小型直流电机闭环调速系统PID控制器设计.doc

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1、微机原理及接口技术课程设计报告小型直流电机闭环调速系统PID控制器设计目录一、课程设计的目的及意义…………………………………………………………1二、课程设计的题目与要求…………………………………………………………1三、基本原理…………………………………………………………………………11.PID算法…………………………………………………………………………12.霍尔元件测速原理………………………………………………………………43.转速调节原理……………………………………………………………………5四、基于80x86芯片微机接口控制电路的设计……………………………………61.实

2、现功能………………………………………………………………………62.设计思想………………………………………………………………………73.模块介绍(附流程图)……………………………………………………………7(1)电机控制模块………………………………………………………………71)测速模块…………………………………………………………………92)PWN波产生模块…………………………………………………………103)PID计算模块……………………………………………………………11(2)键盘扫描与显示单元………………………………………………………141)键盘扫描模块…………………………

3、…………………………………14五、基于80c51单片机控制电路的仿真设计………………………………………181.实现功能………………………………………………………………………182.设计思想………………………………………………………………………183.模块介绍………………………………………………………………………19(1)测速反馈模块……………………………………………………………19(2)PID模块…………………………………………………………………19(3)键盘扫描模块……………………………………………………………204.相关流程图……………………………………………………

4、………………21六、结束语…………………………………………………………………………23附件：程序代码一、课程设计的目的及意义通过本次课程设计要掌握80x86、8255、8251等芯片及基本输入输出电路的使用方法，灵活运用课本知识，加深对所学的知识理解，对所学的相关芯片的原理、内部结构、使用方法等有更加深刻的了解，学会利用课本知识联系实际应用及编程。同时并了解综合问题的程序设计掌握实时处理程序的编制和调试方法，掌握一般的设计步骤和流程，使我们以后设计时逻辑更加清晰。二、课程设计的题目与要求1.题目小型直流电机闭环调速系统PID控制器设计2.设计要求（1）设计基于80x86

5、微机接口控制电路；（2）分别用C语言或汇编语言或VC++编程完成硬件接口功能设计；（3）程序功能要求：电机速度由按键分段给定或电位器连续给定，计算机屏幕和数码管同步跟踪显示当前给定速度和电机实际运行速度，实现PID参数在线显示和修改。（4）具备本地及远程（串行方式）监控功能。三、基本原理1.PID算法及相关内容在DDC系统中，用计算机取代了模拟器件，控制规律的实现是由计算机软件来完成的。因此，系统中数字控制的设计，实际上是计算机算法的设计。由于计算机只能识别数字量，不能对连续的控制算式直接进行运算，故在计算机控制系统中，首先必须对控制规律进行离散化的算法设计。为将模拟P

6、ID控制规律按式（1.2）离散化，我们把图1.1中、、、在第n次采样的数据分别用、、、表示，于是式（1.1）变为：=－（1.4）当采样周期T很小时可以用T近似代替，可用近似代替，“积分”用“求和”近似代替，即可作如下近似（1.5）（1.6）这样，式（1.2）便可离散化以下差分方程（1.7）上式中是偏差为零时的初值,上式中的第一项起比例控制作用,称为比例（P）项,即（1.8）第二项起积分控制作用,称为积分（I）项即（1.9）第三项起微分控制作用,称为微分（D）项即（1.10）这三种作用可单独使用(微分作用一般不单独使用)或合并使用,常用的组合有:P控制:（1.11）PI控

7、制:（1.12）PD控制:（1.13）PID控制:（1.14）式（1.7）的输出量为全量输出,它对于被控对象的执行机构每次采样时刻应达到的位置。因此,式（1.7）又称为位置型PID算式。由（1.7）可看出，位置型控制算式不够方便，这是因为要累加偏差,不仅要占用较多的存储单元，而且不便于编写程序，为此对式（1.7）进行改进。根据式（1.7）不难看出u(n-1)的表达式，即（1.15）将式（1.7）和式（1.15）相减，即得数字PID增量型控制算式为（1.16）从上式可得数字PID位置型控制算式为（1.17）式中：称为比例增益；称为积分系数；