直流電機(jī)調(diào)速計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)

2016年07月15日程設(shè)計(jì)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)本課程設(shè)計(jì)是在修完《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)A》課程之后，為加強(qiáng)對(duì)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力的培養(yǎng)而開(kāi)設(shè)的綜合設(shè)計(jì)訓(xùn)練環(huán)節(jié)。本課程設(shè)計(jì)結(jié)合《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)A》課程的基礎(chǔ)理論，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用技能訓(xùn)練，包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)算法軟件和硬件設(shè)計(jì)。其課程設(shè)計(jì)任務(wù)是使學(xué)生通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的基本理論，基本知識(shí)與基本技能，掌握計(jì)算控制技術(shù)中各主要環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、試方法，初步掌握并具備應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)備技術(shù)改造和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。設(shè)計(jì)一個(gè)直流電機(jī)系統(tǒng)，合理選擇PID控制規(guī)律，掌握被控對(duì)象參數(shù)檢測(cè)方法、H橋驅(qū)動(dòng)的功能、旋轉(zhuǎn)編碼器的功能、單片機(jī)PWM控制波形輸出方法，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)課堂理論知識(shí)的理解與綜合應(yīng)用能力，進(jìn)而提高解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是以電機(jī)轉(zhuǎn)速作為變量，單片機(jī)根據(jù)采集電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量值與設(shè)定值的偏差去控制PWM波形的脈寬，從而改變直流電機(jī)兩端的電壓，達(dá)到控制轉(zhuǎn)速的目的。直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)由單片機(jī)、直流電機(jī)、和正反轉(zhuǎn)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和生產(chǎn)過(guò)程兩大部分組成。控制計(jì)算機(jī)是指按生產(chǎn)過(guò)程控制的特點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它可以根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模和要求選擇或設(shè)計(jì)不同種類的計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所被控對(duì)象r+e被控對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)D/A執(zhí)行機(jī)構(gòu)D/A被控量給定值-被控量A/DA/D圖1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速的值由一定時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)來(lái)表示。給單片機(jī)輸入一個(gè)給定最后，在單片機(jī)中根據(jù)脈沖的的前三硬件電路由開(kāi)關(guān)控制模塊、單片機(jī)、晶振電路、顯示電路、驅(qū)動(dòng)電路電成了時(shí)鐘輸出和向上或向下計(jì)數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達(dá)控制等應(yīng)用橋驅(qū)動(dòng)的選擇H橋(H-Bridge),，即全橋(因外形與H相似故得名)，通過(guò)開(kāi)關(guān)的開(kāi)合，將直流電(來(lái)自電池等)逆變?yōu)槟硞€(gè)頻率或可變頻率的交流電或直流開(kāi)關(guān)電源的斬波，從而用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)。本系統(tǒng)采用四個(gè)三極管放大功率以控制速度開(kāi)關(guān)應(yīng)用電力用品，可用于轉(zhuǎn)換器和功率電機(jī)控制和橋電路，開(kāi)啟電壓最輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電以數(shù)字量輸出(REP)。本例中我選擇了東莞市林積為公司的內(nèi)密脈模模塊(顯示字符和數(shù)字)。ce-++r+分，通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，控制被控對(duì)象，控制規(guī)律為：：度越快系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。Kp值過(guò)小，則會(huì)降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度變慢，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性變壞。小，在響應(yīng)過(guò)程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過(guò)程的較大超調(diào)。Ti態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。能改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，其作用主要是在響應(yīng)過(guò)程中抑制偏差向任何方向的變化，對(duì)偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)。但Td過(guò)大，會(huì)使響應(yīng)過(guò)程提前制動(dòng)，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，而且會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾性能。該直流電機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)采用單片機(jī)來(lái)控制，其PID控制規(guī)律采用增量式，差仿真仿真根據(jù)偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D)進(jìn)行控制(簡(jiǎn)稱PID控制)，是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)和理論的分析都表明。這種控制規(guī)律對(duì)許多工業(yè)過(guò)程進(jìn)行控制時(shí)，都能達(dá)到滿意的效果。不過(guò)，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)PID控制不是簡(jiǎn)單地把PID控制規(guī)律數(shù)字化，而是進(jìn)一步與計(jì)算機(jī)的邏輯判斷功能結(jié)合，使PID控制更加靈活。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時(shí)，用求和代替積分、用后相差分代替微分，使模擬PID離散化變?yōu)椴罘址匠?。在控制系統(tǒng)中，每個(gè)采樣周期，控制器輸出的控制量，是相對(duì)于上次控制量的增加，此時(shí)控制器應(yīng)采用數(shù)字PID增量式控制算法。通過(guò)此次設(shè)計(jì)，我掌握了直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的構(gòu)成，知道它最基本的部分有控制器、調(diào)節(jié)器、被控對(duì)象和測(cè)量變送組成。并且學(xué)會(huì)了如何去設(shè)計(jì)一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)，掌握了基本的設(shè)計(jì)步驟，認(rèn)知被控對(duì)象、設(shè)計(jì)控制方案、選擇控制規(guī)律、選擇過(guò)程儀表、選擇過(guò)程模塊、參數(shù)整定、設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖，掌握MATLAB仿真和PROTEUS的硬件仿真和設(shè)計(jì)。這次課程設(shè)計(jì)令我受益匪淺。參考文獻(xiàn)