"基于单片机的直流电机转速PID控制系统设计-毕业论文"

1 下载量 44 浏览量 更新于2024-01-11 收藏 612KB DOC 举报
本设计论文是关于基于单片机的直流电机转速PID控制系统设计。设计的目标是对直流电机进行转速控制,实现对转速的实时显示和恒定控制,控制范围为10%Nn至90%Nn,其中Nn为电机额定转速。同时要求稳态精度达到±5r/min。设计的成果包括设计说明书、电路图和参考资料。 在第一章中,论文介绍了直流电机的工作原理,包括直流电机的基本工作原理和PID控制原理方框图。接下来的章节中,将具体介绍设计的具体实施方案、单片机的选择和原理、控制系统的设计思路、电路设计与实现、PID参数整定等内容。 设计要求的直流电机型号可以自选,但根据设计的要求,需要对直流电机的转速进行实时显示和恒定控制,这需要根据具体的电机型号来选择合适的控制方案和参数。而对转速的控制范围和稳态精度的要求也会对控制系统的设计和实现产生一定的影响。 在设计中,单片机的选择至关重要。论文将从单片机的原理、接口技术以及微型计算机原理与接口技术等方面着手,详细介绍适合该设计的单片机的选择和原理,并结合具体的设计要求,给出合适的单片机选型方案。 控制系统的设计思路是整个设计的核心。设计者需要根据直流电机的特性和控制要求,合理地设计控制系统的结构和算法,并将其转化为具体的程序和电路。在此过程中,PID参数整定也是一个比较关键的环节,根据实际测试和调试的结果,不断调整PID参数,使得控制系统能够满足设计要求。 电路设计与实现是将控制系统的设计方案转化为具体的电路和硬件的过程。在设计中需要根据设计要求,合理地选择电路元件,并进行电路的布局和连接。设计者需要将理论方案转化为实际可行的电路设计,并通过实验验证电路的性能和可靠性。 最后,通过本设计论文,读者将能够获得关于基于单片机的直流电机转速PID控制系统设计的全面、系统的理论知识和实际操作经验,能够为类似控制系统的设计和实现提供参考和借鉴。论文的编写和设计的实施也将为读者提供一个很好的实践平台,有助于提高实际操作能力和创新能力。
2023-02-27 上传
题目: 基于单片机的数字PID控制直流电机PWM 调压调速器系统 目录 一、PID简介··································(6) 二、设计原理··································(7) 三、设计方案··································(8) 四、心得体会 ·······························(16) 五、参考文献 ·······························(16) 一、PID简介 PID(比例积分微分)是一个数学物理术语。 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被 控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数 整定的方法很多,概括起来有两大类:一是理论计算整定法。它主要是 依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必 可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法,它主 要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际 中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应 曲线法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公 式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需 要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下:(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作;( 2)仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡, 记下这时的比例放大系数和临界振荡周期;(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID 控制器的参数。 PID控制器问世至今已有近70年历史,它 以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被 控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的 其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时 应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或 不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。PID控制,实际中 也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。 PID(比例-积分- 微分)控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史,现在仍是应用最广泛的工业控 制器。PID控制器简单易懂,使用中不需精确的系统模型等先决条件,因而成为应用最为 广泛的控制器。 PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成。其输入e (t)与输出u (t)的关系为 u(t)=kp(e((t)+1/TI e(t)dt+TD*de(t)/dt) 式中积分的上下限分别是0和t 因此它的传递函数为:G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s)其中kp为比例系数; TI为积分时间常数; TD为微分时间常数。 . 二、设计原理 基本的设计核心是运用PID调节器,从而实现直流电机的在带动负载的情况下也能稳定 的运行。运用A/D转换芯片将滑动变阻器的模拟电压转换为数字量作为控制直流电机速度 的给定值;用压控振荡器模拟直流电机的运行(电压高-转速高- 脉冲多),单片机在单位时间内对脉冲计数作为电机速度的检测值;应用数字PID模型作 单片机控制编程,其中P、I、D参数可按键输入并用LED数码显示;单片机PWM调宽输出作 为输出值,开关驱动、电子滤波控制模拟电机(压控振荡器)实现对直流电机的PID调压 调速功能。 基于以上的核心思想,我们把这次设计看成五个环节组成,其具体的原理如下见原理 图2.0 图2.0 PID调速设计原理图 如图可以知道,这是一个闭环系统,我们借助单片机来控制,我们现运用AD芯片,运 用单片机来控制AD芯片来转换模拟电压到数字电压,AD给定的电压越大,则产生的数字 量越大,单片机再控制这个数字量来产生一个PWM,PWM占空比越大,就驱动晶体管导通 的时间越长,这样加到压频转换器的电压也就越大,电压越大,则压频转换器输出的计 数脉冲再单位时间也就越多,这样就相当于电机的电压越大,其转速也就会越快,我们 再用单片机对压频转换器的输出脉冲计数,PID调节器就把这个计数脉冲和预先设定的 值进行比较,比设定值小,这样就会得到一个偏差,再把这个偏差加到AD的给定电压, 这样就相当于加大了PWM的占空比,要是比设定值大,这样也会得到一个偏差,就把这个 变差与给定的电压向减,这样就可以减少PWM的占空比,通过改变占空比来改变晶体管的 导通时间,就可