基于單片機的數(shù)字PID控制直流電機PWM調(diào)壓調(diào)速器系統(tǒng)的設(shè)計.doc

課程設(shè)計說明書題目基于單片機的數(shù)字PID控制直流電機PWM調(diào)壓調(diào)速器系統(tǒng)系(部)電子與通信工程系專業(yè)(班級)電氣工程及其自動化姓名學(xué)號指導(dǎo)教師起止日期II計算機控制課程設(shè)計任務(wù)書系（部）：電子與通信工程系專業(yè)：電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師：學(xué)生姓名學(xué)號班級課題名稱基于單片機的數(shù)字PID控制直流電機PWM調(diào)壓調(diào)速器系統(tǒng)內(nèi)容及任務(wù)1、運用A/D轉(zhuǎn)換芯片將滑動變阻器的模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作為控制直流電機速度的給定值；2、用壓控振蕩器模擬直流電機的運行（電壓高-轉(zhuǎn)速高-脈沖多），單片機在單位時間內(nèi)對脈沖計數(shù)作為電機速度的檢測值；3、應(yīng)用數(shù)字PID模型作單片機控制編程，其中P、I、D參數(shù)可按鍵輸入并用LED數(shù)碼顯示；4、單片機PWM調(diào)寬輸出作為輸出值，開關(guān)驅(qū)動、電子濾波控制模擬電機（壓控振蕩器）實現(xiàn)對直流電機的PID調(diào)壓調(diào)速功能。擬達到的要求或技術(shù)指標運用所學(xué)知識設(shè)計組建計算機自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動控制功能，達到控制指標。本課題使用S51單片機及A/D、D/A轉(zhuǎn)換器運用PID控制編程，完成對直流電機的PID調(diào)壓調(diào)速功能。要求完成1、模擬直流電機（壓控振蕩器）電路設(shè)計；2、單片機控制系統(tǒng)（參數(shù)鍵入、LED顯示）設(shè)計；3、給定值輸入、檢測值輸入、PWM輸出驅(qū)動電路設(shè)計；4、PID控制程序、PWM驅(qū)動程序設(shè)計；5、PID參數(shù)整定。進起止日期工作內(nèi)容備注III度安排星期一上午：下午：星期二上午：下午：星期三上午：下午：星期四上午：下午：星期五上午：下午：課程設(shè)計動員、學(xué)生討論選擇課題；課題論證、課題講解、課題答疑。學(xué)生查閱、收集設(shè)計資料；選擇、初建設(shè)計方案。設(shè)計、仿真各單元電路；設(shè)計單片機控制系統(tǒng)電路。數(shù)字PID控制編程；控制程序仿真、控制功能調(diào)試。P、I、D參數(shù)整定；撰寫課程設(shè)計報告。主要參考資料單片機原理與應(yīng)用、PWM調(diào)制技術(shù)、計算機控制技術(shù)。教研室意見年月日系（部）主管領(lǐng)導(dǎo)意見年月日IV長沙學(xué)院課程設(shè)計鑒定表姓名學(xué)號專業(yè)電氣自動化班級設(shè)計題目基于單片機的數(shù)字PID控制直流電機PWM調(diào)壓調(diào)速器系統(tǒng)指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師意見：評定等級：教師簽名：日期：答辯小組意見：V評定等級：答辯小組長簽名：日期：教研室意見：教研室主任簽名：日期：系（部）意見：系主任簽名：日期：說明課程設(shè)計成績分“優(yōu)秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四類；目錄第1章PID簡介.1第2章設(shè)計原理.2第3章設(shè)計方案.3VI3.1PWM的調(diào)制.33.2基于單片機的數(shù)字PID控制直流電機PWM調(diào)壓調(diào)速器系統(tǒng).63.2.1調(diào)速原理.63.2.2基于單片機的數(shù)字PID控制直流電機PWM調(diào)壓調(diào)速器系統(tǒng)原理圖.63.2.3波形仿真.73.2.4PID調(diào)速程序.9第4章心得體會.13參考文獻.141第1章PID簡介PID（比例積分微分，英文全稱為ProportionIntegrationDifferentiation）控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實用化的控制器已有50多年歷史，現(xiàn)在仍是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其輸入e(t)與輸出u(t)的關(guān)系為u(t)=kp(e(t)+1/TIe(t)dt+TD*de(t)/dt)式中積分的上下限分別是0和t因此它的傳遞函數(shù)為：G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s)其中kp為比例系數(shù)；TI為積分時間常