綜合舉例及綜合設計

綜合舉例及綜合設計第1頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六§9-1綜合設計秒計數（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2頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六要求：1、AD轉換采用查詢方式并進行數字濾波；要進行按鍵去抖動（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機理說明。3、不要求經過實際調試。參考：人的按鍵過程第3頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六§9-2綜合舉例數字PID控制器PWM驅動電路直流電機測速電路給定值在電機的運行控制中，通常采用脈沖寬度調制(PWM)技術。利用大功率晶體管的開關作用，PWM將直流電源調制成具有一定頻率的寬度(脈沖占空比α)可調的方波脈沖電壓，加在直流電機的電樞上，單片機把檢測到的電機轉速與設定的轉速進行比較，通過數字PID調節(jié)對方波脈寬進行調制，從而改變電樞電壓相序及平均值，實現對電機轉速的控制。第4頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六tτ占空比D=tτPWM控制脈沖脈沖寬度調制（PulseWidthModulation，PWM）控制是通過改變輸出脈沖的占空比，實現對直流電機的調速控制。用這種方法，直流電機通電的時候速度增加，直流電機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，直流電機的速度就可以達到一個穩(wěn)定值。改變通斷電的時間可以用調整PWM控制脈沖的占空比D（D=t/τ）實現。第5頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六為了得到與目標速度的偏差，要利用電機解碼器或者其他的轉速傳感器測量當前驅動電機的速度。利用安裝在電機系統(tǒng)里的霍爾測速元件測量電機的轉速并將轉速信號輸出構成反饋量。在給定參數的情況下，控制器應用PID算法計算控制量并輸出控制直流電機的運轉。

磁轉子M旋轉的同時，使霍爾元件H的磁極（N、S）產生變化，通過信號處理電路輸出矩形波信號，從而檢測轉子的轉速。第6頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六PID控制

PID控制由于算法簡單、魯棒性好和可靠性高等特點，被廣泛應用于工業(yè)控制中。（1）比例（I）控制調節(jié)規(guī)律：其中：u：調節(jié)器輸出；KP：比例系數；e(t)：調節(jié)器輸入（通常是偏差信號）。比例調節(jié)器的輸出信號與輸入信號成比例關系。只要輸入出現偏差，調節(jié)器就能及時產生與輸入成比例的控制信號。比例調節(jié)的作用主要取決于比例系數Kp。Kp大，調節(jié)作用強而且動態(tài)特性好。但Kp太大會引起自激震蕩。

第7頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六（2）比例積分（PI）控制調節(jié)規(guī)律：其中：TI：積分常數。由于比例調節(jié)存在靜差從而降低調節(jié)精度。消除靜差的方法是增加積分調節(jié)作用。對于PI調節(jié)器，只要e(t)存在，就一定有積分作用。積分的存在使執(zhí)行器在調節(jié)器的輸出作用下不斷變化，直到達到新的穩(wěn)定值并消除靜差。第8頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六（3）比例微分（PD）控制調節(jié)規(guī)律：其中：TD是微分常數。在控制對象有較大的慣性特性時，使用PD調節(jié)。微分調節(jié)的作用使輸出只能反應偏差變化的速度。對于輸入不變化的偏差信號，不會產生微分調節(jié)作用。微分作用不會消除靜差，只能在偏差出現的時候產生一個比較大的調節(jié)作用。第9頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六（4）比例積分微分（PID）控制調節(jié)規(guī)律：將比例，微分，積分作用結合在一起，就形成了PID調節(jié)規(guī)律。在加有PID調節(jié)器的系統(tǒng)里，對輸入采樣信號首先是施加比例微分調節(jié)規(guī)律，產生強烈快速的調節(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調節(jié)規(guī)律都使調節(jié)品質得到很好改善。第10頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六PID調節(jié)器參數整定方法在用PID調節(jié)器控制的系統(tǒng)里，對系統(tǒng)性能產生影響的是4個參數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KP：加大KP可以加快系統(tǒng)的響應，對有靜差的系統(tǒng)可以減少靜差。過大的KP會使系統(tǒng)有較大的超調并產生震蕩，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。微分時間常數TD：加大TD可以加快系統(tǒng)響應，減少超調量，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TI：加大TI可以消除靜差，減少超調量，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。但加大積分時間常數TI會減慢系統(tǒng)靜差消除的速度。第11頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六PID常用口訣：

參數整定找最佳，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。微分時間應加長

理想曲線兩個波，前高后低4比1

一看二調多分析，調節(jié)質量不會低第12頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六數字PID由于計算機只能識別數字量，不能對連續(xù)的控制算式直接進行運算，在計算機控制系統(tǒng)中必須對控制規(guī)律進行離散化的算法設計。電機測控系統(tǒng)為一時間離散控制系統(tǒng)，可以采用數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。

位置型PID算法：第13頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六直