断，在中断效劳函数中，设置根据存放器TIM3->CR1方向位第4位DIR，来设置电机正反向标志位flag，分别对正反向圈数计数的变量增减。定时器TIM4设置为向上计数模式，通过设置TIM4->PSC=7199,则计数频率再设置TIM4->ARR=10000，可知TIM4计数到10000则溢出，即每1s产生一次中断，在TIM4的中断效劳函数中，根据电机正反转标志位，由公式〔3.1〕求得转速。3.3.4PID算法模块本次设计仅有转速反应，是单闭环控制，程序中参加了位置式式PID算法。而对应的PIDcontrol函数中的算法是,,这次设计的PID算法，输入是电机的转速，输出却是占空比值，则如能找到占空比与电机转数的函数关系，将能极大地方便我们整定PID的参数，所以我在PID算法中，预先根据实测值拟合出来的占空比与转速的函数关系，将转速转换为了占空比，然后进展PID运算从而直接得到占空比，但这种方法有很大的局限性。因此，在不使用转速与占空比关系的情况下，我还整定另外一种情况的PID参数：输入为速度，输出为PWM值，即TIM2->CCR2的值。图3-10PID算法流程图-.z4、实践检验篇4.1实物连接图图4-1电机控制实物图4.2用MATLAB曲线拟合方法确定占空比与空载电机转速的关系编写一个串口直接输入占空比的函数，检测不同占空比下的转速值，得到表4.1数据，在MATLAB绘得图4-2表4.1不同占空比下测得的电机转速占空比〔%〕556065707580859095100转速〔R/MIN〕860133020403045416452506480757088409630图4-2表4.1数据在MATLAB绘制的*-Y坐标图用MATLAB的CFTOOL工具箱进展拟合[[][]陈杰.MATLAB宝典[M].:电子工业,2011:603~6701.线性拟合图4-3线性拟合曲线LinearmodelPoly1:f(*)=p1**+p2Coefficients(with95%confidencebounds):p1=0.004798(0.00444,0.005155)p2=53.89(51.84,55.95)Goodnessoffit:SSE:17.05R-square:0.9917AdjustedR-square:0.9907RMSE:1.46其中：SSE：误差平方和；R-Square：复相关系数或复测定系数；AdjustedR-Square：调整自由度复相关系数；Rootmearnsquarederror(RMSE)：均方根误差2.三次多项式拟合图4-4多项式拟合曲线LinearmodelPoly3:f(*)=p1**^3+p2**^2+p3**+p4Coefficients(with95%confidencebounds):p1=5.533e-011(2.463e-011,8.603e-011)p2=-9.886e-007(-1.475e-006,-5.026e-007)p3=0.009779(0.007587,0.01197)p4=48.01(45.44,50.58)Goodnessoffit:SSE:2.31R-square:0.9989AdjustedR-square:0.9983RMSE:0.6205比照两次拟合的拟合度可知，三次多项式的拟合曲线更加逼近于真实的数据，但显然，对于本次设计，只需要用线性拟合的函数就可以得到较好的拟合度，所以占空比与转速的函数关系设定为〔4.1〕4.3简单闭环控制试验利用之前得到的占空比与转速的关系，设计不含PID算法的简单闭环控制，进展试验。简单闭环控制的设计思想：利用串口直接输入转速，利用公式〔4.1〕，将其转化为占空比值，将该占空比值转换为PWM信号传给电机，不断检测电机转速，假设电机转速低于给定速度，则占空比加1，假设电机转速大于给定速度，则占空比减1。第一步：通过串口给定电机转速3000，串口立刻给出由拟合函数计算出来的占空比68，接着进一步进展调节。图4-5输入转速时串口助手的显示图第二步：10s后，电机根本稳定下来，这时的转速如下列图图4-6稳定时串口助手的显示图不难计算出控制的稳态误差为，误差较大。当然假设想进一步得到更高精度的控制，可以从两个方面着手：1.优化程序，提高程序的运行速度；2定时器TIM4测转速的时间可以进一步减少，比方说0.5s测一次转速，这样一来速度的实时性就能进一步提高；3还可以修改每次占空比增减的步长，比方说占空比每次增减1，变为每次增减0.5，是的控制更准确，但是这样一来意味着每次到达稳态的时间会增加。4.4PID算法试验借用公式〔4.1〕，将每次得到的速度信号转换为占空比信号，再进展PID控制，这样可大大降低PID参数整定的难度。这次PID参数整定用的是试凑法，因为控制电机不允许出现震荡的，前面理论局部的临界比例度法就不能用了，直接采用凑试法。在进展过一番PID参数试验后，在进展多组试验后，我发现PI控制就可以对电机进展很好地控制，参加微分环节KD反而容易引起震荡，在KP=1.8，KD=0的前提下，对不同值的KI，设定同样的期望转速3000R/min时，系统的响应曲线见图4-6。图4-7不同KI值对应的速度曲线由上图分析可得，较理想的PID参数是KP=1.8，KI=0.6，因为它不仅超调量小，调整时间小，稳态误差也小。但是当预期转速设置为3500R/min是，在3000R/min下较理想的PID参数KP=1.8，KI=0.6，KD=0的系统响应超调量过大，系统近乎不稳定，在又一番调试后我发现KP=1.8，KI=0.4，KD=0能满足要求，不过超调量也很大大，约为40%，但系统能稳定下来，这说明，对同一个控制对象-电机，不同的期望转速所需要的PID参数也是不同的，这要求PID控制器使用更为先进的算法，比方说模糊控制和自适应整定等等[[][]Åström,KarlJohan;Hagglund,Tore.Automatictuningofpidcontrollers[M].ResearchTrianglePark,NC:Instrumentation,Systems,andAutomationSociety.1988:11~154.5第二次PID算法试验前面虽然借助了占空比与转速的关系导致PID参数整定难度大大降低，但当电机受载或者说受载变化时，这一绝对的公式就失去了意义，甚至反过来影响控制的精度，因而，要想电机的控制具有通用性，就不能用到这样的公式。但这公式的价值不容否认，在其适用条件下，PID参数整定是很方便的。在不借助这个公式的情况下时，我进展了多番试凑，得到了一组较好的PID参数KP=0.78，KI=0.26，KD=0，同样设定转速为3000R/min,，得到电机速度曲线图4-8。图4-8KP=0.78，KI=0.26的速度曲线对电机进展分步调速，设定转速从2000，2500，3000，3500。速度曲线见下列图4-9.图4-9设定2000R/MIN，2500R/MIN,3000R/MIN,3500R/MIN时速度曲线比照图4-8与图4-9，不难发现，尽管PID参数一样,设定的转速也一样，但在3000R/min图4-8的性能指标要比图4-9好，这说明了PID控制对初始条件的敏感性。分析图4-9得，对不同的期望转速，同一参数的调节性能不同，即试凑得到的参数是有一定的适用*围的，这样我们可以尝试着对速度划分级别，每一级别对应一个PID控制参数。-.z5、总结与改良5.1总结对电机通用控制器的研究到此告一段落。本次对电机通用控制器的的探索分为理论和实践两个局部完成，理论是实践的根底也是实践的前提。在理论局部，我主要研究了PID参数对控制系统的影响，PID对系统的校正效果，PID参数整定方法，系统离散化以及参照状态空间算法得出的以串行算法模拟并行的程序实验。都是一些根底性的东西，但没有这些，就不能更好的理解实践局部的有些问题如何去处理。在实践局部，我首先用拟合曲线确定了占空比与转速的函数关系，这个想法无法应付变载的情况，但在实验室阶段，在负载一定的条件下，能极大的方便PID参数的整定，当然最后，我在不用这个函数关系的情况下，通过试凑的方法，同样得到了较理想的PID参数，但很花时间。在分析得到的实验数据的根底上，我们得到了两点结论：一是PID控制对初始条件是敏感的，甚至当初始速度设定不合理是，系统会产生很严重的震荡；二是同一组PID参数，一样的其他条件，仅设定速度不同时，控制效果亦是不同的，也就是说，针对具体*一速度，调试好的PID参数时是有其适用*围的，在本次设计中针对3000R/MIN转速调试好的PID参数大概在2000R/MIN~4500R/MIN的转速*围都是有效地，至少能在超调量不是过大的情况下，使系统稳定，只是调整时间，稳态误差等等有优有劣。5.2改良的一些思路本次设计由于一些原因，只完成了最根底的局部，尚存在诸多缺乏之处，有很大的提升空间，就本人所考虑到的就有如下几点：1.串口助手显示可试着改为LCD进展通信串口助手的选择是不得已的无奈之举，本来按照指导教师的要求，我和另一同学合作，他做LCD，我做电机控制，那样一来就不需要使用串口助手了，但后来我的进度相对较慢，这次合作就没能实现。LCD有多好我不大了解，但我在使用串口助手的过程中发现其诸多不便，例如printf函数的问题，PID参数改动不方便的问题，总的来说，串口助手的实时性很差。2.中断优先级的设定本次设计共用到三个定时器，其中有两个定时器有中断的问题，如何设置这两个中断的优先级，对函数进展优化，还有待更深一步的研究。3.定时器TIM3计数的误差问题假设一开场，电机为反转，则反转的圈数减一才得真实值。这是因为我们采用的是向上计数的编码器模式，也就是说从零开场计数，正转还好，从零开场记不会产生误差，但假设是反转，脉冲数会减少，这样就直接从零减到ARR值，而且会产生一次中断，导致反转圈数加一，这样就有误差了。4.判断正反转的精度问题本次设计判断正反转的精度使用的是STM32自带的标志位，即从存放器TIM3->CR1的DIR位可以直接读得当前是向上计数还是向下计数，但是假设在主函数中实时读取就会产生很大的问题，不光是因为程序执行需要的时间造成延时问题，还因为这次设计用的是串口显示速度，使用的是Printf函数，该函数在串口显示汉字或数字时耗时极大，一条Printf指令后面大概需要100ms的延时，否则会显示乱码，因此我选用的是TIM3中断一次〔转一圈〕判断一次，并设定标志位，这样一来虽然判断的实时性不则高，但降低了编程的难度。5.算法的优化本次设计只检测了电机转速，相当于只有一环，还可以检测电机电流，电机位置，设计出更具有通用性的算法构造。本次算法选择的是位置式PID算法，可以选择其他的PID算法，比方说积分别离PID控制算法微分先行PID算法，带死区的PID算法,内模控制[[]DanielE.Rivera,ManfredMorari,SigurdSkogestad.Internalmodelcontrol:PIDcontrollerDesign[J].Ind.Eng.Chem.ProcessDes.Dev.,1986,25(1):252~265]，甚至可以使用模型预测控制算法〔MPC〕[[]DanielE.Rivera,ManfredMorari,SigurdSkogestad.Internalmodelcontrol:PIDcontrollerDesign[J].Ind.Eng.Chem.ProcessDes.Dev.,1986,25(1):252~265[]Fossorier,M.P.C.Quasicycliclow-densityparity-checkcodesfromcirculantpermutationMatrices[J].InformationTheory,IEEETransactionson.2004:1788-1793附录1.MATLAB的M文件〔1〕研究Kp作用的源程序〔图2-5〕/**********************************************************************************/num1=44;den1=[0.001651];gtf1=tf(num1,den1);num2=1;den2=[0.01751];gtf2=tf(num2,den2);num3=1;den3=[0.0750];gtf3=tf(num3,den3);gtf4=tf(1,0.195);gtf23=feedback(gtf2*gtf3,1);gtf=gtf1*gtf4*gtf23;K=[0.1,0.5,2,4,10];fori=1:5G=feedback(K(i)*gtf,0.01178);step(G)holdonenda*is([0,0.3,0,200]);gte*t('0.1')gte*t('0.5')gte*t('2')gte*t('4')gte*t('10')/**********************************************************************************/〔2〕研究Ki作用的源程序〔图2-6〕/**********************************************************************************/num1=44;den1=[0.001651];gtf1=tf(num1,den1);num2=1;den2=[0.01751];gtf2=tf(num2,den2);num3=1;den3=[0.0750];gtf3=tf(num3,den3);gtf4=tf(1,0.195);gtf23=feedback(gtf2*gtf3,1);gtf=gtf1*gtf4*gtf23;Kp=2;T=[0.020.040.080.10.22];fori=1:6num=[Kp*T(i),Kp];den=[T(i),0];gti=tf(num,den)G=feedback(gti*gtf,0.01178);step(G)holdonenda*is([0,1.0,0,140]);gte*t('100')gte*t('50')gte*t('25')gte*t('20')gte*t('10')gte*t('1')/**********************************************************************************/〔3〕研究Kd作用的源程序〔图2-7〕/**********************************************************************************/num1=44;den1=[0.001651];gtf1=tf(num1,den1);num2=1;den2=[0.01751];gtf2=tf(num2,den2);num3=1;den3=[0.0750];gtf3=tf(num3,den3);gtf4=tf(1,0.195);gtf23=feedback(gtf2*gtf3,1);gtf=gtf1*gtf4*gtf23;Kp=0.02;Ti=0.02;Td=[152550100];fori=1:length(Td)num=[Kp*Ti*Td(i),Kp*Ti,Kp];den=[Ti,0];gti=tf(num,den)G=feedback(gti*gtf,0.01178);step(G)holdonendgte*t('0.02')gte*t('0.1')gte*t('0.5')gte*t('1')gte*t('2')/**********************************************************************************/〔4〕求系统传递函数，BODE图及其阶跃响应M文件/**********************************************************************************/[A,B,C,D]=linmod('MOTOR2CLOSE')%求状态空间模型sys=ss(A,B,C,D)%线性时不变模型[num,den]=ss2tf(A,B,C,D)sys1=tf(num,den)%传递函数模型figure(1);step(sys)%画阶跃响应图s=stepinfo(sys)%阶跃响应参数figure(2);%对于BODE图应用开环传递函数，用闭环则