基于pid的直流电机速度控制系统设计实验报告

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1、基于PID的直流电机速度控制系统设计实验报告班级：姓名：学号：指导老师：张友旺中南大学机电工程学院基于PID的直流电机速度控制系统设计实验报告一、实验目的1.熟练并掌握89C51、ADC0809等芯片的原理、硬件以及接线；2.熟练89C51单片机的指令系统，完全掌握中断，子程序，查表程序等特殊语句的应用；3.学习并掌握浮点数的原理及应用；4.回顾《机械工程控制基础》的学习内容并掌握PID控制器的原理及用法；5.锻炼自己发现并解决问题的能力，同时将课本知识应用于实践以得到更好的理解。二、实验原理1.闭环控制/开环控制对直流电机转速的控制有一般有两种

2、方式，一种是开环控制，一种是闭环控制。开环控制的优点是简单、稳定、可靠。若组成系统的元件特性和参数值比较稳定，且外界干扰较小，开环控制能够保持一定的精度。缺点是精度通常较低，无自动纠偏能力；闭环控制的优点是控制的精度可以达到很高，而且对外界的干扰和系统的参数变化有很好的抑制作用，且可以通过输出反馈控制系统的控制过程。缺点是存在稳定性，振荡，超调等一系列问题，对系统的性能分析和设计远比开环控制麻烦。 经过利弊的取舍，本次试验选择的是闭环控制，因为准备应用PID算法控制电机的转速，故而需要有实际转速进行反馈与给定的转速形成对比，进而通过算法输出PWM

3、波形来控制直流电机。 2.调速方式本实验采用脉冲宽度（PWM）调速，PWM调速具有以下几种优点：（1）系统的响应速度以及稳定精度好；（2）电流的脉动量小，容易连续，运行平稳；（3）调速范围宽，抗噪性好；（4）元件使用数少，线路简单。PWM的实现方式：将电机电压的通断转换为周期控制，用两个定时器T0,T1分别控制周期的时间和电压通的时间，从而调节电机的平均电压，以达到对电机电压大小的控制。PWM波的高电平，由T1确定占空比PWM波的周期，由定时器T0定时确定3．测速方式测速的传感器用的是光电编码器，它的原理是电动机的转动带动码盘的转动，码盘上有很多

4、缝隙，缝隙每经过红外管一次就会产生一个脉冲，进而通过专门的芯片得到转动的频率。4.PID控制方法模拟PID控制算法表达式：数字PID控制算法表达式（位置式）：其中：u(t)，，为控制器的输出信号；，，为偏差信号；为比例系数；为积分时间常数；为微分时间常数。三、实验内容1.系统结构（1）系统方框图e(t)PWM输出直流电机PIDu(t)—测速装置（2）流程图直流电机传感器测速PWM输出PID运算A/D转换F/V转换2.硬件部分及接线（1）ADC0809接线单片机最小应用系统的P0口JD4F接A/D转换的D0～D7口JD10H，单片机最小应用系统的Q

5、0～Q7口JD7F接0809的A0～A7口JD11H，单片机最小应用系统的WR、RD、P2.0、ALE、INT1分别接A/D转换的WR、RD、CS-0809、CLK、EOC。A/D转换的+Vref接+5V电源，AIN0接可调电源模块A2区的输出端（AIN0也可在程序运行之后接），单片机最小应用系统的RXD、TXD分别接串行静态显示的DIN、CLK。（2）电机接线单片机的P1.0接电机的control口。3.软件部分(1)A/D转换值显示部分见后面附录程序中的A/D转换及显示子程序（XS）。注意：该程序采用的是用RLCA等语句实现的串行通信，若使用

6、MOVSBUF,A等语句实现串行通信，则需要改动表格中数据。这是因为RLCA等语句实现的串行通信是数据的高位在前，低位在后；而MOVSBUF,A等语句实现的串行通信正好与之相反，低位在前，高位在后。（2）PID运算程序见后面附录程序中的PID调节子程序（PID）。注意：此处采用位置式方程，并且使用双字节浮点数计算，以提高精度。（3）PWM输出程序见后面附录程序中的PWM的参数求解子程序（PWM）以及主程序中T0，T1中断语句。注意：此处采用双字节浮点数计算，以提高精度。（4）加减乘除子程序见后面附录程序中的浮点数运算子程序部分。注意：此处都是有符

7、号双字节浮点数。四、实验结果及感想经过两星期的编程和调试后，虽然中途出现了很多障碍，但是最终还是实现了直流电机的速度控制，使其可以调到速度范围内任意想要的速度，完成了实验任务。这次试验，不仅加深了我对单片机的硬件结构和指令系统的认识，巩固了过去所学的《机械工程控制基础》方面的知识，更重要的是让我学到了从课本上学不到的东西。我大学里的知识大部分都来源于课堂和书本，基本上都是一知半解，根本没有学会灵活的应用知识。而通过这次试验，在将知识应用于实践的过程中，我发现问题并解决问题，不断的加深对知识的认识，从而真正的掌握了解决问题的能力。附录：程序源代码;

8、主程序;单片机最小应用系统1的P0口接0809的JD15口,;单片机最小应用系统1的Q0口接0809的JD16,;单片机最小应用系统1的