数字PID控制器控制直流电机的实例

数字 PI D 控制器控制直流电机的实例 南京市公安局 杨大洪 【提要】 随着计算机的出现及发展 . 自动控制技术进入了一个新的阶段 , 特别是单片机的出 现 , 使数控装置成本降低 , 先进可靠且易于实现 。 本文介绍的一种 PI D 控制器就 比较容易实现 , 而 且性能良好 , 运行可靠。 关键词 PI D 控制器 直流电机 1 理论 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 模拟 PI D 控制算法为 : L厂 = K (e + 1 「‘ _ . _ _ d e 、瓦上““ ‘十 义’己 石 , + U , 式 中 : K— 比例 系数 ;T ‘—积分常数 ;T 。—微分常数 。当速度基准值与实际输出值相减时 , 得到偏差 。 , 把 e 的比例 、积分 、微分通过线性组合构 成的控制量 U 去控制对象 , 使系统趋于稳定并能快速响应及消除偏差 。 如 图 1 所示为误差 e 阶跃变化的瞬间 , t 一 t 。时 , 理想的 PI D 控制器对误差阶跃的响应 。 采用 80 31 单片机作为控制器的系统框图如 图 2 所示 。 图 1 数数字字字字字字字字字字字字字字触触触触触触触发发发 脉冲冲冲冲单单片机机机机机 隔离离离离离离离控控制器器器器器器器 功放放放 日仕任任 速速速速速速速度反馈 ’’ 图 2 州路费盏粼米曰巩门J日甲、\飞 lO+占·日 色之l‘Z甲甲N占|占艺 |窟 ,,N 占I占贬叫O川口 的困 踢踢踢踢踢踢踢踢踢踢踢踢踢踢踢忿忿忿忿 占 少少少少少少少少少少少少少少少少 宁宁宁宁宁宁宁宁宁买亨亨亨 叭 ’ 汗万万 ddddddddddddddddddddddddddddddd ”艺艺艺 功 、 切切工工凳厄厄亡叫叫叫叫叫叫叫叫叫口口 ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ 闪闪闪闪闪闪闪闪闪闪闪闪闪闪闪闪 写6 刊刊日日日日日日日日日日 以 之? 认认 止止111111111111111111111111111瞬瞬瞬瞬 :电: 框框框 钊钊钊钊钊钊钊钊亡亡二翻翻翻 口 乙乙乙乙乙乙乙乙乙 一吃注亨亨,, 口口口 }它}窝窝 l了一门门门门门门 乙 一 ’艺艺 绷绷绷绷绷绷绷绷绷绷绷绷绷绷绷绷 臼臼臼臼臼臼臼臼臼臼臼臼臼臼臼臼辱辱 lllllllllllllllll 口口口 ............. 厂厂 刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃刃 声心心 夕夕官::::::::::: 代 . 妙口心心 日日 e 几几几几几几几几几几几几 之之池 l兽会占占占占 ￡奋澳沁聂 郎郎;;; 一 。 叱叱叱 户 一一 ___ . , 姿姿姿 ‘ 召召999 巴 < 聋 }钱钱钱 污. 厂 : 鼠霎’’ 口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口 4 3 由于离散系统只能根据采样时刻的误差值计算控制变量 u , 所以模拟 PI D 控制算法 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 中的积分项与微分项只能用数值计算方法逼近 。 在采样时刻 t一 iT 时 (T 为采样周期 ) , 可用 F 式近拟表示 : 一 1 )〕+ U 。e一e Jr、Td一T+e·习问T一叭+e厂k尹,布一一U _ 二 _ _ : . K 尸T 小 _ . kP T 己 , _一 ‘ j, 匕 ‘ , 广 一不丁一 / , 已‘ , ~ 一一下获一一 气已 ‘ 一 e ‘局 一 l) 十 U o 一 k , e‘+ 二I习 e‘+ 、 D (e‘一 e i 一 1 ) + U o 其中 : K l ~ K P T T i , K D 一 K P T d T 根据实验及经验给出参数 : K l= 2 0 , K D 一 2 0 , K P = 6 0 。 2 系统硬件 系 统有 关 控 制 部 分 采 用 8 0 31 单 片 机 , T 4L S 3 7 3 , T 4L S 2 4 4 , L S 1 3 8 , 2T 3 2 , A D 5 7 4 , 4 0 1 9 3 计数器 , 4 5 2 8 单稳 , 光 电脉冲发生器 , 触发脉冲放 大电路等组成 , 如图 3 所示 。 为系统硬件结构图 。 速 度基准值通 过 A D 5 74 转 换为数字量 , A D 57 4 为 12Bj t .气/ D 转换器 , 它受外部 5 个逻辑 控制信号控制 。 转换开始和读由 c E ,丽和 R /己 控制 。 当 c E 一 l ,瓦 一 。, R 汇一 0 时 , 开始转换 , 当 c E ~ l厄互~ 0 , R / 己一 1 , 读数据 , 12/ 8端接地 , 为 8 位数据口 。 A 。一 0 时高 8 位 , 在 A 。一 l 时为低 4 位 。 Ls1 38 译码器输出作为选通信号 。可控硅触发 脉冲的产生和移相 由单片机控制器输出 , 经单稳 4 5 2 8 整形后 , 再经 功放电路 后送至可控 硅控制 极 , 控制直流电机转速 。测速器是用与电机联轴的 光电脉冲发生器来实现 的 , 通过计取光电脉冲发 生器输出的脉冲数 , 再经单片机转换运算得到转 数 /分值 。 因 T 。 用于产生触发脉冲 , T , 用于和上 一级计算机通讯时作波特率计时 , 所以测速反馈 由硬件 4 0 19 3 计数器来实现计数 。 实时速度反馈 值送到单片机经转换后与速度基准值比较 , 计算 出误差 e 和控制变量 u , 调节形式采用 PI D 调节 方法进行计算 , 以尽快使电机转速稳定在设定的 速度基准点上 。 定时器启动 触触发脉冲冲 /// 下\\\ 图 4 图 5 得到的控制变量 u 即确定了下一个触发脉冲产生的时间 , 从而确定了 s c R 的导通角 ,达 到控制直流电机的 目的 。 如图 4 所示 。 3 软件框 图 软件采用 8 0 3 1 汇编语言编制 , 框图如图 5 所示 。 初始化时 , T M O D 置为 # Z IH , 即 T 。为方式 1 , 开中断 , 首先判断同步过零信号 , 当过零信 号 出现时 , 把对应控制变量送 T 。 定时器 , 启动 T 。 , 当 T 。 溢出中断时 , 中断服务于程序输出触 发脉冲 , 经单稳整形及脉冲放大后通过隔离变压器送至可控硅整流器的控制极 。通过改变可控 硅的导通角达到控制速度的目的 . 取经 A / D 转换后的速度基准值和从光电脉冲发生器及计数 器反馈来的实时速度经过转换后 , 再根据 PI D 算法计算出相应的控制变量为输 出下一个触发 脉冲作好准备 。 4 结束语 本控制器用于地质测井系统的数控绞车上 , 经过两年多的使用 , 符合系统设计要求 , 性能 稳定 、可靠 , 易于实现 。 参考文献 〔1〕 魏余芳等 . 微机数控原理设计及应用 . 西南交通大学出版社 , 1 988 · 〔幻 陈莉蓉 . 单片微型计算机 M Cs : 封应用手册 . 电子工业出版社 , 1 9 8 6. 〔3〕 复旦大学 . 单片微机软件设计技术 . 19 87 · (上接第 24 页) 5) 该传动齿数差对效率有较大影响 , 齿数差越大 ,效率越高 ; 6) 啮合角及二转臂轴承的距离对效率略有影响 ,故设计时 ,二转臂轴承的距离以满足结构 尺寸为准则 。 综上所述 , 该传动形式结构紧凑 , 传动零部件少速 比大 , 效率高 , 承载能力强 , 且具有优异 的过载特性作为雷达系统的一种传动形式 , 很值得推广 。 参考文献 〔1〕 应海燕 , 杨锡和 . “K 一H ”型三环减速器的研究 . 机械传动 , 工, , 2 年第 4 期 〔2〕 马从谦 . 渐开线行星齿轧传动设计 . 北京 :机械工业出版社 , 1 98 7 年 〔3) 张少名 . 行星传动 . 陕西科学技术出版社 , 19 88 〔幻 冯澄宙 . 渐开线少齿差行星传动 . 北京 : 人民教育出版社 , 1 981 〔5〕 中国专利 . C N 8 5 1 0 66 92^