1、第1章pid簡介1第2章設計原理2第3章設計方案33.1 pwm的調制33. 2基于單片機的數字pid控制直流電機pwm調壓調速器系統53. 2.1調速原理53. 2. 2基于單片機的數字pid控制直流電機pwm調壓調速器系統原理圖63. 2. 3波形仿真73. 2.4 pid調速程序814第4章心得體會13參考文獻第1章pid簡介ptd (比例積分微分，英文全稱為proportion tntegration differentiation)控制器問世至 今已有近70年歷史，它 以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技 術之一。當被控對象的結構和參數不能完全學握，或得不

2、到粕確的數學模型時，控制理論的其它 技術難以采用時，系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用p1d控制技 術最為方便。即當我們不完全了解一個系統和被控對象，或不能通過有效的測最手段來獲得系統 參數時，最適合用ptd控制技術。ptd控制，實際中也冇pt和pd控制。ptd控制器就是根據系統 的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。pid控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定p1d控制 器的比例系數、積分時間和微分時間的人小。p1d控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩人類： 一是理論計算整定法。它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確

3、定控制器參數。這種方法 所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它 主 要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，口方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣 泛采用。pid控制器參數的工程整定方法，主要冇臨界比例法、反應 曲線法和衰減法。三種方法 各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用 哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行最后調整與完善?，F在一般采用的是 臨界比例法。利川該方法進行ptd控制器參數的整定步驟如下：(1)首先預選擇一個足夠短的采樣 周期讓系統工作；(2)僅加入比例控制壞節，直

4、到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時 的比例放大系數和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到pid控制器的參數。p1d (比例-積分-微分)控制器作為最早實用化的控制器己有50多年歷史，現在仍是應用最廣泛的工業 控制器。pid控制器簡單易懂，使用屮不需精確的系統模型等先決條件，因而成為應用最為廣泛的控制器。ptd控制器由比例單元(p)、積分單元(i)和微分單元(d)組成。其輸入e (t)與輸出u (t)的關 系為u(t) =kp(e(t)+1/ti f e(t) dt+td*de(t)/dt)式中積分的上下限分別是0和t因此它的傳遞函數為： g(s)=u(s)/e(s)=

5、kp(l+l/(tl*s)+td*s)其中kp為比例系數；t1為積分吋間常數；td為微分吋間常數。本次課程設計就是應用數字pid模型作單片機控制編程，其中p、i、d參數可按鍵輸入并用led數 碼顯示；單片機pwm調寬輸岀，開關驅動、電了濾波控制模擬電機(壓控振蕩器)實現對宜流電機的pid 調壓調速功能。第2章設計原理基本的設計核心是運用pid調節器，從而實現直流電機的在帶動負載的情況下也能穩定的運行。運用a/d轉換芯片將滑動變阻器的模擬電壓轉換為數字量作為控制總流電機速度的給定值；用壓控振蕩器模擬直流電機的運行（電壓高轉速高脈沖多），單片機在單位時i'可內對脈沖計數作為電 機速度的檢測

6、值；應用數字pid模型作單片機控制編程，其中p、i、d參數可按鍵輸入并用led數碼顯示；單片機pwm調寬輸出作為輸出值，開關驅動、電子濾波控制模擬電機（壓控振蕩器）實現對直流電 機的pid調壓調速功能?；谝陨系暮诵乃枷?，我們把這次設計看成五個環節組成，其具體的原理如下見原理圖2.0圖2.0 pid調速設計原理圖如圖可以知道，這是一個閉環系統，我們借助單片機來控制，我們現運用ad芯片，運用單片機來控 制ad芯片來轉換模擬電壓到數字電壓，ad給定的電壓越大，則產生的數字量越大，單片機再控制這個 數字量來產定一個pwm, pwm占空比越大，就驅動晶體管導通的時間越長，這樣加到壓頻轉換器的電壓 也就

7、越人，電壓越人，則壓頻轉換器輸出的計數脈沖再單位時間也就越多，這樣就相當于電機的電壓越人, 其轉速也就會越快，我們再用單片機對壓頻轉換器的輸出脈沖計數，p1d調節器就把這個計數脈沖和預先 設定的值進行比較，比設定值小，這樣就會得到一個偏差，再把這個偏差加到ad的給定電壓，這樣就 相當于加大了pwm的占空比，要是比設定值大，這樣也會得到一個偏差，就把這個變差與給定的電壓向 減，這樣就可以減少pwm的占空比，通過改變占空比來改變晶體管的導通時間，就可以改變壓頻轉換器 的輸入電壓，也就改變壓頻轉換器的單位計數脈沖，達到調電動機速度的1=1的。第3章設計方案3,1 pwm的調制ad芯片給定一定的電壓，

8、應用單片機來控制來產生一個pwm,給定的電壓不同，就會的得到不同的 pwm波形。在產生pwm波形我們采用adc0808芯片和at89c51兩個核心器件。adc0808芯片是要外加電壓和時鐘，當輸入不同的電壓的時候，就可以把不同的電壓模擬量轉化為數 字值，輸入的電壓越人，其轉換的相應的數字也就會越人，adc0808芯片有8個通道輸入和8個通道輸出。 其具體的管腳圖見3.01u3i noclock<in1startin2iklou c ci no in4culinsout1ingout2in7out30ut4addaoutsadd bout6add cout7aleout8vref(+)vr

9、efqoe7adc080812162524232226272842341z106"21202?圖3.01 adc0808芯片管腳圖at89c51是一種帶4k字節閃爍刊編程可擦除只讀存儲器(fperomfalsh programmable and erasable read only memory)的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。at89c2051是一種帶 2k字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器 件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由 于將多功能8位cp

10、u和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器， at89c2051是它的一種精簡版木。at89c單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高r價廉的方案。外形及引腳排列如圖3.02所示puohmpo.1/ad1p 口 21kuzp 口 3ad3blhflfsh 一izlpfgfibffpgfnlf一 - 曲佰 xtal1 p2oazpz3ao3tfseip2a11alep2.4/a1z31pzagpzjsaupz.7/a15rstpn.4/adi pos/ads pojsadgpo.7/ad7丫壬#一4-一pmpup3.1hxiip12pupinmpi.*p3.

11、4hdp1sp3£h1pusp1.7p3.7/kfxta12圖3.02 at89c51芯片管腳圖pwm產生的電路圖見圖3.03dm.7isi1krv1ztimqclockinistartinzim3eocim*insout1im0u7tim7qut30ut4add aoutsadd boutfiaddcout?aleoutsvref(*)vuefmoezz162< e * ,2d di19 dz18 us de15 d5u d617 dt 9u2xtal1xtaizrstpdxyato pd.va01 poace pd3ta(g po.adi p 口弘站 pojg'ad

12、g pd.?aci?ale 甌pzn畑pz.v>e p22/af p2vai1pz.4/a12 p2£fat3p2.?/at5pi np3£yrxd pavno p32/nnnp33tott p3.4h0 p3st1p3j&<ajr p17/ttttpi 7廠 mp1jgpi 725 38 "7t22圖3.04高占空比pwm波形在給定一般(7f)的電壓的時候，得到占空比很的pwm波形，見圖3.05在給定一般(01)的電壓的時候，得到占空比很的pwm波形，見圖3.06淀義adc0808時鐘芯片pwm源程序adc equ 35hclock bit

13、p2.4stbitp2.5eocbitp2.6oebitp2.7pwmbitp3.7org oohsjmp startorg obhljmp int_tostart: movtmod,#02hmov th0,#00hmov tl0,#00hmov ie ,#82hsetb trowait:clr stsetb stclr stjnb eoc,$setb oemov adc,pl clr oesetb pwmmov a,adclcall delay clr pwmmov a,#ofeh subb a,adc lcall delaysjmp wait;啟動a/d轉換等待結果;啟動a/d轉換結果;p

14、wm輸岀1nt_to:cpl clockreti;提供adc0808時鐘信號delay: cjne a ,#00h, lincal:mov r6,#ld1:djnz r6 ,d1djnz acc,diretend3.2基于單片機的數字pid控制直流電機pwm調壓調速器系統3. 2.1調速原理當基于以上產生一個pwm后，就可以借助pwm脈沖來控制晶體管的導通和關斷，來給壓頻轉換器來提 供一定的電壓，在protues屮仿真屮，給定一個+12v的電壓，就通過晶體管的導通和關斷來給壓頻轉換器供電，壓頻轉換器就會輸出很多的脈沖，借助單片機p3. 5來計數，其計數送給p0來顯示，通過給定不同 的adc的輸

15、入電壓，就可以的得到不同的計數顯示，電壓越人，其計數顯示也就越人，通過改變計數脈沖 的周期和硬件壓頻轉換器(lm331)的電阻和電容，就可以得到與輸入電圧接近的數值顯示，可能由于干 擾的原因，其顯示值和實際值有一點偏差，這是在沒有什么負載的情況下，或者說是在空載的情況下，這 樣就可以得到一個很理想的開環系統，也為閉環pwm調節做好準備。當開環系統穩定麻，加上一個擾動，或者說是加上負載，這樣就使的壓頻轉換器的電壓減少，在給定 定電壓的吋候，當負載分壓的時候，也就相當于豈流電機的電壓就會減少，這樣直流電機的轉速就會下 降，或者說當有負載的吋候，壓頻轉換器的輸入電壓就會減少，這樣輸入的脈沖在單位吋間

16、就會減少，這 樣pid調節器，通過改變pid的參數，pid控制器山比例單元(p)、積分單元(i)和微分單元(d)組成。 其輸入e(t)與輸出u(t)的關系為u(t)=kp(e(t)+im f e(t)dt+td*de(t)/dt)式中積分的上下限分別是0和t因 此它的傳遞函數為：g=u(s)/e(s)=kp( 1 +1 /(ti*s)+td*s)其屮kp為比例系數；ti為積分時間常數；td 為微分時間常數這樣就會得到一個偏差，通過這個偏差來改變原來的pwm的占空比，使得晶體管的導通 時間加長或減少，這樣就改變了肓流電機的輸入電壓，也就是該變了在protues壓頻轉換器的輸入電壓, 使得輸岀的計

17、數脈沖在單位時間發生改變，也就是模擬了直流電機的轉速的改變，我們希望通過pid的調 節，使得輸岀的計數脈沖的顯示值和預先設定的值接近，由于偏差的存在，使得pid調節器不斷的去修正, 使得顯示值近可能的接近我們所預期的設定值。3. 2. 2基于單片機的數字pid控制直流電機pwm調壓調速器系統原理圖呂ll l1鼻1*31d2.0+v-flt一'-741 igo,fr1 4707-1hc0-咖. a 7q2腎千d1：)tcxhopi/lbu.mihu |申 l> 47g -r18text，u1inoclockin1gtaptin2in?eocin4in"minino0ut2

18、in70ut30ut4adda0ut5add 90ut8add c0ut7ml aiiiiixvrefi：+：loed0? in£4i? ta"25242320_ 2?22-711did2-18d3015d6nmds1?d7v=dxfe470r8470r9470 /1 kjrio 470 /l -r14 470 < i fcju470u2xt/vl2r$tpteh ai apli ro ropc pl«pu po po1/xj1 2/ad25/405 o/xcom-3? 06 r6 3da11 111 11 1iidp2.0/x*p2.2/a10 p2 .釘

19、ahp7 4/m17 p7 h/ai:< p2.0/aj4p2.7za152222p2.22di -7/p2.qbr6 eionu3vcccmin footad62d53"u44 二d3d2d17do8p1.0/t2 p1.1/t2exzss pi j/eci pi :dll piwcexipi .5/cex2/mi3o p1.0/cex3/3ck ri.7/c 0(4001p3.0/rxdp3.1/txdpj/tttb ：</tnitp3/vtdp3.5xt1p3.0極ro.7/rdintit14ilt17*1/1zlo ° i1wor-:ql 2n70102

20、0uthrioutond100n<1 k：u4：r4 1k /text、.圖3.07 pid調速原理圖3. 2. 3波形仿真在不同的給定電壓下開換系統會有不同的pwm波形和計數脈沖個數。在不同的波形屮從上之下以此 為pwm波形，經過驅動后的波形，lm331的輸入電壓，lm331的輸出脈沖。當給定電壓為較高（e8h）其波形見如下圖3.08當給定電壓為較高（7fh） h波形見如下圖3.09當給定電壓為較高（08h）其波形見如下圖3.1（）pid lm331的輸入電壓波形圖3.113. 2. 4 pid調速程序pwm輸出驅動程序adcequ35hclkbitp2.4stbitp2.5eocbi

21、tp2.6oebitp2.7pwmbitp3.7pid調節設置ekoequ40hek1equ41hek2equ42hppequ43hiiequ44hddequ45hukoequ7ohuk1equ71horgsjmporgljmp(x)hstartobhint_tostart:movtmod, #62hmovtho, #()()hmovtlo, #()()hmovie, #86hsetbtro;setbtrimovro, #00movri,#00movr2, #00movr3, #00movr4, #00movr5, #00movr6, #00movr7, #00;pid賦值movpp, #05

22、movn, #()3movdd, #02movek0,#00hmovek1,#oohmovek2,#00hmovuk0,#00hmovuk1,#oohwait:clroeincr7clrstsetbstclrstjnbeoc, s;等待轉換完成setboemovadc, plmovro,adcmova,70haddc:a,adcmovadc ,a:clroesetbpwmsetbtrimova, adclcall delayclrpwmmova, #255subba, adclcall delaycjner7, #20, wa2wai:clrtrimovr7, #00mova, tl1mov5

23、0h,amovp(),5()h;pid求偏差mova,ek1movek2,amova,ekomovek1,amovar()subb a,50hmoveko,a；pp的計算mova,ekosubb a,ek1movb,ppmulabmovr1,amovr2,bajmpxwait 1:ajmp wait；ii的計算;高電平延時;低電平延時x: mov a,ekomov b,iimul abmov r3,amov r4,b；dd的計算mov a,ek1rl amov ek1,amov a,ekosubb a,ek1addc a,ek2mov b,ddmul abmov r5,amov r6,b；pid總的計算mov a,r1addc a,r3addc a