基于8088控制器的直流电机闭环调速.

基于8088控制器的直流电机闭环调速摘要：在现实生活中的各个运动系统环节，都少不了电机的积极作用，所以，能够控制好电机，一来能够节约能耗，二来能使电机输出我们所需要的效果，从而提高效率。

本课程设计系统由AEDK-LabACT自控/计控原理实验箱中的直流电机和电机驱动功率放大器、调节器（8088控制器）、电机转速检测传感器、F/V转换器等组成，本课程设计采用单闭环控制方案结合PID算法来实现直流电机的调速。

关键词：直流电机；闭环调速；PID；8088控制器Based on the 8088 controller of DC motor contro Abstract：In real life, each moving system links, not the motor positive role, therefore, to control the motor, thus can save energy, and can make the motor to output the result that we need, thus improving efficiency.The curriculum design of the system by AEDK-LabACT automation / control principle experiment box in the DC motor and a motor to drive the power amplifier, Regulator ( 8088 controller ), motor speed detecting sensor, F/V converter is composed, the curriculum design using a single closed loop control methodThe combination of PID algorithm to achieve the DC motor speed regulation.Key words：DC motor; closed loop control; PID controller; 8088目录第1章引言 (1)1.1背景 (1)1.2选题的目的和意义 (1)1.3本课程设计的主要内容 (1)第2章系统整体设计方案 (1)2.1总体思想 (1)2.2硬件组成及工作原理 (2)2.2.1 电机驱动 (2)2.2.2 速度采集 (3)2.3 软件及算法 5 2.3.1 程序流程图 5第3章参数调试及数据分析 (6)3.1 调整频率/电压 6 3.2 实验数据及分析3.2.1 改变Kp 6 3.2.2 改变Ti 6 3.2.3 改变Td 7 第4章结束语 9致谢 (10)参考文献 (11)附录 (12)第1章引言1.1 背景在现实生活中的各个运动系统环节，都少不了电机的积极作用，所以，能够控制好电机，一来能够节约能耗，二来能使电机输出我们所需要的效果，从而提高效率。

电机调速问题一直是自动化领域中比较重要的问题之一。

不同领域与场合对电机的调速性能有着不同的要求。

因此，不同的场合要求不同的调速方案。

1.2 选题的目的和意义为了提高直流电机调速系统的动态、静态性能，通常采用闭环控制系统，其中主要包括单闭环与双闭环。

而在对于调速指标要求不高的情况下，通常采用单闭环控制系统就足够达到要求了。

闭环系统较之开环系统就是把输出信号通过传感模块反馈到输入端，与输入信号相比较，其差值作为实际的输入信号；能自动调节输入量，能提高系统稳定性。

在对调速系统性能有较高要求的领域常利用直流电动机，但直流电动机开环系统稳定性不能满足要求，可利用转速单闭环提高稳态精度。

1.3 本课程设计的主要内容1．了解直流电动机速度闭环控制随动系统的组成和工作原理。

2．了解和掌握数字PID调节器控制参数的工程整定方法3．了解和掌握用LabACT实验箱数字PID实验被控过程。

4．观察和分析在标准PID控制系统中，P.I.D参数对系统性能的影响。

5．掌握本实验机的PID控制算法中的特殊使用。

第2章系统整体设计方案2.1 总体思想本课程设计系统采用AEDK-LabACT自控/计控原理实验箱中的直流电机和电机驱动功率放大器、调节器（8088控制器）、电机转速检测传感器、F/V转换器等组成，组成框图见图2-1。

图2-1直流电动机速度闭环控制随动系统的组成框图电机驱动功率放大器输入/输出电压范围：0~+5V。

电机转速传感器检测-F/V转换器输出电压范围：0~+5V，对应于电机转速为0~3300转/分。

上面框图调节器采用的是计算机控制器（8088控制器），通过在AEDK-LabACT软件平台上编程，编译，下载到实验箱中，通过在AEDK-LabACT软件平台上的虚拟终端观察波形，通过调节PID 参数来实现电机调速。

2.2 硬件组成及工作原理2.2.1 电机驱动（DAC0832+驱动电路）电机驱动硬件电路由两部分组成：数模转换+信号驱动电路。

数模转换使用实验箱B2单元的DAC0832，该电路负责把8088控制器输出的数字信号转换成模拟电压值，该电路OUT2可以实现-5V~+5V输出。

不过本次设计只需要0~+5V的信号，所以使用OUT1输出。

电路图如图2-2所示。

为使直流电机达到更好的调速效果，直流电机驱动通过运放把信号放大1.5倍（输出电压范围为：0V~7.5V）。

同时，为了增大驱动的输出电流，采用四运放并联输出的方案。

该方案简单易行，效果明显。

电路图如图2-3所示。

图2-2DAC0832原理图图2-3电机驱动原理图2.2.2 速度采集（电机测速+F/V转换器+AD）闭环调速方案需要速度采集模块，电机测速由直流电机带动光栅盘转动，光栅盘上有12个透光孔，光栅盘下有一个光电断续器，它输出一组频率正比于电机转速的脉冲信号，经过施密特触发反向器74LS14滤去毛刺后送至该模块的F/V转换，通过F/V转换就可以得到表征电机的当前转速的电压值。

电机测速如图2-4，F/V转换如图2-5所示。

图2-4电机测速原理图图2-5F/V转换原理图把经F/V转换后的电压信号由模数转换（AD0809）转换成数字信号输入8088控制器，控制器通过PID算法对反馈信号进行处理。

因此形成了速度控制的闭环系统。

AD0809与8088的接口电路如图2-6所示。

由于AD0809是8路输入，本设计只使用了其中一路，采用的是IN4输入口。

图2-6AD0809原理图2.3 软件及算法2.3.1 程序流程图本设计程序由两部分组成：主程序（如图2-7）和定时器中断程序(如图2-8)，主程序主要负责与上位机通讯，定时器中断程序负责实现PID算法控制，定时器中断的时间决定了采样周期，本设计采样周期为4ms。

程序见附件1。

图2-7主程序流程图图2-8中断程序流程图第3章参数调试及数据分析3.1调整频率/电压（F/V）转换静态工作点B1单元中电位器的左边K3开关拨下（GND），右边K4开关拨上（+5V），信号输出（B1的Y测孔）调整为+3V（调节方法：调节电位器，用万用表测量Y测孔）。

Y测孔联线到C2模块电机输入测孔，调整C2模块中的电位器W2，使电机输出电压测孔上的直流电压等于+3V。

3.2实验数据及分析3.2.1改变KpKp=1.5,Ti=0.092,Td=0.014 Kp=2.8,Ti=0.092,Td=0.014由原理可知，Kp可以改善系统的动态性能，由上图可以明显看出，当Kp过大时，使得超调量变得更大，系统的稳定性变差。

3.2.2改变TiKp=1.5,Ti=0.092,Td=0.014 Kp=1.5,Ti=0.02,Td=0.014Kp=1.5,Ti=0.12,Td=0.014 Kp=1.5,Ti=0.245,Td=0.014减小积分参数（Ti），积分作用减弱，反知。

根据上面图形对比可以得出如下结论：积分作用过强，将会造成系统的稳态性能变差，甚至震荡，造成系统不稳定。

积分作用过弱，将会造成系统的动态性能变差，甚至不能达到设定值。

3.2.3改变TdKp=1.5,Ti=0.092,Td=0.014 Kp=1.5,Ti=0.092,Td=0.145Kp=1.5,Ti=0.092,Td=0.245由于微分相位超前，所以Kp可以改善反应滞后，及具有预见性。

但是微分作用的加入降低了系统的抗干扰性，如果微分作用过强，会降低系统的稳态性能甚至造成系统不稳定。

第4章结束语通过这次课程设计，让我对计算机控制技术这门课有了进一步的认识。

这次课程设计是对这门课程的一个总结，对计算机控制技术知识的应用。

设计时要有一个明确的思路，再结合所学知识一步一步达到设计的预期效果。

通过这次设计对我们独自解决问题的能力也有所提高。

在整个过程中，我查阅了相关书籍及文献，取其相关知识要点应用到课设中，而且其中有很多相关设备选取标准可以直接选取，这样设计出来的设备更加符合要求。

致谢在这次课程设计中遇到很多的问题，但在老师的指导与同学的帮助下顺利完成了这次课程设计，再次对所有指导我的老师、帮助我的同学以及所有帮助过我的人说声感谢参考文献[1] 杨帮华，王建等.微机原理与接口技术实用教程.清华大学出版社，2011.[2] 王书锋，谭建豪.计算机控制技术.华中科技大学出版社，2011.[3] 上海埃威航空电子有限公司.计控原理实验机指导书，2012.附录#defineUINT unsignedint#defineBYTE unsignedchar#defineCS0832 0x00 //D/A0832地址#defineCS8259E 0x20 //8259命令寄存器地址#defineCS8259O 0x21 //8259控制寄存器地址#defineCS8253T0 0x40 //8253定时器0地址#defineCS8253T1 0x41 //8253定时器1地址#defineCS8253T2 0x42 //8253定时器2地址#defineCS8253C 0x43 //8253控制寄存器地址#defineCS273 0x60 //并行输出地址#defineCSAD_1_0 0x80 //虚拟示波器0809通道0地址#defineCSAD_1_1 0x81 //虚拟示波器0809通道1地址#defineCSAD_2_0 0xA0//实验用示波器0809通道0地址#defineCSAD_2_1 0xA1#defineCSAD_2_2 0xA2#defineCSAD_2_3 0xA3#defineCSAD_2_4 0xA4#defineCSAD_2_5 0xA5#defineCSAD_2_6 0xA6#defineCSAD_2_7 0xA7#defineCS0809_0 0X80#defineCS0809_1 0X81#defineDSADDR 0x0030 //数据暂存段地址#defineDSMAX 0x0D00#defineCOMMBYTE 0x0CF0 //串行口暂存偏移地址#defineREVBYTE 0x0C00 //用于上下交换数据区偏移地址#defineCSADDR 0x0100#defineADSELECT 0x0C20 //AD端口选择暂存偏移地址#defineREVEN 0x20#definedsvalue 0x003f#defineD8253T0L 0x33#defineD8253T0H 0x13//4ms定时 //TH0THL*(4/4.9152)=4000 时钟频率：1.229MHZ #include<dos.h>voiddelay1(intt);voidinterruptirq7(void);//中断7服务程序voidinterruptirq0(void);//中断0服务程序BYTERevByte(void); //接收一个字节voidSendByte(BYTEbyte);//发送一个字节BYTERevEnable(void); //查询允许接受标记intbSpeed,bSpeedD;//当前转速、目标转速intKp,Ti,Td,T; //PID设置参数、周期int Pk; //PID输出intKi,Kd; //积分、微分系数intE0,E; //速度误差intEsum; //积分累积量unsignedintTdd,count;BYTEbTest;BYTESendFlag; //新数据接收标志BYTETable[5]; //临时存放接收到的数据BYTEIndex; //临时存放接收到的数据的个数intOver; //接收超时检测BYTE flag;intmain(void){//取得系统程序段段地址，计算并设置数据段段地址UINTuiDS;_asm{cli} //关中断uiDS=_CS;uiDS=uiDS+dsvalue;_DS=uiDS;_ES=uiDS;flag=0;Tdd=1;Kp=0x19; //比较系数25Ti=0x64; //积分时间常数100Td=0x50; //微分时间常数80T=4; //周期4msEsum=0; //积分累积量E0=0; //清误差寄存器bSpeedD=0; //目标转速SendFlag=1; //数据发送标志outportb(0x00,0xa0);//把数字量160传给DAC0832//初始化8259，工作方式为：单片，上升沿触发，中断类型号为8，正常全嵌套方式，非自动EOI，选用8086/8088系统，开中断0和中断6outportb(0x20,0x13);//;ICW1:边沿触发,单片,要ICW4outportb(0x21,0x08);//;ICW2:中断类型码8outportb(0x21,0x01);//;ICW4:非特殊完全嵌套方式,非自动EOI方式,86/88系统outportb(0x21,0xBE);//;OCW1:IRQ6.IRQ0开放(0开放1禁止)outportb(0x20,0x20);//定时器0：先低再高，方式3（方波发生器）outportb(CS8253C,0x36);outportb(CS8253T0,D8253T0L);//4ms定时outportb(CS8253T0,D8253T0H);outportb(CS0832,0);//嵌入汇编，设置中断入口地址_asm{pushdspushsipushaxxorax,axmovds,axmovax,offsetirq7movsi,003chmov[si],axmovsi,003ehmovax,csmov[si],axmovax,offsetirq0movsi,0020hmov[si],axmovsi,0022hmovax,csmov[si],axpopaxpopsipopds}_asm STI //开中断enable();while(1){_asm CLIbTest=RevEnable();if(bTest==REVEN)//允许接收{bTest=RevByte();成都学院（成都大学）课程设计报告if(bTest==0)//以下程序为接收上位机数据{Index=0;bTest=REVEN;while(Index<4){Over=1000;while(1){bTest=RevEnable();if(bTest==REVEN){break;}else{delay1(1);}if(Over<1)break;elseOver--;}if(Over<1)break;Table[Index]=RevByte();//接收上位机设置的参数Index++;}if(Index==4)//参数处理{Kp=Table[0]; //保存比例系数Ti=Table[1]; //保存积分时间常数Td=Table[2]; //保存微分时间常数bSpeedD=Table[3];//保存目标速度设定值Esum=0; //清积分累积量E0=0; //清误差寄存器SendFlag=1; //置接收数据标志}}}_asm STIdelay1(1);}}//延时子程序voiddelay1(intt){intj;for(j=0;j<t;j++);}//中断0服务子程序//用PID参数对速度进行控制voidinterruptirq0(void){inti;intden,rem;intden1,rem1;intden2,rem2;UINTuiDS;uiDS=_CS;uiDS=uiDS+dsvalue;_DS=uiDS;_ES=uiDS;count++;if(count>=Tdd){if(SendFlag==1){if(Ti==245){Ki=0;}else{Ki=T*Kp/Ti; //积分系数计算}Kd=Td*Kp/T; //微分系数计算Esum=0;E=0;E0=0;SendFlag=0; //清接收数据标志}outportb(CSAD_2_4,0);for(i=0;i<100;i++); //延时bSpeed=inportb(CSAD_2_4);//目标转速采样i=(unsignedint)bSpeed;E=bSpeedD-i;Esum=Esum+E; //积分累加den=Ki*(Esum/100);rem=Ki*(Esum%100);den1=Kp*(E/100);rem1=Kp*(E%100);den2=Kd*((E-E0)/100);rem2=Kd*((E-E0)%100);Pk=den+den1+den2;Pk=Pk+rem/100+rem1/100+rem2/100;Pk=Pk+(rem%100+rem1%100+rem2%100)/100;if(Pk<0)Pk=0;if(Pk>255)Pk=255;E0=E; //误差保存outportb(CS0832,Pk); //PID输出控制count=0;}SendByte(bSpeedD); //发送目标转速到上位机显示SendByte(bSpeed); //发送当前转速到上位机显示outportb(0x20,0x20);}//防止误触发进入voidinterruptirq7(void)//防止死机{outportb(0x20,0x20);}//接收一个字节，并返回该字节BYTERevByte(void){BYTEb;_asm{PUSHAXPUSHBXPUSHESINT1FHMOVBL,ALMOVAX,0030HMOVES,AXMOVAL,BLMOVES:[3312],ALPOPESPOPBXPOPAX}b=peekb(DSADDR,COMMBYTE);returnb;}//发送一个字节bytevoidSendByte(BYTEbyte){pokeb(DSADDR,COMMBYTE,byte);_asm{PUSHAXPUSHESMOVAX,0030HMOVES,AXMOVAL,ES:[3312]INT1EHPOPESPOPAX}}//判断是否允许接收,返回REVEN-允许，其他不允许BYTERevEnable(void){BYTEb;_asm{PUSHAXPUSHESMOVAX,0030HMOVES,AXINT1DHMOVES:[3312],ALPOPESPOPAX}b=peekb(DSADDR,COMMBYTE); returnb;}。