基于單片機(jī)的數(shù)字PID控制直流電機(jī)PWM調(diào)壓調(diào)速器系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

課程設(shè)計(jì)說明書題目基于單片機(jī)的數(shù)字PID控制直流電機(jī)PWM調(diào)壓調(diào)速器系統(tǒng)系(部)電子與通信工程系專業(yè)(班級(jí))電氣工程及其自動(dòng)化姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師起止日期II計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書系（部）：電子與通信工程系專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：學(xué)生姓名學(xué)號(hào)班級(jí)課題名稱基于單片機(jī)的數(shù)字PID控制直流電機(jī)PWM調(diào)壓調(diào)速器系統(tǒng)內(nèi)容及任務(wù)1、運(yùn)用A/D轉(zhuǎn)換芯片將滑動(dòng)變阻器的模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作為控制直流電機(jī)速度的給定值；2、用壓控振蕩器模擬直流電機(jī)的運(yùn)行（電壓高-轉(zhuǎn)速高-脈沖多），單片機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)作為電機(jī)速度的檢測(cè)值；3、應(yīng)用數(shù)字PID模型作單片機(jī)控制編程，其中P、I、D參數(shù)可按鍵輸入并用LED數(shù)碼顯示；4、單片機(jī)PWM調(diào)寬輸出作為輸出值，開關(guān)驅(qū)動(dòng)、電子濾波控制模擬電機(jī)（壓控振蕩器）實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的PID調(diào)壓調(diào)速功能。擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)組建計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，達(dá)到控制指標(biāo)。本課題使用S51單片機(jī)及A/D、D/A轉(zhuǎn)換器運(yùn)用PID控制編程，完成對(duì)直流電機(jī)的PID調(diào)壓調(diào)速功能。要求完成1、模擬直流電機(jī)（壓控振蕩器）電路設(shè)計(jì)；2、單片機(jī)控制系統(tǒng)（參數(shù)鍵入、LED顯示）設(shè)計(jì)；3、給定值輸入、檢測(cè)值輸入、PWM輸出驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)；4、PID控制程序、PWM驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)；5、PID參數(shù)整定。進(jìn)起止日期工作內(nèi)容備注III度安排星期一上午：下午：星期二上午：下午：星期三上午：下午：星期四上午：下午：星期五上午：下午：課程設(shè)計(jì)動(dòng)員、學(xué)生討論選擇課題；課題論證、課題講解、課題答疑。學(xué)生查閱、收集設(shè)計(jì)資料；選擇、初建設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)、仿真各單元電路；設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)電路。數(shù)字PID控制編程；控制程序仿真、控制功能調(diào)試。P、I、D參數(shù)整定；撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。主要參考資料單片機(jī)原理與應(yīng)用、PWM調(diào)制技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。教研室意見年月日系（部）主管領(lǐng)導(dǎo)意見年月日IV長(zhǎng)沙學(xué)院課程設(shè)計(jì)鑒定表姓名學(xué)號(hào)專業(yè)電氣自動(dòng)化班級(jí)設(shè)計(jì)題目基于單片機(jī)的數(shù)字PID控制直流電機(jī)PWM調(diào)壓調(diào)速器系統(tǒng)指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師意見：評(píng)定等級(jí)：教師簽名：日期：答辯小組意見：V評(píng)定等級(jí)：答辯小組長(zhǎng)簽名：日期：教研室意見：教研室主任簽名：日期：系（部）意見：系主任簽名：日期：說明課程設(shè)計(jì)成績(jī)分“優(yōu)秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四類；目錄第1章PID簡(jiǎn)介.1第2章設(shè)計(jì)原理.2第3章設(shè)計(jì)方案.3VI3.1PWM的調(diào)制.33.2基于單片機(jī)的數(shù)字PID控制直流電機(jī)PWM調(diào)壓調(diào)速器系統(tǒng).63.2.1調(diào)速原理.63.2.2基于單片機(jī)的數(shù)字PID控制直流電機(jī)PWM調(diào)壓調(diào)速器系統(tǒng)原理圖.63.2.3波形仿真.73.2.4PID調(diào)速程序.9第4章心得體會(huì).13參考文獻(xiàn).141第1章PID簡(jiǎn)介PID（比例積分微分，英文全稱為ProportionIntegrationDifferentiation）控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有50多年歷史，現(xiàn)在仍是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其輸入e(t)與輸出u(t)的關(guān)系為u(t)=kp(e(t)+1/TIe(t)dt+TD*de(t)/dt)式中積分的上下限分別是0和t因此它的傳遞函數(shù)為：G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s)其中kp為比例系數(shù)；TI為積分時(shí)間常