實(shí)驗(yàn)六數(shù)字PID直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)六數(shù)字PID直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)六數(shù)字PID直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)9/9實(shí)驗(yàn)六數(shù)字PID直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)六數(shù)字PID直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)方框圖以下：電機(jī)的PID控制原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)給出脈沖調(diào)制信號(hào)，脈沖調(diào)制信號(hào)的脈寬決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即可經(jīng)過調(diào)理脈沖的占空比來調(diào)理電機(jī)的轉(zhuǎn)速，脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路放大后控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，此后測(cè)速電路幾乎同步測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)速并輸出，該輸出信號(hào)與給定值（給定的轉(zhuǎn)速）比較，假如二者不同樣樣，經(jīng)單片機(jī)里面的算法比對(duì)后，單片機(jī)調(diào)理脈沖寬度，連續(xù)輸出給驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)，這樣循環(huán)，直到電機(jī)轉(zhuǎn)速與給定值同樣。依據(jù)上述系統(tǒng)方框圖，硬件線路圖設(shè)計(jì)以下：圖中“DOUT0”表示51的I/O管腳，輸出PWM脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)后控制直流電機(jī)，“IRQ7”表示51的外面中止1，用作測(cè)速中止。實(shí)驗(yàn)中，用系統(tǒng)的數(shù)字量輸出端口“DOUT0”來模擬產(chǎn)生PMW脈寬調(diào)制信號(hào)，組成系統(tǒng)的控制量，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)后控制電機(jī)運(yùn)行?；魻枩y(cè)速元件輸出的脈沖信號(hào)記錄電機(jī)轉(zhuǎn)速組成反應(yīng)量。在參數(shù)給定狀況下，經(jīng)PID運(yùn)算，電機(jī)可在控制量作用下，按給定轉(zhuǎn)速閉環(huán)運(yùn)行。系統(tǒng)準(zhǔn)時(shí)器準(zhǔn)時(shí)1ms，作為系統(tǒng)采樣基準(zhǔn)時(shí)鐘；測(cè)速中止用于丈量電機(jī)轉(zhuǎn)速。直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的參照程序以下：實(shí)驗(yàn)結(jié)果的推導(dǎo)：在模擬系統(tǒng)中，PID算法的表達(dá)式為：P(t)KP[e(t)1e(t)dtTDde(t)]（1）Tidt因?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)是一種采樣控制，它只好依據(jù)采樣時(shí)辰的偏差值來計(jì)算控制。所以，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，必然對(duì)式（1）進(jìn)行失散化辦理，用數(shù)字形式的差分方程取代連續(xù)系統(tǒng)微分方程，此時(shí)積分項(xiàng)和微分項(xiàng)可用乞降及增量式表示：nnne(t)dtE(j)tTE(j)（2）0j0j0de(t)E(k)E(k1)E(K)E(k1)（3）dttT將式（2）和（3）帶入式（1），則獲得失散的PID表達(dá)式：P(k)KPE(k)TnE(j)TD[E(k)E(k1)]Tij0T式中，tT采樣周期，必然使T足夠小，才能使系統(tǒng)有必然的精度；E(k)第k次采樣時(shí)的偏差值；E(k-1)第（k-1）次采樣時(shí)的偏差值；K采樣序號(hào)，k=0,1,2.P(k)第k次采樣時(shí)調(diào)理器的輸出。增量型PID控制算式為：p(k)P(k)P(k1)Kp[E(k)

E(k

1)]

KiE(k)

KD

[E(k)

2E(k

1)

E(k

2)]Ki

Kp

T

積分系數(shù)；TiKD

Kp

TDT

微分系數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄及分析(1)比率控制：比率控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入偏差信號(hào)成比率關(guān)系。比率調(diào)理的作用是按比率反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系一致旦出現(xiàn)偏差，比率調(diào)理調(diào)理產(chǎn)生調(diào)理作用用以減少偏差。比率作用大，能夠加速調(diào)理，減少偏差，但過大的比率，使系統(tǒng)的堅(jiān)固性降落，甚至造成系統(tǒng)的不堅(jiān)固。圖1參數(shù)：P=3I=5D=125圖2參數(shù)：P=20I=5D=125圖3參數(shù)：P=50I=5D=125有上三圖比較可看出，隨則P的增大，系統(tǒng)的調(diào)理時(shí)間變短。堅(jiān)固性變差。則適合的比率控制系數(shù)能夠減小穩(wěn)態(tài)偏差，但當(dāng)該值過大時(shí)，系統(tǒng)的堅(jiān)固性變差。積分控制：積分的作用是只需系統(tǒng)存在偏差在積分控制器就不停的累積，輸出控制量，以除去偏差。只需有足夠的時(shí)間，積分控制就能完滿除去偏差。可是積分作用太強(qiáng)使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩。圖4參數(shù)：圖5參數(shù)：圖5的積分I大于圖4的，而圖5出現(xiàn)了少許的震蕩兩圖的穩(wěn)態(tài)偏差均趨于零。與理論吻合。微分控制：微分控制能夠減小超調(diào)量，戰(zhàn)勝震蕩，使系統(tǒng)的堅(jiān)固性提升，同時(shí)加速系統(tǒng)的動(dòng)向響應(yīng)速度，減小調(diào)理時(shí)間，進(jìn)而改良系統(tǒng)的動(dòng)向性能。圖7參數(shù)圖7參數(shù)由圖6和圖7比較可知：微分控制能夠減小超調(diào)量，戰(zhàn)勝震蕩，使系統(tǒng)的堅(jiān)固性