文档介绍：薂本次设计主要研究的是PID控制技术在运动控制领域中的应用,纵所周知运动控制系统最主要的控制对象是电机,在不同的生产过程中,电机的运行状态要满足生产要求,其中电机速度的控制在占有至关重要的作用,因此本次设计主要是利用PID控制技术对直流电机转速的控制。其设计思路为:以AT89S51单片机为控制核心,产生占空比受PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。同时利用光电传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中,构成转速闭环控制系统,达到转速无静差调节的目的。在系统中采128×64LCD显示器作为显示部件,通过4×4键盘设置P、I、D、V四个参数和正反转控制,启动后通过显示部件了解电机当前的转速和运行时间。因此该系统在硬件方面包括:电源模块、电机驱动模块、控制模块、速度检测模块、人机交互模块。软件部分采用C语言进行程序设计,其优点为:可移植性强、算法容易实现、修改及调试方便、易读等。袁本次设计系统的主要特点:蒇(1)优化的软件算法,智能化的自动控制,误差补偿;肈(2)使用光电传感器将电机转速转换为脉冲频率,比较精确的反映出电机的转速,从而与设定值进行比较产生偏差,实现比例、积分、微分的控制,达到转速无静差调节的目的;蚄(3)使用光电耦合器将主电路和控制电路利用光隔开,使系统更加安全可靠;芃(4)128×64LCD显示模块提供一个人机对话界面,并实时显示电机运行速度和运行时间;膁(5)利用Proteus软件进行系统整体仿真,从而进一步验证电路和程序的正确性,避免不必要的损失;薅(6)采用数字PID算法,利用软件实现控制,具有更改灵活,节约硬件等优点;蚅(7)系统性能指标:超调量8%;莁调节时间4s;薀转速误差1r/min。,整个系统的控制功能主要由控制算法来实现。目前提出的控制算法有很多。根据偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)进行的控制,称为PID控制。实际经验和理论分析都表明,PID控制能够满足相当多工业对象的控制要求,至今仍是一种应用最为广泛的控制算法之一。下面分别介绍模拟PID、数字PID及其参数整定方法。,调节器最常用的控制规律是PID控制,,系统由模拟PID调节器、执行机构及控制对象组成。,它根据给定值与实际输出值构成的控制偏差:=-()螆将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量,对控制对象进行控制,故称为PID调节器。在实际应用中,常根据对象的特征和控制要求,将P、I、D基本控制规律进行适当组合,以达到对被控对象进行有效控制的目的。例如,P调节器,PI调节器,PID调节器等。薅模拟PID调节器的控制规律为羀()袈式中,为比例系数,为积分时间常数,为微分时间常数。薆简单的说,PID调节器各校正环节的作用是:莂(1)比例环节:即时成比例地反应控制系统的偏差信号,偏差一旦产生,调节器立即产生控制作用以减少偏差;莃(2)积分环节:主要用于消除静差,提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数,越大,积分作用越弱,反之则越强;芈(3)微分环节:能反映偏差信号的变化趋势(变化速率),并能在偏差信号的值变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减少调节时间。,模拟PID调节器的传递函数为蒄()蒁由于本设计主要采用数字PID算法,所以对于模拟PID只做此简要介绍。,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。薅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。薀为将模拟PID控制规律按式()离散化,、、、在第n次采样的数据分别用、、、表示,于是式()变为:莀=-()螇当采样周期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,即可作如下近似莃()羂()袀这样,式()便可离散化以下差分方程蒈()莄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,即肀()艿第二项起积分控制作用,称为积分(I)项即芈()蒅第三项起微分控制作用,称为微分(D)项即蒃()蚈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:羈P控制:()芃PI控制:()薁PD控制:()肈PID控制:(