多电机同步控制

论文题目：电机同步控制模块设计（软件） 专 业：电气工程及其自动化

指导老师：黄梦涛 （签名） 本 科 生：李大威 （签名）

摘 要

多电机同步控制广泛应用于工业生产中。论文以两台电机的同步为研究对象，采用主从式的控制结构，设计了一个两台小功率低电压直流电机的同步控制系统，两台直流电机采用PWM技术调速。为了提高控制精度，采用了带速度反馈的闭环调速系统，选用单片机C8051F040作为控制器。为了能够根据需要改变电机的转速以及实时显示两台电机的速度，我们还建立了单片机和上位机之间的串行通信。设计的核心是用C语言编程实现了PID控制算法。为了增加PID算法的自适应性，设计中整定了多组控制参数，并给出了控制结果。

关键词：多电机同步，PWM，C语言，PID算法

1

SUBJECT ：The software design of Multi-electric motor’s synchronism control module

Specialty ：Electrical Engineering and Automation

Instructor：Huang Mentao （Signature） Name ：Li Dawei （Signature）

ABSTRACT

Multi-electric motor synchronism control system has been widely used in the industrial manufacture. Taking the synchronization of two engines as research object, a synchronous control system for two DC motors, which work on small power and low voltage, is designed in this paper. It has a Master-slave structure. The speeds of the two DC motors are regulated with the technology of PWM. In order to improve the control precision, a closed loop speed control system with a speed feedback is adopted, while the single chip computer C8051F040 is selected as the controller. We also establish a serial communication between the single chip computer and a PC, so it is easy to set up the motors’ speed you want and show the real-time speeds of them. The core of the design is to realize the PID algorithm, using the C language to program. In order to improve the PID algorithm’s adaptability, several group control parameters are set in the design, and their control effects are given.

KEY WORDS：Multi-electric motor synchronism, PWM, C language, PID

2

目 录

前 言 .................................................................................................................................. 5 第一章 多电机同步控制方案及硬件电路 ...................................................................... 7

1.1 多电机同步控制结构 ........................................................................................ 7

1.1.1 并行控制 .................................................................................................. 7 1.1.2 主从控制 .................................................................................................... 8 1.2 PWM调速原理与发展概况 ................................................................................ 8 1.3 直流电机驱动电路 ......................................................................................... 10 1.4 速度检测电路 ................................................................................................. 13 1.5 控制器 ............................................................................................................. 14 1.6 通信模块 ........................................................................................................... 15 第二章 PID控制方法 ..................................................................................................... 17

2.1 PID控制方法介绍 .......................................................................................... 17 2.2 数字式增量PID控制算法 ............................................................................. 18 2.3 标准PID算法的改进 ..................................................................................... 20 2.4 干扰的抑制 ...................................................................................................... 20 2.5 PID调节器的参数整定 .................................................................................. 21

2.5.1 采样周期的选定 .................................................................................... 21 2.5.2 PID参数的整定 ..................................................................................... 22

第三章 软件实现 ............................................................................................................ 23

3.1 C51语言 .......................................................................................................... 23 3.2 单片机片内的资源配置 ................................................................................. 24

3.2.1 单片机内各功能模块配置 .................................................................... 24 3.2.2 单片机的端口配置 ................................................................................ 25 3.3 程序模块介绍 ................................................................................................. 26

3.3.1 初始化模块 .......................................................................................... 26 3.3.2 测速子程序 .......................................................................................... 28 3.3.3 串口通信子程序 .................................................................................. 30 3.3.4 主程序 .................................................................................................. 32

3

3.4 程序调试 ......................................................................................................... 34 第四章 参数的整定结果 ................................................................................................ 37

4.1 高速段内的参数整定及结果 ........................................................................... 37 4.2中速段内的参数整定及结果 ............................................................................ 38 4.3低速段内的参数整定及结果 ............................................................................ 39 4.4 结果分析 ......................................................................................................... 40 结 论 ................................................................................................................................ 41 致 谢 .............................................................................................................................. 42 参考文献 .......................................................................................................................... 43 附录1 总程序 ........................................................................................................... 44

4

前 言

直流电机是最早出现的电机，也是最早能实现调速的电动机。由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高的效率，优异的动态性能，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位，是大多数调速控制电动机的最优选择。PWM是控制数字化的基础，用PWM技术控制直流电机方法简单，能实现宽范围内的速度和位置调整，如今已成为主流的直流电机调速方式。

多电机同步控制问题在工业生产中的许多场合已成为一个突出的难题。在多台电机驱动系统中，采用传统的机械长轴虽然能够准确地保持电机同步，但其缺点日益显著，如各电机的工作状态相互影响，彼此之间存在严重的耦合作用，通过链、齿轮、轴等多级链接机构后含有积累误差，使用范围也受到限制，某些场合已不能满足现代控制的需要。

采用电的方式控制多电机的同步是一种有效的解决手段，人们对这方面已作出了大量的研究。对多电机的同步控制结构有并行控制、主从控制、交叉耦合控制、虚拟总轴控制、偏差耦合控制等多种控制理论，控制方法除了常规的PID外，还有各种现代控制理论，包括神经网络、模糊控制、专家系统等，将它们与PID控制相结合更衍生出多种控制理论。

在本设计中以C8051F040单片机为控制器，设计了一个两台小功率低电压直流电机的主从式同步控制系统，设计任务是从电机能够跟踪主电机的实时速度，主电机的速度可以通过上位机设定，然后传给单片机去调节。设计的目的是尝试用改进的PID控制算法，用C语言编程去实现两台电机的速度同步，并达到一定的控制精度，简单地探讨一下实际应用中对多电机进行同步控制的基本方法。

PID控制是最早发展起来也是应用最广泛的控制规律之一，由于其原理简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，至今仍有90%左右的控制回路具有PID结构。但其不足之处是对非线性、不确定性系统的控制效果不理想。本设计采用了数字PID算法，为了提高控制精度，对于不同的速度段，整定了多组控制参数，以提高PID算法的自适应性。

软件设计中一个关键的任务是为电机的速度设定一个合适的控制参数，为了方便查看一组控制参数下的控制效果，我们通过中断程序运行，在调试环境下查看实时的电机

5

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说教育文库多电机同步控制在线全文阅读。