Arduino平台电机控制系统实验：串口通信与PID控制

"课程作业2-潘奔1" 这篇文档描述了一个基于Arduino的PID控制系统实验，实验旨在让学生掌握如何利用Arduino硬件平台和PC端软件进行串口通讯，实现电机控制系统的模拟和PID控制。以下是实验的详细内容： 一、实验简介 实验的核心是建立一个由PC端软件和Arduino组成的交互系统。PC端需要编写一个仿真程序，模拟一个实际的控制系统，如温度或电机控制，并提供控制接口接收Arduino发送的指令。同时，Arduino端需要编写控制程序，实现离散PID算法，该程序能接收来自PC的指令并控制PC上的模型。 二、实验原理 2.1 Arduino——PID 在这个设计中，Arduino UNO作为PID调节器，通过串口与PC通信。PID控制是基于偏差的反馈机制，其中比例环节即时响应偏差，积分环节消除静差（即设定值与实际值之间的差距），而微分环节则根据偏差变化趋势提前调整，提升系统的响应速度。本实验采用增量型PID算法，其优点在于不需要累加计算，仅与最近三次采样值相关，计算效率高，且在手动到自动切换时冲击小。 增量型PID的数学模型简化了积分环节，仅计算控制量的增量Δu(k)，这使得它在存储和计算性能上更高效。控制增量的确定与最近的三个采样值相关，有助于实现良好的控制效果。 2.2 仿真模型 实验中的仿真模型选择了直流电机控制系统。直流电机因其简单易控的特性，常被用作教学和实验中的控制对象。通过PC端的仿真程序，可以模拟电机的动态行为，并与Arduino的控制策略进行互动。 实验的最后阶段是运行整个系统，记录并分析PC端控制系统的状态曲线，这有助于理解PID控制器的工作效果，并对曲线进行解释和讨论。 总结来说，这个实验涵盖了嵌入式系统、串口通讯、PID控制理论和仿真技术等多个关键知识点，对于学习自动化控制和嵌入式编程的学生来说，是一个很好的实践项目。