基于pid算法的直流电机pwm调速控制器设计

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1、基于PID算法的直流电机PWM调速控制器设计：为提高对直流伺服电机转速的控制精度，将控制器硬件电路设计成闭环控制系统，通过位置传感器采样获取伺服电机转速并反馈给单片机系统，引入基于PID控制的算法对单片机进行编程控制，设计了一款能通过反馈控制自动修正直流电机转速的调速控制器，文中给出了控制器的硬件电路设计方法和系统软件的编程算法。该控制器具有成本低、控制精度高、调速范围宽、响应速度快等特点，通过简单硬件接口就能将其嵌入到的各种小功率直流电机控制产品中加以应用。　　关键词：PID算法；P；直流电机；调速控制　　：TM33：A：

2、1007-9599(2011)20-0000-02　　DCMotorPSpeedControllerDesignonPIDAlgorithm　　HeZhongyue,ZhouXiaohong　　(HunanInstituteofInformationTechnology,Changsha410200,China)　　Abstract:ToimprovethespeedoftheDCservomotorcontrolaccuracyofthecontrollerhard,throughthepositionsensorfors

3、amplingandfeedbacktotheservomotorspeedsingle-chipsystem,theintroductionofthePIDcontrolalgorithmbasedonthemicrocontrollerprogrammingcontrol,designedafeedbackcontrolthroughtheautomaticcorrectionofthespeedDCmotorspeedcontroller,thepapergivesthecontrollerhardsoftmingal

4、gorithms.Thecontrollerhasaloplehardbeddedintoavarietyoflootorcontrolproductstobeapplied.　　Key;P;DC;Speedcontrol　　一、引言　　在一般的直流电机调速控制中，大多采用的是开环控制系统，由于电机转速不稳定，难以满足控制精度要求较高的场合。本系统是利用ATmega8单片机产生的P信号，经L298芯片驱动后控制电机，通过采样获取电机的转速反馈给单片机，结合数字PID算法实现对电机速度的闭环控制，提高了系统的控制精度，保证了电

5、机转速的稳定性。　　二、基于ATmega8的P调速控制　　直流电机转速控制一般是通过改变电机电枢电压来实现，P(Pulseodulation)即脉冲宽度调制技术，该技术是通过对一系列数字脉冲的宽度进行调制，在脉冲作用下，当电机通电时速度加快，断电时速度逐渐变慢，只要按一定规律改变通断电时间，即可对电机的转速进行控制，实现直流电机调速数字化，如图1。　　　　图1P调速原理图　　通过对单片机定时计数器编程很容易在其输出端口获得以上波形，该波形信号经驱动电路驱动后就可用于控制直流电机，ATmega8单片机是增强型的AVRRISC结

6、构的CMOS微控制器，ATmega8内部的16位T/C可以实现精确的程序定时、波形产生和信号测量。ATmega8波形发生器利用双缓冲输出比较寄存器OCR1A/B与T/C的值做比较，产生P信号，通过输出比较引脚OC1A/B输出无干扰脉冲、相位正确、可变频率的P信号。　　三、硬件电路　　硬件系统主要由ATmega8单片机、串行通信接口电路，L298驱动芯片、转速检测传感器电路等组成，如图2所示。单片机通过比较预设速度与实测速度的偏差，经PID算法得出控制量，根据控制量改变P信号的输出脉宽，经驱动电路功率放大后实现对电机的循环控制

7、。　　　　图2控制器硬件原理框图　　　　四、控制器中的PID算法实现　　在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器，按其算法可分为增量式算法，位置式算法和微分先行，本系统采用位置式数字PID算法，其控制算法简化示意图如图3：　　　　图3位置式数字PID控制算法简化示意图　　　　其算法表达式：　　　　其中：——控制量；——比例放大系数；——积分时间；——微分时间。　　采用全量算法，通过差分代微分，可将表达式化简为：　　　　其中：　　——第K个

8、采样时刻的控制量；——比例放大系数；——积分放大系数；——微分放大系统；——控制量的基值，即k=0时的控制。　　在本调速控制器的电机转速测量电路中，利用位置传感器输出的脉冲信号来反映电机的转速，再将传感器输出的信号经过采样调理电路后送至单片机，利用单片机内部定时计数器记录电动机转动一圈所需