直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)八直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求編寫程序，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速，使速度穩(wěn)定在某一給定值上。實(shí)驗(yàn)?zāi)康??鞏固閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本概念。2?了解閉環(huán)控制系統(tǒng)中反饋量的引入方法。3?掌握PID算法數(shù)字化的方法和編程。電路及接線實(shí)驗(yàn)連線將C1部分的V與IRQ6（J1下部）相連，將OUT2（J1的下部）和IRQ7相連。實(shí)驗(yàn)時(shí)請保證擴(kuò)展平臺正確連接。ADC0832的偏選地址為00H。實(shí)驗(yàn)說明1.基礎(chǔ)知識自動(dòng)控制有兩種最基本的形式：開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制系統(tǒng)的精度取決于元器件的精度和特性調(diào)整的精度。當(dāng)內(nèi)外干擾影響不大，并且控制精度要求不高時(shí)，可采用開環(huán)控制方式。前面我們所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，就是一些開環(huán)控制的簡單實(shí)例。閉環(huán)控制又稱為反饋控制，其實(shí)質(zhì)是利用負(fù)反饋來減小系統(tǒng)的誤差。閉環(huán)控制具有自動(dòng)修正被控量偏離給定值的作用，因而可以抑制內(nèi)部干擾和外部干擾引起的誤差，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。按偏差的比例、積分、微分控制（簡稱PID控制）是過程控制中應(yīng)用最廣的一種控制規(guī)則。由PID控制規(guī)則構(gòu)成的PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器。這種調(diào)節(jié)器是將設(shè)定值U與實(shí)際輸出值Y構(gòu)成控制偏差：e=U—Y按比例（P）、積分（I）、微分（D）通過線性組合構(gòu)成控制量。PID控制算法的模擬表達(dá)式是：1: de(t) t、P(t)=K e(t)+—Je(t)dt+T (式3-1-1)p T DdtI0式中，P(t)調(diào)節(jié)器的輸出信號；e(t)式中，P(t)調(diào)節(jié)器的輸出信號；e(t)——調(diào)節(jié)器的偏差信號K——調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；PT——調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間；IT——調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間；D在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)對象特征和控制要求，也可靈活改變其結(jié)構(gòu)，取其一部分構(gòu)成控制規(guī)律，例如：比例(P)調(diào)節(jié)器、比例積分(PI)調(diào)節(jié)器、比例微分調(diào)節(jié)器(PD)等。比例調(diào)節(jié)器是一種最簡單的調(diào)節(jié)器。它具有反應(yīng)快、無滯后的特點(diǎn)，能干擾，使被控參數(shù)穩(wěn)定在給定值附近。但是，對于具有自平衡系統(tǒng)(即系統(tǒng)階躍響應(yīng)為一有限值)的被控對象存在靜差。對于某一給定系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，靜差大小與比例作用的強(qiáng)弱有關(guān)。加大比例系數(shù)可以減小靜差，但KP過大時(shí)，會使動(dòng)態(tài)質(zhì)量變差，引起控制量振蕩甚至導(dǎo)致閉死不穩(wěn)定。比例積分調(diào)節(jié)器是在比例調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上增加積分調(diào)節(jié)規(guī)律。積分調(diào)節(jié)規(guī)律的實(shí)質(zhì)是調(diào)節(jié)器輸出的變化速度與輸入偏差的大小成正比。只要有偏差，調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)信號就不斷變化，執(zhí)行器就不斷動(dòng)作，直至偏差信號消除。因此，積分作用能消除比例調(diào)節(jié)器的靜差。但是積分調(diào)節(jié)動(dòng)作緩慢，其調(diào)節(jié)作用總是滯后于偏差信號的變化。在上述PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再加上微分調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)就構(gòu)成了PID調(diào)節(jié)器。微分調(diào)節(jié)作用可以克服積分調(diào)節(jié)作用緩慢性，避免積分作用可能降低系統(tǒng)響應(yīng)速度的缺點(diǎn)。另外，微分調(diào)節(jié)的加入有助于減小超調(diào)、克服振蕩，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在實(shí)際應(yīng)用中，PID調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)分模擬和數(shù)字模擬兩PID程序輸入U(xiǎn)1(K),U(R)計(jì)算E(K)=U1(K)—U(R)計(jì)算Pp(K)=KpXE(K)計(jì)算Pi(K)=KiXE(K)+Pi(K-計(jì)算Pp(K)+Pi(K)+Pd(K)種方法。模擬法就是利用硬件電路實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)規(guī)律。PID數(shù)字模擬法就是對經(jīng)典的模擬PID進(jìn)行數(shù)字模擬，用數(shù)字調(diào)節(jié)器來代替模擬調(diào)節(jié)器。在采樣周期較小時(shí)，數(shù)字模擬PID控制算法是一種較理想的控制算法。2.PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)由于DDC(DirectDigitalControl)系統(tǒng)是一種時(shí)間離散控制系統(tǒng)。因此，為了用微機(jī)實(shí)現(xiàn)(式3-1-1)必須將其離散化，用數(shù)字形式的差分方程來代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程。離散化的PID表達(dá)式為：P(n)=K<e(n)+ ￡e(j)+Dte(n)-e(n-1)j (式3-1-2)PI T T IIj=0式中，T——采樣周期；P(n) 第n次采樣時(shí)微機(jī)輸出；e(n) 第n次采樣時(shí)的偏差值；

e（n-1） 第n-1次采樣時(shí)的偏差值;n——采樣序號，n=0，1，2，?。通常把（式3-1-2）稱為PID的位置控制算式。根據(jù)（式3-1-2）可以進(jìn)一步推導(dǎo)出離散化的位置型PID編程表達(dá)式，如（式3-1-3）：式3-1-3)第K次采樣式3-1-3)P(K)=P(K)+P(K)+P(K)D其中，設(shè)P(P(K)=KE(K)p p<P(K)=KZE(j)=IIj-0P(K)=K[e(K)—E(K—1)]DDKZe(j)=KE(K)+P(K—1)IIIj-0TK=一K 積分系數(shù)；式中，ITIPK=^~DK 微分系數(shù)。DTP確定了K,K和K的值后，實(shí)現(xiàn)（式3-1-3）的編程框圖如右圖所示：由（式3-1-3）還可得PID離散化的位置型P控制和PI控制的編程表達(dá)式。它們各自的編程框圖也只需在該圖的基礎(chǔ)上稍作刪減即可。3．實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的閉環(huán)調(diào)速實(shí)現(xiàn)原理如下圖所示：注意】：考慮到實(shí)驗(yàn)平臺的硬件特點(diǎn)，在編程中必須注意以下問題：0832輸出的0?5V模擬電壓，先與-2.5V作加法運(yùn)算，轉(zhuǎn)化為-2.5V?+2.5V的電壓，再經(jīng)功率放大器放大至T2V?+12V驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。因此，0832D/A轉(zhuǎn)換輸出的電壓值OV—2.5V—5V分別對應(yīng)于放大器的輸出T2V?0V?+12V，即分別對應(yīng)于直流電機(jī)的反轉(zhuǎn)最高速一停止一正轉(zhuǎn)最高速。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象選擇LC