直流电机转速闭环控制 - 图文

《计算机控制基础》设计

结题论文

直流电机转速闭环控制设计

学 院: 自动化学院 姓 名: 学 号:

专业班级: 09级自动化

指导老师:时颖

重庆大学自动化学院

· 2012年09月·

直流电机转速闭环控制设计

摘要

在运动控制系统中，电机转速控制占有至关重要的作用，其控制算法和手段有很多，模拟PID控制是最早发展起来的控制策略之一，长期以来形成了典型的结构，并且参数整定方便，能够满足一般控制的要求，但由于在模拟PID控

制系统中，参数一旦整定好后，在整个控制过程中都是固定不变的，而在实际

中，由于现场的系统参数、温度等条件发生变化，使系统很难达到最佳的控制效果，因此采用模拟PID控制器难以获得满意的控制效果。随着计算机技术与智能控制理论的发展，数字PID技术渐渐发展起来，它不仅能够实现模拟PID所完成的控制任务，而且具备控制算法灵活、可靠性高等优点，应用面越来越广。

本设计以上面提到的数字PID为基本控制算法，以计算机硬件PD-32E为控制核心，产生占空比受数字PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。同时利用霍尔传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速闭环控制，达到转速无静差调节的目的。在系统中采数码管和4×4键盘作为人机交互界面，启动后可以通过显示部件了解电机当前的转速。该系统控制简单，反应灵敏，具有很强的抗干扰能力。

关键字：运动控制、PID、计算机硬件

目录

引言................................................................................................................................. 1 1 小组分工 ...................................................................................................................... 2 2 模型建立 ...................................................................................................................... 2 2.1 设计要求 ................................................................................................................ 2 2.2设计报告要求 .......................................................................................................... 3 4 构建系统的器件 ........................................................................................................... 4 4.1 8254定时器/计数器................................................................................................. 4 4.1.1 8254具有以下基本功能 ..................................................................................... 4 4.1.2 8254的工作方式 ............................................................................................... 4 4.1.3 8254内部寄存器各位的定义及初始化的编程方法 .............................................. 5 4.1.4 8254定时/计数器原理图和发光二极管的驱动原理图 ......................................... 5 4.2 8254定时器/计数器................................................................................................. 5 4.2.1 8255的工作方式 ............................................................................................... 6 4.2.2 8255并口模块原理图 ........................................................................................ 6 4.3 8259中断控制器...................................................................................................... 7 4.3.1 8259各引脚定义 ............................................................................................... 7 4.3.2 8259A的内部结构 ............................................................................................. 8 4.4 AD574...................................................................................................................... 8 5 系统设计思路及总设计方案 ........................................................................................ 10 5.1 关键问题 .............................................................................................................. 10 5.2 总设计思路及方案 ................................................................................................ 10 5.3霍尔元件测速模块 ................................................................................................. 11 5.4 4*3小键盘原理图 .................................................................................................. 12 5.5主程序设计 ........................................................................................................... 13 5.6设计进度的具体安排和记录 ................................................................................... 15 6 硬件连接及系统电路图 ............................................................................................... 15 6.1 硬件连接 .............................................................................................................. 15 6.2 系统硬件连接图 .................................................................................................... 16 心得体会........................................................................................................................ 16 ——付 攀 20095077.................................................................................................. 16 ——明柯辰 20095087 ................................................................................................. 17 ——金智 20095084 ..................................................................................................... 18 ——邱 宁 20095089.................................................................................................. 19 参考文献........................................................................................................................ 20 附1：程序流程图 .......................................................................................................... 21 附2：程序清单 .............................................................................................................. 26

计算机控制技术课程设计

引言

由于直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。

随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。

目前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。

本次项目的设计是在PD-32E对直流电机控制系统的基础上进行设计和改进的。在设计过程中，使学生能够对单片机有进一步的了解，培养了学生独立的进行程序的设计和调试。系统中通过单片机对直流电机的转速进行控制和转化，并在8位数码管上进行显示，方便人们的控制检测，运用PID调节实现直流电机的闭环调速，同时在电机的上电转动中，对电机进行过电保护，使电机可以良好的进行运转。

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计算机控制技术课程设计

1 小组分工

整个课程设计从拿到课题到完成基本功能、添加优化方案、最终形成课程设计报告，小组成员始终活跃在各自的岗位，有条不紊的完成分配给各自的任务，整个设计过程大家都全程参与，没有一个人缺席。

综合小组各成员从编程能力、资料收集整理能力、组织协调能力、文书编写能力等方面进行如下分工：

学号 分工项目 付攀 20095077 显示与处理、显示子程序的编写和调试；标度变换程序的编写调试，辅助整体程序的调试 键盘扫描程序及各键功能子程序的编写调试，均值滤波程序的编写，辅助报告的完成 AD转换程序，初始化8254、8255、8259子程序的编写，完成实验报告的编写 主程序的设计，控制算法程序，终端相关的程序设计，PWM波的生成程序，及整个程序的调试 明柯辰 20095087 金智 20095084 邱宁

20095089 2 模型建立

2.1 设计要求

（1）已知参数和设计要求

1.用PD-32E实验装置产生PWM方波调制直流电机以一定速率选装，认为给一个虚度漂移，霍尔原件测出速度并根据PID算法跟踪校正速度漂移。

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