直流电机转速PID控制课程设计报告.doc

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1、直流电机转速PID控制系统设计学院：专业班级：姓名：学号：指导老师：目录第一章PID简介1第二章直流电机工作原理62.1工作原理62.2、直流电机PID控制原理方框图7第三章控制系统方案选择103.1系统设计要求103.2系统模块设计12第四章硬件设计与实现174.1硬件设计174.2系统面板图24第五章流程设计265.1软件设计流程图26第六章程序说明306.1直流电机部分程序306.2温度检测部分程序37第七章说明及调试467.1调试过程467.2运行结果47第八章课程设计体会49第一章PID简介PID（比例积分微分，英文全称为ProportionIntegrati

2、onDifferentiation）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控制器的参数整定是控制系统设计的核

3、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

4、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。49PID（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

5、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。本次课程设计就是应用数字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，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。80C51单片机属于MCS-51系列单片机，由Intel公司开发，

6、其结构是8048的延伸，改进了8048的缺点，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、减（SUBB）、比较（PUSH）、16位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和5个中断源。采用40引脚双列直插式DIP（DualInLinePackage），内有128个RAM单元及4K的ROM。80C51有两个16位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有4个8位并行输入口。80C51内部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用12MHz的晶振频率。由于80C51的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟

7、，故采用来作为控制核心。MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分布请参照----单片机引脚图：　　lP0.0~P0.7P0口8位双向口线（在引脚的39~32号端子）。　　lP1.0~P1.7P1口8位双向口线（在引脚的1~8号端子）。　　lP2.0~P2.7P2口8位双向口线（在引脚的21~28号端子）。49lP3.0~P3.7P3口8位双向口线（在引脚的10~17号端子）。P0口有三个功能　　1、外部扩展存储器时，当做数据总线（如图1中的D0~D7为数据总线接口）　　2、外部扩展存储器时，当作地址总线（如图1中的A0~