第9章 綜合舉例及綜合設(shè)計

1、第九章 綜合舉例及綜合設(shè)計1第九章 綜合設(shè)計及綜合舉例9-1 9-1 綜合設(shè)計綜合設(shè)計9-2 9-2 綜合舉例綜合舉例內(nèi)容提要內(nèi)容提要: :第九章 綜合舉例及綜合設(shè)計29-1 綜合設(shè)計秒計數(shù)（每隔一秒加一）按下4個按鍵任何一個可切換 1、AD平均值顯示 2、秒計時器顯示。第九章 綜合舉例及綜合設(shè)計3要求：1、AD轉(zhuǎn)換采用查詢方式并進(jìn)行數(shù)字濾波；要進(jìn)行按鍵去抖動（去除鍵按下過程中前沿抖動和后沿抖動影響）；秒計數(shù)器采用實時時鐘中斷方式計時（參考第3章課件32-39以及書本）。2、給出完整的程序和注釋，以及各程序功能模塊實現(xiàn)機(jī)理說明。3、不要求經(jīng)過實際調(diào)試。、不要求經(jīng)過實際調(diào)試。參考：人的按鍵過程第

2、九章 綜合舉例及綜合設(shè)計49-2 綜合舉例數(shù)字PID控制器PWM驅(qū)動電路直流電機(jī)測速電路給定值在電機(jī)的運行控制中，通常采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)。利用大功率晶體管的開關(guān)作用，PWM將直流電源調(diào)制成具有一定頻率的寬度(脈沖占空比)可調(diào)的方波脈沖電壓，加在直流電機(jī)的電樞上，單片機(jī)把檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，通過數(shù)字PID調(diào)節(jié)對方波脈寬進(jìn)行調(diào)制，從而改變電樞電壓相序及平均值，實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。 第九章 綜合舉例及綜合設(shè)計5t占空比D = tPWM控制脈沖脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）控制是通過改變輸出脈沖的占空比，實現(xiàn)對直流電機(jī)的調(diào)速控制。用

3、這種方法，直流電機(jī)通電的時候速度增加，直流電機(jī)斷電的時候速度減少，只要按一定的周期改變通斷電的時間，直流電機(jī)的速度就可以達(dá)到一個穩(wěn)定值。改變通斷電的時間可以用調(diào)整PWM控制脈沖的占空比D（D = t /）實現(xiàn)。 第九章 綜合舉例及綜合設(shè)計6為了得到與目標(biāo)速度的偏差，要利用電機(jī)解碼器或者其他的轉(zhuǎn)速傳感器測量當(dāng)前驅(qū)動電機(jī)的速度。利用安裝在電機(jī)系統(tǒng)里的霍爾測速元件測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速并將轉(zhuǎn)速信號輸出構(gòu)成反饋量。在給定參數(shù)的情況下，控制器應(yīng)用PID算法計算控制量并輸出控制直流電機(jī)的運轉(zhuǎn)。 NSH信號處理電路MCU計數(shù)模塊M磁轉(zhuǎn)子M旋轉(zhuǎn)的同時，使霍爾元件H的磁極（N、S）產(chǎn)生變化，通過信號處理電路輸出矩形波信

4、號，從而檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。 第九章 綜合舉例及綜合設(shè)計7PID控制 PID控制由于算法簡單、魯棒性好和可靠性高等特點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中。 （1） 比例（I）控制調(diào)節(jié)規(guī)律：其中：u：調(diào)節(jié)器輸出；KP：比例系數(shù)；e(t)：調(diào)節(jié)器輸入（通常是偏差信號）。比例調(diào)節(jié)器的輸出信號與輸入信號成比例關(guān)系。只要輸入出現(xiàn)偏差，調(diào)節(jié)器就能及時產(chǎn)生與輸入成比例的控制信號。比例調(diào)節(jié)的作用主要取決于比例系數(shù)Kp。Kp大，調(diào)節(jié)作用強(qiáng)而且動態(tài)特性好。但Kp太大會引起自激震蕩。 PuK e t第九章 綜合舉例及綜合設(shè)計8（2） 比例積分（PI）控制調(diào)節(jié)規(guī)律：其中：TI ：積分常數(shù)。 由于比例調(diào)節(jié)存在靜差從而降低調(diào)節(jié)精度。消

5、除靜差的方法是增加積分調(diào)節(jié)作用。對于PI調(diào)節(jié)器，只要e(t)存在，就一定有積分作用。積分的存在使執(zhí)行器在調(diào)節(jié)器的輸出作用下不斷變化，直到達(dá)到新的穩(wěn)定值并消除靜差。 1PIuKe te t dtT第九章 綜合舉例及綜合設(shè)計9（3） 比例微分（PD）控制調(diào)節(jié)規(guī)律：其中：TD是微分常數(shù)。在控制對象有較大的慣性特性時，使用PD調(diào)節(jié)。微分調(diào)節(jié)的作用使輸出只能反應(yīng)偏差變化的速度。對于輸入不變化的偏差信號，不會產(chǎn)生微分調(diào)節(jié)作用。微分作用不會消除靜差，只能在偏差出現(xiàn)的時候產(chǎn)生一個比較大的調(diào)節(jié)作用。 ( )PDde tuKe tTdt第九章 綜合舉例及綜合設(shè)計10（4） 比例積分微分（PID）控制調(diào)節(jié)規(guī)律：將比

6、例，微分，積分作用結(jié)合在一起，就形成了PID調(diào)節(jié)規(guī)律。在加有PID調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)里，對輸入采樣信號首先是施加比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律，產(chǎn)生強(qiáng)烈快速的調(diào)節(jié)作用，然后再施加積分作用消除輸出靜差。不論從靜態(tài)特性還是動態(tài)特性看，使用PID調(diào)節(jié)規(guī)律都使調(diào)節(jié)品質(zhì)得到很好改善。 1( )PDIde tuKe te t dtTTdt第九章 綜合舉例及綜合設(shè)計11PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法在用PID調(diào)節(jié)器控制的系統(tǒng)里，對系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響的是4個參數(shù)KP、TI、TD和采樣周期T。它們對系統(tǒng)的影響分別如下。比例系數(shù)KP ：加大KP可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)，對有靜差的系統(tǒng)可以減少靜差。過大的KP會使系統(tǒng)有較大的超調(diào)并產(chǎn)生震蕩，系統(tǒng)的穩(wěn)

7、定性變差。微分時間常數(shù)TD ：加大TD可以加快系統(tǒng)響應(yīng)，減少超調(diào)量，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱。積分時間常數(shù)TI ：加大TI可以消除靜差，減少超調(diào)量，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。但加大積分時間常數(shù)TI 會減慢系統(tǒng)靜差消除的速度。 第九章 綜合舉例及綜合設(shè)計12PID常用口訣：參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查 先是比例后積分，最后再把微分加 曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大 曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳 曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降 曲線波動周期長，積分時間再加長 曲線振蕩頻率快，先把微分降下來 動差大來波動慢。微分時間應(yīng)加長 理想曲線兩個波，前高后低4比1 一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低 第九章 綜合舉例及綜合設(shè)計13數(shù)字PID由于計算機(jī)只能識別數(shù)字量，不能對連續(xù)的控制算式直接進(jìn)行運算，在計算機(jī)控制系統(tǒng)中必須對控制規(guī)律進(jìn)行離散化的算法設(shè)計。電機(jī)測控系統(tǒng)為一時間離散控制系統(tǒng)，可以采用數(shù)字式的差分方程來代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，從而將PID 算式離散化。 TkekedtdejeTedtkjt) 1()()(00)1()()()()(0kekeTTjeTTkeKkukjdip位置型PID算法：第九章 綜合舉例及綜合設(shè)