基于8088控制器的直流電機閉環(huán)調(diào)速

1、基于8088控制器的直流電機閉環(huán)調(diào)速摘要：在現(xiàn)實生活中的各個運動系統(tǒng)環(huán)節(jié)，都少不了電機的積極作用，所以，能夠控制好電機，一來能夠節(jié)約能耗，二來能使電機輸出我們所需要的效果，從而提高效率。 本課程設(shè)計系統(tǒng)由AEDK-LabACT自控/計控原理實驗箱中的直流電機和電機驅(qū)動功率放大器、調(diào)節(jié)器（8088控制器） 、電機轉(zhuǎn)速檢測傳感器、F/V轉(zhuǎn)換器等組成，本課程設(shè)計采用單閉環(huán)控制方案結(jié)合PID算法來實現(xiàn)直流電機的調(diào)速。關(guān)鍵詞：直流電機；閉環(huán)調(diào)速；PID；8088控制器Based on the 8088 controller of DC motor contro Abstract：In real life

2、, each moving system links, not the motor positive role, therefore, to control the motor, thus can save energy, and can make the motor to output the result that we need, thus improving efficiency. The curriculum design of the system by AEDK-LabACT automation / control principle experiment box in the

3、 DC motor and a motor to drive the power amplifier, Regulator ( 8088 controller ), motor speed detecting sensor, F/V converter is composed, the curriculum design using a single closed loop control methodThe combination of PID algorithm to achieve the DC motor speed regulation. Key words：DC motor; cl

4、osed loop control; PID controller; 8088 II目 錄第 1 章 引言.11.1 背景 .11.2 選題的目的和意義 .11.3 本課程設(shè)計的主要內(nèi)容 .1第 2 章 系統(tǒng)整體設(shè)計方案.12.1 總體思想 .12.2 硬件組成及工作原理 .22.2.1 電機驅(qū)動.22.2.2 速度采集.3 2.3 軟件及算法 5 2.3.1 程序流程圖 5第 3 章 參數(shù)調(diào)試及數(shù)據(jù)分析.6 3.1 調(diào)整頻率/電壓 6 3.2 實驗數(shù)據(jù)及分析 3.2.1 改變 Kp 6 3.2.2 改變 Ti 6 3.2.3 改變 Td 7第 4 章 結(jié)束語 9致謝.10參考文獻.11附錄.

5、12成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計報告0第第 1 1 章章 引言引言1.1 背景在現(xiàn)實生活中的各個運動系統(tǒng)環(huán)節(jié)，都少不了電機的積極作用，所以，能夠控制好電機，一來能夠節(jié)約能耗，二來能使電機輸出我們所需要的效果，從而提高效率。電機調(diào)速問題一直是自動化領(lǐng)域中比較重要的問題之一。不同領(lǐng)域與場合對電機的調(diào)速性能有著不同的要求。因此，不同的場合要求不同的調(diào)速方案。1.2 選題的目的和意義為了提高直流電機調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)性能，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中主要包括單閉環(huán)與雙閉環(huán)。而在對于調(diào)速指標要求不高的情況下，通常采用單閉環(huán)控制系統(tǒng)就足夠達到要求了。閉環(huán)系統(tǒng)較之開環(huán)系統(tǒng)就是把輸出信號通過傳感模塊反饋到輸入

6、端，與輸入信號相比較，其差值作為實際的輸入信號；能自動調(diào)節(jié)輸入量，能提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。在對調(diào)速系統(tǒng)性能有較高要求的領(lǐng)域常利用直流電動機，但直流電動機開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性不能滿足要求，可利用轉(zhuǎn)速單閉環(huán)提高穩(wěn)態(tài)精度。1.3 本課程設(shè)計的主要內(nèi)容 1了解直流電動機速度閉環(huán)控制隨動系統(tǒng)的組成和工作原理。 2了解和掌握數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器控制參數(shù)的工程整定方法 3了解和掌握用 LabACT 實驗箱數(shù)字 PID 實驗被控過程。 4觀察和分析在標準 PID 控制系統(tǒng)中，P.I.D 參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。 5掌握本實驗機的 PID 控制算法中的特殊使用。 第第 2 2 章章 系統(tǒng)整體設(shè)計方案系統(tǒng)整體設(shè)計方案2.1 總

7、體思想本課程設(shè)計系統(tǒng)采用 AEDK-LabACT 自控/計控原理實驗箱中的直流電機和電機驅(qū)動功率放大器、調(diào)節(jié)器（8088 控制器） 、電機轉(zhuǎn)速檢測傳感器、F/V 轉(zhuǎn)換器等組成，組成框圖見圖 2-1。成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計報告1圖 2-1 直流電動機速度閉環(huán)控制隨動系統(tǒng)的組成框圖電機驅(qū)動功率放大器輸入/輸出電壓范圍：0+5V。電機轉(zhuǎn)速傳感器檢測-F/V 轉(zhuǎn)換器輸出電壓范圍：0+5V，對應(yīng)于電機轉(zhuǎn)速為 03300 轉(zhuǎn)/分。上面框圖調(diào)節(jié)器采用的是計算機控制器（8088 控制器） ，通過在 AEDK-LabACT 軟件平臺上編 程，編譯，下載到實驗箱中，通過在 AEDK-LabACT 軟件平臺上

8、的虛擬終端觀察波形，通過調(diào)節(jié)PID 參數(shù)來實現(xiàn)電機調(diào)速。2.2 硬件組成及工作原理2.2.12.2.1 電機驅(qū)動（電機驅(qū)動（DAC0832+驅(qū)動電路）驅(qū)動電路）電機驅(qū)動硬件電路由兩部分組成：數(shù)模轉(zhuǎn)換+信號驅(qū)動電路。數(shù)模轉(zhuǎn)換使用實驗箱 B2 單元的DAC0832，該電路負責(zé)把 8088 控制器輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓值，該電路 OUT2 可以實現(xiàn)-5V+5V 輸出。不過本次設(shè)計只需要 0+5V 的信號，所以使用 OUT1 輸出。電路圖如圖 2-2 所示。為使直流電機達到更好的調(diào)速效果，直流電機驅(qū)動通過運放把信號放大 1.5 倍（輸出電壓范圍為：0V7.5V） 。同時，為了增大驅(qū)動的輸出電流，

9、采用四運放并聯(lián)輸出的方案。該方案簡單易行，效果明顯。電路圖如圖 2-3 所示。圖 2-2DAC0832 原理圖成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計報告2圖 2-3 電機驅(qū)動原理圖2.2.22.2.2 速度采集（電機測速速度采集（電機測速+F/V 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器+AD）閉環(huán)調(diào)速方案需要速度采集模塊，電機測速由直流電機帶動光柵盤轉(zhuǎn)動，光柵盤上有 12 個透光孔，光柵盤下有一個光電斷續(xù)器，它輸出一組頻率正比于電機轉(zhuǎn)速的脈沖信號，經(jīng)過施密特觸發(fā)反向器 74LS14 濾去毛刺后送至該模塊的 F/V 轉(zhuǎn)換，通過 F/V 轉(zhuǎn)換就可以得到表征電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速的電壓值。電機測速如圖 2-4，F(xiàn)/V 轉(zhuǎn)換如圖 2-5 所示。

10、圖 2-4 電機測速原理圖成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計報告3圖 2-5F/V 轉(zhuǎn)換原理圖把經(jīng) F/V 轉(zhuǎn)換后的電壓信號由模數(shù)轉(zhuǎn)換（AD0809）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入 8088 控制器，控制器通過 PID 算法對反饋信號進行處理。因此形成了速度控制的閉環(huán)系統(tǒng)。AD0809 與 8088 的接口電路如圖 2-6 所示。由于 AD0809 是 8 路輸入，本設(shè)計只使用了其中一路，采用的是 IN4 輸入口。圖 2-6AD0809 原理圖成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計報告42.3 軟件及算法 2.3.12.3.1 程序流程圖程序流程圖本設(shè)計程序由兩部分組成：主程序（如圖 2-7）和定時器中斷程序(如圖 2-

11、8)，主程序主要負責(zé)與上位機通訊，定時器中斷程序負責(zé)實現(xiàn) PID 算法控制，定時器中斷的時間決定了采樣周期，本設(shè)計采樣周期為 4ms。程序見附件 1。 圖 2-7 主程序流程圖 圖 2-8 中斷程序流程圖成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計報告5第第 3 章章 參數(shù)調(diào)試及數(shù)據(jù)分析參數(shù)調(diào)試及數(shù)據(jù)分析3.1 調(diào)整頻率/電壓（F/V）轉(zhuǎn)換靜態(tài)工作點 B1 單元中電位器的左邊 K3 開關(guān)撥下（GND） ，右邊 K4 開關(guān)撥上（+5V） ，信號輸出（B1 的 Y 測孔）調(diào)整為+3V（調(diào)節(jié)方法：調(diào)節(jié)電位器，用萬用表測量 Y 測孔） 。Y 測孔聯(lián)線到 C2 模塊電機輸入測孔，調(diào)整 C2 模塊中的電位器 W2，使電機

12、輸出電壓測孔上的直流電壓等于+3V。3.2 實驗數(shù)據(jù)及分析3.2.13.2.1 改變改變 KpKpKp=1.5,Ti=0.092,Td=0.014 Kp=2.8,Ti=0.092,Td=0.014 由原理可知，Kp 可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，由上圖可以明顯看出，當(dāng) Kp 過大時，使得超調(diào)量變得更大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。3.2.23.2.2 改變改變 TiTiKp=1.5,Ti=0.092,Td=0.014 Kp=1.5,Ti=0.02,Td=0.014成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計報告6Kp=1.5,Ti=0.12,Td=0.014 Kp=1.5,Ti=0.245,Td=0.014減小積分參數(shù)（Ti

13、） ，積分作用減弱，反知。根據(jù)上面圖形對比可以得出如下結(jié)論：積分作用過強，將會造成系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能變差，甚至震蕩，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分作用過弱，將會造成系統(tǒng)的動態(tài)性能變差，甚至不能達到設(shè)定值。3.2.33.2.3 改變改變 TdTdKp=1.5,Ti=0.092,Td=0.014 Kp=1.5,Ti=0.092,Td=0.145Kp=1.5,Ti=0.092,Td=0.245成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計報告7由于微分相位超前，所以 Kp 可以改善反應(yīng)滯后，及具有預(yù)見性。但是微分作用的加入降低了系統(tǒng)的抗干擾性，如果微分作用過強，會降低系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計報

14、告8第 4 章 結(jié)束語通過這次課程設(shè)計，讓我對計算機控制技術(shù)這門課有了進一步的認識。這次課程設(shè)計是對這門課程的一個總結(jié)，對計算機控制技術(shù)知識的應(yīng)用。設(shè)計時要有一個明確的思路，再結(jié)合所學(xué)知識一步一步達到設(shè)計的預(yù)期效果。通過這次設(shè)計對我們獨自解決問題的能力也有所提高。在整個過程中，我查閱了相關(guān)書籍及文獻，取其相關(guān)知識要點應(yīng)用到課設(shè)中，而且其中有很多相關(guān)設(shè)備選取標準可以直接選取，這樣設(shè)計出來的設(shè)備更加符合要求。成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計報告9致致 謝謝在這次課程設(shè)計中遇到很多的問題，但在老師的指導(dǎo)與同學(xué)的幫助下順利完成了這次課程設(shè)計，再次對所有指導(dǎo)我的老師、幫助我的同學(xué)以及所有幫助過我的人說聲感謝

15、成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計報告10參考文獻參考文獻1 楊幫華，王建等.微機原理與接口技術(shù)實用教程.清華大學(xué)出版社，2011.2 王書鋒，譚建豪.計算機控制技術(shù).華中科技大學(xué)出版社，2011.3 上海埃威航空電子有限公司.計控原理實驗機指導(dǎo)書，2012.成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計報告11附錄附錄#defineUINT unsignedint#defineBYTE unsignedchar#defineCS0832 0 x00 /D/A0832 地址#defineCS8259E 0 x20 /8259 命令寄存器地址#defineCS8259O 0 x21 /8259 控制寄存器地址#defi

16、neCS8253T0 0 x40 /8253 定時器 0 地址#defineCS8253T1 0 x41 /8253 定時器 1 地址#defineCS8253T2 0 x42 /8253 定時器 2 地址#defineCS8253C 0 x43 /8253 控制寄存器地址#defineCS273 0 x60 /并行輸出地址#defineCSAD_1_0 0 x80 /虛擬示波器 0809 通道 0 地址#defineCSAD_1_1 0 x81 /虛擬示波器 0809 通道 1 地址#defineCSAD_2_0 0 xA0/實驗用示波器 0809 通道 0 地址#defineCSAD_2_

17、1 0 xA1#defineCSAD_2_2 0 xA2#defineCSAD_2_3 0 xA3#defineCSAD_2_4 0 xA4#defineCSAD_2_5 0 xA5#defineCSAD_2_6 0 xA6#defineCSAD_2_7 0 xA7#defineCS0809_0 0X80#defineCS0809_1 0X81#defineDSADDR 0 x0030 /數(shù)據(jù)暫存段地址#defineDSMAX 0 x0D00#defineCOMMBYTE 0 x0CF0 /串行口暫存偏移地址#defineREVBYTE 0 x0C00 /用于上下交換數(shù)據(jù)區(qū)偏移地址成都學(xué)院（成

18、都大學(xué)）課程設(shè)計報告12#defineCSADDR 0 x0100#defineADSELECT 0 x0C20 /AD 端口選擇暫存偏移地址#defineREVEN 0 x20#definedsvalue 0 x003f#defineD8253T0L 0 x33#defineD8253T0H 0 x13/4ms 定時 /TH0THL*(4/4.9152)=4000 時鐘頻率：1.229MHZ#includevoiddelay1(intt);voidinterruptirq7(void);/中斷 7 服務(wù)程序voidinterruptirq0(void);/中斷 0 服務(wù)程序BYTERevBy

19、te(void); /接收一個字節(jié)voidSendByte(BYTEbyte);/發(fā)送一個字節(jié)BYTERevEnable(void); /查詢允許接受標記intbSpeed,bSpeedD;/當(dāng)前轉(zhuǎn)速、目標轉(zhuǎn)速intKp,Ti,Td,T; /PID 設(shè)置參數(shù)、周期int Pk; /PID 輸出intKi,Kd; /積分、微分系數(shù)intE0,E; /速度誤差intEsum; /積分累積量unsignedintTdd,count;BYTEbTest;BYTESendFlag; /新數(shù)據(jù)接收標志BYTETable5; /臨時存放接收到的數(shù)據(jù)BYTEIndex; /臨時存放接收到的數(shù)據(jù)的個數(shù)intOv

20、er; /接收超時檢測BYTE flag;intmain(void)/取得系統(tǒng)程序段段地址，計算并設(shè)置數(shù)據(jù)段段地址UINTuiDS;成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計報告13_asmcli /關(guān)中斷uiDS=_CS;uiDS=uiDS+dsvalue;_DS=uiDS;_ES=uiDS;flag=0;Tdd=1;Kp=0 x19; /比較系數(shù) 25Ti=0 x64; /積分時間常數(shù) 100Td=0 x50; /微分時間常數(shù) 80T=4; /周期 4msEsum=0; /積分累積量E0=0; /清誤差寄存器bSpeedD=0; /目標轉(zhuǎn)速SendFlag=1; /數(shù)據(jù)發(fā)送標志outportb(0 x0

21、0,0 xa0);/把數(shù)字量 160 傳給 DAC0832/初始化 8259，工作方式為：單片，上升沿觸發(fā)，中斷類型號為 8，正常全嵌套方式，非自動EOI，選用 8086/8088 系統(tǒng)，開中斷 0 和中斷 6outportb(0 x20,0 x13);/;ICW1:邊沿觸發(fā),單片,要 ICW4outportb(0 x21,0 x08);/;ICW2:中斷類型碼 8outportb(0 x21,0 x01);/;ICW4:非特殊完全嵌套方式,非自動 EOI 方式,86/88 系統(tǒng)outportb(0 x21,0 xBE);/;OCW1:IRQ6.IRQ0 開放(0 開放 1 禁止)outpor

22、tb(0 x20,0 x20);/定時器 0：先低再高，方式 3（方波發(fā)生器）outportb(CS8253C,0 x36);outportb(CS8253T0,D8253T0L);/4ms 定時outportb(CS8253T0,D8253T0H);outportb(CS0832,0);/嵌入?yún)R編，設(shè)置中斷入口地址成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計報告14_asmpushdspushsipushaxxorax,axmovds,axmovax,offsetirq7movsi,003chmovsi,axmovsi,003ehmovax,csmovsi,axmovax,offsetirq0movsi,0

23、020hmovsi,axmovsi,0022hmovax,csmovsi,axpopaxpopsipopds_asm STI /開中斷enable();while(1)_asm CLIbTest=RevEnable();if(bTest=REVEN)/允許接收成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計報告15bTest=RevByte();if(bTest=0)/以下程序為接收上位機數(shù)據(jù)Index=0;bTest=REVEN;while(Index4)Over=1000;while(1)bTest=RevEnable();if(bTest=REVEN)break;elsedelay1(1);if(Over1

24、)break;elseOver-;if(Over1)break;TableIndex=RevByte();/接收上位機設(shè)置的參數(shù)Index+;if(Index=4)/參數(shù)處理成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計報告16Kp=Table0; /保存比例系數(shù)Ti=Table1; /保存積分時間常數(shù)Td=Table2; /保存微分時間常數(shù)bSpeedD=Table3;/保存目標速度設(shè)定值Esum=0; /清積分累積量E0=0; /清誤差寄存器SendFlag=1; /置接收數(shù)據(jù)標志_asm STIdelay1(1);/延時子程序voiddelay1(intt)intj;for(j=0;j=Tdd)if(SendFlag=1)if(Ti=245)Ki=0;elseKi=T*Kp/Ti; /積分系數(shù)計算Kd=Td*Kp/T; /微分系數(shù)計算Esum=0;E=0;E0=0;SendFlag=0; /清接收數(shù)據(jù)標志outportb(CSAD_2_4,0);for(i=0;i100;i+); /延時bSpeed=inportb(CSAD_2_4);/目標轉(zhuǎn)速采樣i=(unsignedint)bSpeed;E=bSpeedD-i;Esum=Esum+E; /積分累加den=Ki*(Esum/100);rem=Ki*(Esum%100);den1=Kp*(E/100);成都學(xué)院（成都大學(xué)