帆板控制系统设计报告

《帆板控制系统设计报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、帆板控制系统成员:黄亚楠（200929040123）班级：09级计算机应用技术2011年12月13日摘要本设计以数字PID为基本控制算法，以AT89C51单片机为控制核心，产生占空比受数字PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。同时利用光电传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速闭环控制，达到转速无静差调节的目的。本设计不仅可以通过软件增量式PID算法实时调整帆板的旋转角度，同时也可以通过按键改变帆板旋转角度并可以稳定在误差范围内允许范围内，从而达到自动控制功能。【关键词】PID算法PWM旋转编码器一、实验设计方案：1、实

2、验目的（1）了解反馈控制的基本思想方法，熟练掌握PID控制策略及其参数的整定方法。（2）掌握直流电机调速控制系统组成及各部分的工作原理。（3）通过实际对象加深学生对各种控制规律和控制单元的理解。（4）培养我们在工程中知道如何下手，如何根据有限条件提出计划，并进行单元研究，最终实现自己的方案。（5）2、实验仪器试验箱一台（直流电机、驱动单元、驱动单元、扩张单元的开关量模块）；PC机一台等等。3、实验计划通过开关的拨动控制电机的启动和停止。开启后，给定一个模拟量，通过A/D模块转换成对应的数字量，将其对应的转速显示到单片机开发板数码显示单元的前四个数码

3、管上。根据这个给定值和电机实际的转速，通过PID控制算法改变PWM波的占空比进而调节转速。电机的实际转速通过霍尔元件测出。需要每秒钟采样一次得到的总脉冲数，用它计算实际转速并将其显示到单片机数码显示单元的后四个数码管上。4、功能介绍（1）通过开关的拨动可以控制电机的启动与停止。（2）通过A/D模块可以实现连续调速。（3）在数码管上显示给定转速和实际转速。（4）通过PID闭环控制可以基本实现转速的跟踪。5、实验设计1）设计思想题目要求设计一个简易帆板控制系统，我们采用Cortex-M3芯片为核心控制器件来实现简易帆板控制系统的轴流风扇调速、角度显示、

4、角度调节等功能；角度检测通过增量式光电编码器实现并且给处理器提供角度信号；用PWM脉宽调制信号来控制MOS管驱动轴流风扇。2）显示模块的设计显示模块是显示当前测量的角度以及设定角度等。我们考虑以下两种方案：方案一使用液晶显示。液晶显示具有超薄轻巧，低耗电量，无辐射等优势。但是其编码工作量加大，控制器的资源占用较多，而且在使用过程中不能有静电干扰，否则易烧坏芯片。在此设计中使用液晶显示不合适。方案二使用数码管显示。数码管显示具有功耗低、电压低、寿命长、对外界环境要求低、易维护等优点，同时它是采用二进制编码显示数字，程序编译容易，占用资源少，操作简单、

5、经济。本次设计我们只显示一些简单的角度和设定值，因此采用方案二。3）键盘的接口设计由于此次设计中涉及按键较少，而且按键之间没有相互的影响。所以采用接线简单的独立式按键就完全可以。二、软件设计：1）程序功能根据题目要求软件部分主要实现以下功能：1、实时显示帆板角度值；2、利用按键控制电机转速，调节帆板的变化角度；3、利用按键设置角度，进行调节；4、将设置与实测进行自动调节；软件程序流程图如下：主程序流程图中断服务子程序流程图3）PID算法在自动调节状态中，我们采用PID算法实现自动调节。控制算法是微机化控制系统的一个重要组成部分，整个系统的控制功能主

6、要由控制算法来实现。根据偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）进行的控制，称为PID控制。实际经验和理论分析都表明，PID控制能够满足相当多工业对象的控制要求，至今仍是一种应用最为广泛的控制算法之一。在模拟控制系统中，调节器最常用的控制规律是PID控制，常规PID控制系统原理框图如图1.1所示，系统由模拟PID调节器、执行机构及控制对象组成图1.1模拟PID控制系统原理框图PID调节器是一种线性调节器，它根据给定值与实际输出值构成的控制偏差：=－（1.1）将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，故称为PID调节器。在实

7、际应用中，常根据对象的特征和控制要求，将P、I、D基本控制规律进行适当组合，以达到对被控对象进行有效控制的目的。模拟PID调节器的控制规律为（1.2）式中，为比例系数，为积分时间常数，为微分时间常数。简单的说，PID调节器各校正环节的作用是：（1）比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号,偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减少偏差；（2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数，越大，积分作用越弱，反之则越强；（3）微分环节：能反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中

8、引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。由式1.2可得，模拟PID调节器的传递函数为（1.3）三