PID控制算法實(shí)例-電機(jī)-溫度

實(shí)驗(yàn)十七直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．學(xué)習(xí)數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)方法；2．學(xué)習(xí)數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)方法；3．學(xué)習(xí)PWM控制理論；4．學(xué)習(xí)數(shù)字PID控制器在DSP上的實(shí)現(xiàn)方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備計(jì)算機(jī)，CCS2.0版軟件，實(shí)驗(yàn)箱、DSP仿真器、導(dǎo)線。三、基礎(chǔ)理論P(yáng)ID控制器（按閉環(huán)系統(tǒng)誤差的比例、積分和微分進(jìn)行控制圖1模擬PID控制的調(diào)節(jié)器）自30年代末期出現(xiàn)以來，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了很大的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。它的結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)易于調(diào)KpeuyrKTsI對(duì)象p-KTsDp整，在長期應(yīng)用中已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。特別是在工業(yè)過程控制中，由于被控制對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型難以建立，系統(tǒng)的參數(shù)經(jīng)常發(fā)生變化，運(yùn)用控制理論分析綜合不僅要耗費(fèi)很大代價(jià)，而且難以得到預(yù)期的控制效果。在應(yīng)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的系統(tǒng)中，PID很容易通過編制語言實(shí)現(xiàn)。由于軟件系統(tǒng)的靈活性，PID算法可以得到修正和完善，從而使數(shù)字PID計(jì)算機(jī)具有很大的靈活性和適用性。實(shí)現(xiàn)PID控制的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)如圖1所示，其中數(shù)字PID控制器是由軟件編程在計(jì)算機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的。1、PID控制規(guī)律的離散化PID控制器是一偏差cry的比例（P）、積分（I）、微分（D），通過線性組合構(gòu)成控制量，所成的控制種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將系統(tǒng)的給定值r與實(shí)際輸出值y構(gòu)以簡稱PID控制器。連續(xù)控制系統(tǒng)中的模擬PID控制規(guī)律為：1e(t)dtTde(t)]u(t)K[e(t)ptTdtD0I（式1）式中u(t)是控制器的輸出，e(t)是系統(tǒng)給定量與輸出量的偏差，K是比例系數(shù)，T是積分PI時(shí)間常數(shù)，T是微分時(shí)間常數(shù)。其相應(yīng)傳遞函數(shù)為：D1G(s)K(1pTs)DTsI（式2）比例調(diào)節(jié)器、積分調(diào)節(jié)器和微分調(diào)節(jié)器的作用：（1）比例調(diào)節(jié)器：比例調(diào)節(jié)器對(duì)偏差是即時(shí)反應(yīng)的，偏差一旦出現(xiàn)，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用，使輸出量朝著減小偏差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)K。比例調(diào)節(jié)P器雖然簡單快速，但對(duì)于系統(tǒng)響應(yīng)為有限值的控制對(duì)象存在靜差。加大比例系數(shù)K可以減P小靜差，但是，K過大時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)質(zhì)量變壞，引起輸出量振蕩，甚至導(dǎo)致閉環(huán)系P統(tǒng)不穩(wěn)定。（2）比例積分調(diào)節(jié)器：為了消除在比例調(diào)節(jié)中的殘余靜差，可在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)具有累積成分，只要偏差e不為零，它將通過累積作用影響控制量u，從而減小偏差，直到偏差為零。如果積分時(shí)間常數(shù)T大，積分作用弱，反之為強(qiáng)。增大T將II減慢消除靜差的過程，但可減小超調(diào)，提穩(wěn)高定性。引入積分詞節(jié)的代價(jià)是降低系統(tǒng)的快速性。（3）比例變化的趨向進(jìn)行控制，使偏差消滅在萌芽狀態(tài)，這就是微分調(diào)節(jié)有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。積分微分調(diào)節(jié)器：為了加快控制過程，有必要在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，按偏差的原理。微分作用的加入將由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一種采樣控制系統(tǒng)，只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，因此，利用外接矩形法進(jìn)行數(shù)值積分，一階后向差分進(jìn)行數(shù)值微分，當(dāng)采樣周期為T時(shí)，uK[eTeTD(ee)]ii1TTipijij0I（式3）如果采樣周期足夠小，這種離散逼近相當(dāng)準(zhǔn)確。上式中u為全量輸出，它對(duì)應(yīng)于被控對(duì)象i的執(zhí)行機(jī)構(gòu)第i次采樣時(shí)刻應(yīng)達(dá)到的位置，因此，上式稱為PID位置型控制算式?？梢钥闯?，按上式計(jì)算u時(shí)，輸出值與過去所有狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不i是控制量的絕對(duì)數(shù)值，而是其增量時(shí)，可導(dǎo)出下面的公式：uuuK[eeeTD(e2ee)]TTTiii1pii1iii1i2I（式4）或uuK[eeeTD(e2ee)]TTTii1pii1iii1i2I（式5）式4稱為增量型PID控制算式；式5稱為遞推型PID控制算式；增量型控制算式具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)計(jì)算機(jī)只輸出控制增量，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的變化部分，因而誤動(dòng)作影響??；(2)在i時(shí)刻的輸出u，只需用到此時(shí)刻的偏差，以及前一時(shí)刻，前兩時(shí)刻的偏差e、i1ie，和前一次的輸出值i2u，這大大節(jié)約了內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間；i1(3)在進(jìn)行手動(dòng)—自動(dòng)切換時(shí)，控制量沖擊小，能夠較平滑地過渡；控制過程的計(jì)算機(jī)要求有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，用微型計(jì)算機(jī)作為數(shù)字控制器時(shí)，由于字長和運(yùn)算速度的限制，必須采用必要的方法來加快計(jì)算速度。下面介紹簡化算式的方法。按照式5表示的遞推型PID算式，計(jì)算機(jī)每輸出一次u，要作i四次加法，兩次減法，四次乘法和兩次除法。若將該式加稍合并整理寫成如下形式：TT2TTuuK(1D)eK(1D)eKDeii1pipi1pTi2TTTIuaeaeae2i2i10i1i1（式6）式中系數(shù)a、a、a可以離散算出，0從而加快了算法程序的運(yùn)算速度。12按式6編制的數(shù)字控制器的程序框圖如下圖所示。2、數(shù)字PID控制在實(shí)際控制系統(tǒng)中，控制算式一旦確定，比例、積分和的工作?？刂菩Ч暮脡脑诤艽蟪潭壬先Q于這些參數(shù)選擇得是否得當(dāng)。關(guān)于PID控制數(shù)整定方法有很多。通常首先要對(duì)工業(yè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性作某種簡單假設(shè)。因此，由這些整定方法得到的參數(shù)值在使用時(shí)不一定是最佳的，往往只作為參考值。在中，還要在這工程整定法。器的參數(shù)整定微分參數(shù)的整定就成為重要參實(shí)時(shí)控制些值附近探索，找出實(shí)用中有效的最佳值。下面介紹幾種PID參數(shù)的（1）PID參數(shù)整定的理論方法參數(shù)整定的目的就是通過調(diào)整PID的三個(gè)參數(shù)K、T、T，將系統(tǒng)的閉環(huán)特征pID根分布在s域的左半平面的某一特定域內(nèi)，以保證系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定裕度并滿足給定的性能指標(biāo)。這種對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法是一種理論設(shè)計(jì)方法，只有被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型足夠精確時(shí)，才能把特征根精確地配置在期望的位置上。但是，對(duì)象的精確模型往往不易得到。同時(shí)，大多數(shù)實(shí)際系統(tǒng)的參數(shù)又隨環(huán)境變化而變化，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)時(shí)變系統(tǒng)。因此，理論設(shè)計(jì)的極點(diǎn)配置往往與實(shí)際系統(tǒng)不能精確匹配。然而，這種理論設(shè)計(jì)方法對(duì)指導(dǎo)工程實(shí)踐有很大的理論意義。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展上述理論設(shè)計(jì)方法可以通過系統(tǒng)辨識(shí)實(shí)現(xiàn)。（2）湊試法確定PID調(diào)節(jié)參數(shù)湊試法是通過模擬或調(diào)節(jié)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的大致影響，反復(fù)湊試參數(shù)，以達(dá)到滿意的響應(yīng)的三個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)。其中在實(shí)踐中總結(jié)出如下的規(guī)律：（a）增大比例系數(shù)K一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差但過大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩大積分時(shí)間T有利于減小超調(diào)，減小振蕩（b）增，使系統(tǒng)更加除將隨之減慢；（c）增大微分時(shí)間T亦有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)統(tǒng)對(duì)干擾的抑制能力減弱，對(duì)擾動(dòng)定性變壞。在湊試分的整定步驟，即：（A）先整定比例部分：將比例系數(shù)K由小調(diào)大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)趨勢(shì)得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線曲線已較令人滿意，那么只須用比例調(diào)節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數(shù)也由此確定。（B）如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則須加入積分環(huán)節(jié)。整實(shí)際的閉環(huán)運(yùn)行情況、觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，然后根據(jù)各，從而確定PID控制器中的情況下，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞；穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差的消有利于減小靜差。DI，減小振蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性增加，但系D有較敏感的響應(yīng)；另外，過大的微分系數(shù)也將使系統(tǒng)的穩(wěn)時(shí)，可以參考以上的一般規(guī)律，對(duì)參數(shù)的調(diào)整步驟為先比例，后積分，再微，直到到允許范圍之內(nèi)，同時(shí)響應(yīng)p。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已小定時(shí)一般先置—個(gè)較大的積分時(shí)間系數(shù)T，同時(shí)將第一步整定得到的比例系數(shù)K縮小一些pI（比如取原來的80％），然后減小積分時(shí)間系數(shù)使在保持系統(tǒng)較好的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的基礎(chǔ)。在此過程中，可以根據(jù)響應(yīng)曲線的變化趨勢(shì)反復(fù)地改變比例系數(shù)K和積分時(shí)間系數(shù)T從而實(shí)現(xiàn)滿意的控制過程和整定參數(shù)。上，系統(tǒng)的靜差得到消除pI（C）如果使用比例積分控制器消除了偏差，但動(dòng)態(tài)過程仍不盡滿意，則可以加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成PID控制器。在整定時(shí)，可先置微分時(shí)間系數(shù)T為零，在第二步整定的基礎(chǔ)上，D增大微分時(shí)間系數(shù)T，同時(shí)相應(yīng)D地改變比例系數(shù)K和積分時(shí)間系數(shù)T，逐步湊試，以獲pI得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)。

值得一提的是，PID三個(gè)參數(shù)可以互相補(bǔ)償，即某一個(gè)參數(shù)的減小可由其他參數(shù)增大或減小來補(bǔ)償。因此用不同的整定參數(shù)完全可以得到相同的控制效果，這也決定了PID控制器參數(shù)選取的非唯一性。另外，對(duì)無自平衡能力的對(duì)象，則不應(yīng)包含積分環(huán)節(jié)，即只可用比例或比例微分控制器。在實(shí)時(shí)控制過程中，只要被控對(duì)象的主要性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，就可以選定相應(yīng)的控制器參數(shù)為最終參數(shù)。目前，工程上仍廣泛使用實(shí)驗(yàn)方法和經(jīng)驗(yàn)方法來整定PID的調(diào)整參數(shù)，稱為PID參數(shù)的工程整定方法。這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)在于整定參數(shù)不必依賴被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。簡易工程整定法是由經(jīng)典的頻率法簡化而來的，粗糙一點(diǎn)，時(shí)控制應(yīng)用。如擴(kuò)充臨界比例度法、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法。3、PID控制算法應(yīng)注意的幾個(gè)問題任何一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)都存在一個(gè)線性工作區(qū)。在此線性區(qū)內(nèi)信號(hào)，而當(dāng)控制信號(hào)過大，超過這個(gè)線性區(qū)，就進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)，其特性將變成特性。同時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)還存在著一定的阻尼和慣性，對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)速度受到了限制。因此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性也存在一個(gè)線性工作區(qū)?？刂菩盘?hào)的變化率過大也會(huì)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)入非線性區(qū)。前述標(biāo)準(zhǔn)PID位置式算法中積分項(xiàng)控制作用過大將出現(xiàn)積分飽和，增量式算法中微分項(xiàng)和比例項(xiàng)控制作用過大將出現(xiàn)微分飽和，都會(huì)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)入非線性區(qū)，從而使但是簡單易行，適于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)，它可以線性地跟蹤控制非線性系統(tǒng)出現(xiàn)過大的超調(diào)和持續(xù)振蕩，動(dòng)態(tài)品質(zhì)變壞。為了克服以上兩種飽和現(xiàn)象，避免系統(tǒng)的過大超調(diào)，使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，必須使PID控制器輸出的控制信號(hào)受到約束，即對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的PID控制算法進(jìn)行改進(jìn)（1）飽和作用的抑制無論采用何種計(jì)算方法，其控制輸出從數(shù)學(xué)上講可在(，)范圍內(nèi)取值，但物的機(jī)械和物理性能是有約束的，即輸入，并主要是對(duì)積分項(xiàng)和微分項(xiàng)的改進(jìn)。u(t)的取值是在有限范圍內(nèi)理執(zhí)行元件，表示為maxuuu，同時(shí)其變化率也受限制，表示為uu。minmax控制系統(tǒng)差，這種較大偏差，不可能在短時(shí)間內(nèi)消除大，甚至超過執(zhí)行機(jī)構(gòu)的極限u。另外，當(dāng)負(fù)誤差另一種極端情況。顯然，當(dāng)控制量超想，從而影響控制效果。這類現(xiàn)象在給定值突變“起動(dòng)效應(yīng)”。為了克服積分飽和作用，已有（2）干擾的抑制PID控制算法的輸入量e的值不會(huì)太大。所以相對(duì)而言，干擾值的引入對(duì)調(diào)節(jié)有較大的影響。對(duì)于干擾，除了采用抗干擾措施，進(jìn)行和軟件濾波之外，還可以通過對(duì)PID控制算法進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步克在開工、停工或者大幅度，經(jīng)過積分項(xiàng)累的絕對(duì)值較大時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)提降給定位等情況下，系統(tǒng)輸出會(huì)出現(xiàn)較大的偏u(k)很積后，可能會(huì)使控制量uu的maxmin過執(zhí)行機(jī)構(gòu)極限時(shí)，控制作用必然不如應(yīng)有的計(jì)算值理時(shí)容易發(fā)生，而且在起動(dòng)時(shí)特別明顯，故稱許多有效的修正算法，較常用的有“積分分離法”。是誤差e。在進(jìn)入正常調(diào)節(jié)后，由于輸出y已接近輸入u，硬件服干擾的影響。如“四點(diǎn)中心差分法”、“不完全微分PID算法”等等。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、復(fù)習(xí)數(shù)字PID的基本原理和設(shè)計(jì)方法；2、閱讀實(shí)驗(yàn)提供的程序；3、運(yùn)行樣例程序，觀察直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的4、填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。5、樣例程序?qū)嶒?yàn)操作說明實(shí)驗(yàn)前連接：控制過程；CPU上的跳線J4跳到下面.連接“直流電機(jī)”單元二號(hào)孔接口“XF_IN”和二號(hào)孔接口“XF_OUT”。將“步進(jìn)電機(jī)”單元的撥碼開關(guān)S4的撥碼開關(guān)1置“ON”檢查：計(jì)算機(jī)、DSP仿真器、實(shí)驗(yàn)箱是否正確連接；啟動(dòng)CCS2.0，用Project/Open打開“Exp17”目錄下的件；雙擊“DCMcontrol.pjt”及“Source”可查看各源程序；并加載“DCMcontrol.out”；在“DCMcontrol.c”中，變量“r”為直流電機(jī)的控制目標(biāo)轉(zhuǎn)速為80轉(zhuǎn)/，秒變量“rc”為直流電機(jī)的基于PWM的PID算法的控制目標(biāo)轉(zhuǎn)速為8轉(zhuǎn)/0.1，秒即PID控制系統(tǒng)每0.1秒輸出一次控制量。運(yùn)行程序，約20秒后，直流電機(jī)被控制進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。“DCMcontrol.pjt”工程文說明：電機(jī)在起動(dòng)的時(shí)候,需要加個(gè)外力使其轉(zhuǎn)動(dòng),在程序執(zhí)行之后,如果電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng),可以用手輕輕的轉(zhuǎn)動(dòng)一下電機(jī).因各電機(jī)的特性的不同，觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有差異，使用本樣例程序進(jìn)行控制時(shí)，應(yīng)做適當(dāng)修改。雙擊“Driver.asm”，按下圖所示位置設(shè)置斷點(diǎn)，程序運(yùn)行到斷點(diǎn)處停止，可觀察到直流電機(jī)進(jìn)入高轉(zhuǎn)速狀態(tài)。用View/Graph/Time/Frequency打開一個(gè)圖形觀察窗口；設(shè)置觀察圖形輸入speed2，長度為240，數(shù)值類型為16位有符號(hào)整型。speed2為一數(shù)組，為1秒，在240秒內(nèi)的控制結(jié)果；窗口變量及參數(shù)為：在啟始地址處變量，具體設(shè)置如下圖所示記錄直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位即其可記錄直流電機(jī)可以觀察到直流電機(jī)在20秒內(nèi)的控制過程，由低速加速至目標(biāo)轉(zhuǎn)速，80轉(zhuǎn)/秒，并進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)；在20秒以后，speed2的數(shù)據(jù)為0，仍為程序初始化的值，表示電機(jī)的控制過程尚未進(jìn)行該時(shí)刻；此時(shí)，電機(jī)已進(jìn)入高轉(zhuǎn)速狀態(tài)，去掉斷點(diǎn)，繼續(xù)運(yùn)行程序；可以觀察到直流電極轉(zhuǎn)速降低，進(jìn)入目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并穩(wěn)定；雙擊“Driver.asm”，在下圖所示位置設(shè)置斷點(diǎn)，程序運(yùn)行到斷點(diǎn)處停止，電機(jī)進(jìn)入低轉(zhuǎn)速狀態(tài)；查看數(shù)組speed2的圖形，可以觀察到直流電（80轉(zhuǎn)/秒），并進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)；控制過程尚未進(jìn)行的時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的speed2的數(shù)據(jù)仍為0；此時(shí)，電機(jī)在上一次控制過程的結(jié)果，轉(zhuǎn)速由高速減速至目標(biāo)轉(zhuǎn)速機(jī)已進(jìn)入低轉(zhuǎn)速狀態(tài)，去掉斷點(diǎn)，繼續(xù)運(yùn)行程序；可以觀察到直流電機(jī)轉(zhuǎn)速提高，進(jìn)入目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并穩(wěn)定；雙擊“Driver.asm”，在下圖所示位置設(shè)置斷點(diǎn)，程序運(yùn)行到斷點(diǎn)處停止，電機(jī)進(jìn)入高轉(zhuǎn)速狀態(tài)；查看數(shù)組speed2的圖形，可以觀察到直流電機(jī)在上一次控制過程的結(jié)果，轉(zhuǎn)速由80轉(zhuǎn)/秒），并進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)；控制過程尚未進(jìn)行的時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的speed20；此時(shí)，電機(jī)已進(jìn)入高轉(zhuǎn)速狀態(tài)，去掉斷點(diǎn)，繼續(xù)運(yùn)行程序；低速加速至目標(biāo)轉(zhuǎn)速（的數(shù)據(jù)仍為可以觀察到直流電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，進(jìn)入目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并穩(wěn)定；雙擊“Driver.asm”，在下圖所示位置設(shè)置斷點(diǎn)，程序運(yùn)行到斷點(diǎn)處停止，電機(jī)進(jìn)入低轉(zhuǎn)速狀態(tài)；查看數(shù)組speed2的圖形，可以觀察到直流電機(jī)在上一次控制過程的結(jié)果，轉(zhuǎn)速由80轉(zhuǎn)/秒），并進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)；控制過程尚未進(jìn)行的時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的speed2高速減速至目標(biāo)轉(zhuǎn)速（的數(shù)據(jù)仍為0；此時(shí)，電機(jī)已進(jìn)入低轉(zhuǎn)速狀態(tài)，去掉斷點(diǎn)，繼續(xù)運(yùn)行程序；當(dāng)電機(jī)減速時(shí)，表明數(shù)組speed2已記錄完畢，查看數(shù)組speed2的圖形，可以觀察到整個(gè)控制過程的結(jié)果，分別有由高轉(zhuǎn)速或低轉(zhuǎn)速控制至目標(biāo)轉(zhuǎn)速（80轉(zhuǎn)/秒），并進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的控制過程；關(guān)閉所有相關(guān)程序，該實(shí)驗(yàn)結(jié)束。五、實(shí)驗(yàn)說明該實(shí)驗(yàn)樣例程序采用增量型PID控制算法，其控制算式為：uaeaeae2i2i0i1i1（式7）式7是式6的增量型表達(dá)式，式中系數(shù)a、a、a可以參見式6。012控制偏差為當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之差，控制量輸出為輸出脈沖的占空比，即以PWM方式控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。六、樣例程序子函數(shù)說明voidcpu_init()：DSP初始化子程序，DSP工作于10MHz；voidset_int()：中斷設(shè)置子程序，使外部中斷int1和定時(shí)器中斷tint0有效；interruptvoidint1()：外部中斷int1，用于電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)；interruptvoidtint0()：定時(shí)器中斷tint0，用于產(chǎn)生0.1秒定時(shí)（PID控制）和轉(zhuǎn)速測(cè)量；voidStart(void)：電機(jī)啟動(dòng)子程序；voidDaout(void)：電機(jī)PWM控制量輸出子程序，用XF輸出引腳控制電機(jī)。七、樣例程序流程圖主程序初始化啟動(dòng)電機(jī)Y有中斷？響應(yīng)中斷N以當(dāng)前的PWM輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)INT1中斷子程序TINT0中斷子程序?qū)嶒?yàn)十八溫度控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、學(xué)習(xí)數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)方法；2、學(xué)習(xí)數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)方法；3、學(xué)習(xí)PWM控制理論；4、學(xué)習(xí)數(shù)字PID控制器在DSP上的實(shí)現(xiàn)方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：計(jì)算機(jī)，CCS2.0版軟件，DSP仿真器，實(shí)驗(yàn)箱,導(dǎo)線三實(shí)驗(yàn)步驟：1．復(fù)習(xí)數(shù)字PID的基本原理和設(shè)計(jì)方法；2．閱讀實(shí)驗(yàn)提供的程序；3．運(yùn)行樣例程序，觀察溫控爐溫度的控制過程和結(jié)果；壓棧壓棧YYcount1++count2++T1=0.1s?記錄couont1couont1=0記錄couont2PID算法計(jì)算PWMN出棧T2=1s?couont2=0ReturnNYPWM置低速值記錄滿否？N出棧Return4．填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。5．樣例程序?qū)嶒?yàn)操作說明1）、“語音處理單元”的撥碼開關(guān)設(shè)置：S1:撥碼開關(guān)碼位備注12ON：直流量輸入ON：直流量輸入S2:撥碼開關(guān)：碼位備注1234ON：直流量輸入OFF：揚(yáng)聲器關(guān)閉ON：幀同步脈沖接通ON：串口時(shí)鐘接通1）將CPU的J4的跳線,跳到下面.用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線連接“語音處理單元”二號(hào)孔接口“IN”和“溫控單元”的二號(hào)孔接口“TEMP”。2）將“溫控單元”的撥碼開關(guān)S5的兩位撥碼開關(guān)調(diào)節(jié)旋鈕旋到最左側(cè)。電源輸入插孔和220交流電源6）連接好DSP開發(fā)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)箱上電，運(yùn)行CCS軟件都打到“ON”3）把“語言處理單元”的輸入4）用電源線連接溫控單元的交流7）調(diào)入樣例程序，用Project/Open打開“Exp18”目錄下的“tempc.pjt”工程文件；雙擊“tempc.pjt”及“Source”可查看各源程序；在“temp.c”中，“r”為溫控爐的控制目標(biāo)溫度，設(shè)定為160。TEMP2為溫度反饋量。并加載“TEMPcontrol.out”，按F5運(yùn)行程序?？捎^察到溫控外殼體上的LOAD指示燈應(yīng)閃爍。特殊說明因：各溫控爐特性的差異，使用本樣例程序進(jìn)行控制時(shí)，應(yīng)做適當(dāng)修改。用View/Graph/Time/Frequency打開一個(gè)圖形觀察窗口；設(shè)置觀察圖形窗口變量及參數(shù)為：在啟始地址處輸入temp1，長度為1800，數(shù)值類型為16位有符號(hào)整型變量，具體設(shè)置如下圖所示。temp1為一個(gè)數(shù)組，記錄溫度控制的過程，時(shí)間單位為1秒，即其可記錄1800秒的溫度控制結(jié)果；由于該溫控爐的溫度控制響應(yīng)速度較慢，一般為分鐘級(jí)，可不斷刷新該溫度控制記錄圖形查看控制結(jié)果。如下圖所示的溫度控制記錄圖形中，縱坐標(biāo)為溫度反饋電壓采樣值（負(fù)溫度特性），橫坐標(biāo)為控制時(shí)間，單位為1秒。可以看到溫度不斷上升，溫度反饋采樣值穩(wěn)定于160（目標(biāo)控制量）。該圖記錄了600秒的溫度控制過程，以后的控制過程尚未進(jìn)行。也可以用數(shù)組temp2來觀察溫度控制過程，長度為60，16位有符號(hào)整型，與temp1不同之處是記錄的時(shí)間單位為30秒一次，具體設(shè)置如下圖所示；下圖為用數(shù)組temp2來觀察溫度控制過程，與用temp1相比，曲線較為平滑，也可以不斷刷新圖形觀察溫度控制的進(jìn)程；以下兩圖為30分鐘的溫度控制過程，分別用數(shù)組temp1和temp2觀察。由于溫控爐依靠自然散熱，所以從高溫狀態(tài)向低溫狀態(tài)的控制過程較長。對(duì)于不同溫控爐，由于特性略有差異，PID控制算法程序應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)修改。關(guān)閉所有相關(guān)程序窗口，本實(shí)驗(yàn)結(jié)束。四、實(shí)驗(yàn)說明該實(shí)驗(yàn)樣例程序采用增量型PID控制算法，其控制算式為：uaeaeae2i2i0i1i1該式是實(shí)驗(yàn)十七中式6的增量型表達(dá)式，式中系數(shù)a、a、a可以參見式6。120相關(guān)的PID控制理論可參見實(shí)驗(yàn)十七中的基礎(chǔ)理論部分。本樣例程序中，控制偏差為當(dāng)前溫度反饋電壓采樣值與目的采樣值之差，經(jīng)PID現(xiàn)溫度控制。用DSP的XF引腳控導(dǎo)通和關(guān)斷；TIMER1控制XF輸出控制脈沖的頻率，采用PWM調(diào)節(jié)方式；即固定周期1S，AD采樣，經(jīng)PID算法處理，算法控制后，修改輸出脈沖的占空比，即以PWM方式實(shí)制開關(guān)管的調(diào)節(jié)占空比；來調(diào)節(jié)開關(guān)管的導(dǎo)通的時(shí)間，控制溫度的恒定。溫度反饋信號(hào)通過和設(shè)定初始溫度值比較，控制XF輸出的脈寬。五程序框圖：開始系統(tǒng)初始化TIMR1初始化設(shè)定溫度初始值A(chǔ)D采樣PID調(diào)節(jié)結(jié)束實(shí)驗(yàn)十九、步進(jìn)電機(jī)控制試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?)、了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理。2)、掌握步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)及編程方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備計(jì)算機(jī)，仿真器，實(shí)驗(yàn)箱三、實(shí)驗(yàn)步驟1、將“步進(jìn)電機(jī)”單元中的撥碼開關(guān)S4的撥碼開關(guān)2置“ON”。2、連接好DSP開發(fā)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)箱上電，運(yùn)行CCS軟件3、按流程寫控制電機(jī)的程序圖編1、調(diào)入樣例程序，運(yùn)行。2、觀察實(shí)驗(yàn)操作說明打開文件夾“exp19”中的“motorstep.pjt”文件編“motorstep.out”結(jié)果，寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告6程序?qū)嶒?yàn)譯并裝載文件夾“DEBUG”中的加載完畢，單擊“Run”運(yùn)行程序；可以看到步進(jìn)電機(jī)先順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，然后再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，“數(shù)字量輸入輸出單元”中的LED10-LED13在不停的閃爍。運(yùn)行程序，可以看到四合一被控對(duì)象上步進(jìn)電機(jī)以一定轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)；用“Halt”暫停程序運(yùn)行，將“delay”循環(huán)中的寄存器“ar3”的賦值由200h更改為2000h，也可以更改對(duì)寄存器“ar4”的賦值，如下圖所示。該“delay”循環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)的A、B、C、D相的延遲時(shí)間?！癛ebuildAll”后，重新加載程序，運(yùn)行程序?？梢杂^察到步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速變慢；用“Halt”暫停程序運(yùn)行，將“delay”循環(huán)中的寄存器“ar3”的賦值還原，由2000h更改為200h，將“delayb”循環(huán)中的寄存器“ar3”的賦值由20h更改為2000h，將寄存器“ar4”的賦值08h更改為800h，如下圖所示。該“delayb”循環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)的步與步的延遲時(shí)間。“RebuildAll”后，重新加載程序，運(yùn)行程序?？梢杂^察到步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速變慢，而且步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)效果較明顯。關(guān)閉相關(guān)程序窗口，本實(shí)驗(yàn)結(jié)束。四、實(shí)驗(yàn)說明：步進(jìn)電機(jī)多為永磁感應(yīng)式，有兩相、四相、六相等多種，實(shí)驗(yàn)所用的電機(jī)為兩相四拍式，通過對(duì)每相線圈中的電流的順序切換來使電機(jī)作步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)電路由脈沖信號(hào)來控制，所以調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的頻率便可改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。脈沖信號(hào)是有DSP的IO端口(地址8001H)的低四位提供。位0對(duì)應(yīng)“D”，位1對(duì)應(yīng)“C”，位2對(duì)應(yīng)“B”，位3對(duì)應(yīng)“A”；如下圖所示，電機(jī)每相電流為0.2A，相電壓為5V，兩相四拍的通電順序如下表所示：相ABCD順序01010101102010131001第五章算法實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)一卷積（Convolve）算法實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解卷積算法的原