文档介绍：基于模糊PID算法的电机转速控制系统的设计
摘要:单片机控制技术应用十分广泛,其核心技术是单片机控制系统的设计。介绍了对单片机控制系统的构成、硬件设计、软件设计和系统调试等各环节并进行了讨论,根据工作经验给出了调试方法。
关键词:单片机;系统设计;系统调试
随着材料科学、工艺技术、计算机技术的发展与进步,电路系统向着集成度极高的方向发展。CPU的生产制造技术,也朝着综合性、技术性、实用性发展。如CPU的运算位数从4位、8位
……到32位机的发展,运算速度从8 MHz、32 MHz……
GHz。可以说是日新月异的发展着。其中单片机在控制系统中的应用是越来越普遍了。单片机控制系统是以单片机(CPU)为核心部件,扩展一些外部接口和设备,组成单片机工业控制机,主要用于工业过程控制。要进行单片机系统设计首先必须具有一定的硬件基础知识;其次,需要具有一定的软件设计能力,能够根据系统的要求,灵活地设计出所需要的程序;第三,具有综合运用知识的能力。最后,还必须掌握生产过程的工艺性能及被测参数的测量方法,以及被控对象的动、静态特性,有时甚至要求给出被控对象的数学模型。
单片机系统设计主要包括以下几个方面的内容:控制系统总体方案设计,包括系统的要求、控制方案的选择,以及工艺参数的测量范围等;选择各参数检测元件及变送器;建立数学模型及确定控制算法;选择单片机,并决定是自行设计还是购买成套设备;系统硬件设计〔1〕,包括接口电路,逻辑电路及操作面板;系统软件设计,包括管理、监控程序以及应用程序的设计,应用系统设计包含有硬件设计与软件设计两部分〔2〕;系统的调试与试验。
1单片机控制系统总体方案的设计
确定单片机控制系统总体方案,是进行系统设计最重要、最关键的一步。总体方案的好坏,直接影响整个控制系统的性能及实施细则。总体方案的设计主要是根据被控对象的任务及工艺要求而确定的。设计方法大致如下:根据系统的要求,首先确定出系统是采用开环系统还是闭环系统,或者是数据处理系统。选择检测元件,在确定总体方案时,必须首先选择好被测参数的测量元件,它是影响控制系统精度的重要因素之一。选择执行机构,执行机构是微型机控制系统的重要组成部件之一。执行机构的选择一方面要与控制算法匹配,另一方面要根据被控对象的实际情况确定。选择输入/输出通道及外围设备。选择时应考虑以下几个问题:被控对象参数的数量;各输入/输出通道是串行操作还是并行操作;各通道数据的传递速率;各通道数据的字长及选择位数;对显示、打印有何要求;画出整个系统原理图。
单片机控制系统中控制算法的选用一般有:
(1) 直接数字控制
当被控对象的数学模型能够确定时,可采用直接数字控制。所谓数学模型就是系统动态特性的数学表达式,它表示系统输入输出及其内部状态之间的关系。一般多用实验的方法测出系统的特性曲线,然后再由此曲线确定出其数学模型。现在经常采用的方法是计算机仿真及计算机辅助设计,由计算机确定出系统的数学模型,因而加快了系统模型的建立。当系统模型建立后,即可选定上述某一种算法,设计数字控制器,并求出差分方程。计算机的主要任务就是按此差分方程计算并输出控制量,进而实现控制。
(2) 数字化PID控制
由于被控对象是复杂的,因此并非所有的系统均可求出数学模型,有些即使可以求出来,但由于被控对象环境的影响