PID直流电机转速控制实验报告
电机转速控制实验报告
电机转速控制实验报告
1. 实验目的
本实验旨在研究电机转速控制的原理和方法，通过实际操作和数据分析来加深对电机控制的理解，并验证控制算法的有效性。
2. 实验原理
电机转速控制是通过改变电机供电电压或者改变电机绕组的接线方式来控制电机的转速。
在本次实验中，我们将采用调制技术来实现电机转速的控制。
3. 实验设备与材料
- 电机：直流电机
- 控制器：单片机控制器
- 传感器：转速传感器
- 电源
- 连接线
4. 实验步骤
1. 搭建实验电路：将电机和传感器连接至控制器，并接通电源。
2. 编写控制程序：根据所选的控制算法，编写相应的控制程序，并将其烧录至控制器中。
3. 运行实验：根据预设条件，控制电机的转速并记录数据。
4. 数据分析：对实测数据进行分析，验证控制算法的有效性。
5. 实验结果与分析
在实验过程中，我们采用了调制技术来实现电机转速的控制。
通过对控制程序的设计和实验数据的分析，我们得出以下结论：
- 当调制信号的频率增加时，电机的转速也随之增加，说明控制算法的设计是成功的。
- 通过调整调制信号的占空比，我们可以实现对电机转速的精确控制。
6. 实验总结
通过本次实验，我们深入了解了电机转速控制的原理和方法。
实验结果表明，调制技术能够有效地实现电机转速的控制，并且可以通过调整参数来实现不同的控制效果。
在实验过程中，我们还学习了如何编写控制程序和分析实验数据。
这些都对我们进一步深入研究电机控制提供了良好的基础。
7. 参考文献
- 电机控制技术原理与应用教材
- 直流电机转速控制实验指导书。
直流电机转速PID控制课程设计报告
直流电机转速PID控制系统设计学院：专业班级：姓名：学号：指导老师：目录第一章PID简介 (1)第二章直流电机工作原理 (6)2.1 工作原理 (6)2.2、直流电机PID控制原理方框图 (7)第三章控制系统方案选择 (10)3.1 系统设计要求 (10)3.2 系统模块设计 (12)第四章硬件设计与实现 (17)4.1 硬件设计 (17)4.2系统面板图 (24)第五章流程设计 (26)5.1 软件设计流程图 (26)第六章程序说明 (30)6.1 直流电机部分程序 (30)6.2 温度检测部分程序 (37)第七章说明及调试 (46)7.1 调试过程 (46)7.2 运行结果 (47)第八章课程设计体会 (49)第一章 PID简介PID （比例积分微分，英文全称为Proportion Integration Differentiation）控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。
PID控制，实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。
它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。
PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。
它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。
这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。
二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。
PID仿真实验报告
PID仿真实验报告PID控制算法是一种重要的控制算法，被广泛应用于工业控制系统中。
本文通过仿真实验的方式，对PID控制算法进行了验证和分析。
一、实验目的1.了解PID控制算法的基本原理和调节方法；2. 掌握MATLAB/Simulink软件的使用，进行PID控制实验仿真；3.验证PID控制算法的稳定性和性能。
二、实验内容本次实验选择一个常见的控制系统模型，以电感驱动的直流电机控制系统为例。
通过PID控制算法对该系统进行控制，观察系统的响应特性。
三、实验步骤1.搭建电感驱动的直流电机控制系统模型，包括电感、直流电机、PID控制器等组成部分；2.设置PID控制器的参数，包括比例增益Kp、积分时间Ti、微分时间Td等；3.进行仿真实验，输入适当的控制信号，观察系统的响应曲线；4.调节PID控制器的参数，尝试不同的调节方法，观察响应曲线的变化，寻找合适的参数。
四、实验结果与分析1.首先，设置PID控制器的参数为Kp=1，Ti=1，Td=0，进行仿真实验。
观察到系统的响应曲线，并记录与分析曲线的特点；2.其次，调整PID控制器的参数，如增大比例增益Kp，观察系统的响应曲线的变化；3.最后，调整积分时间Ti和微分时间Td，观察系统的响应曲线的变化。
通过实验结果与分析，可以得到以下结论：1.PID控制算法能够有效地控制系统，并实现稳定的控制；2.比例增益Kp对系统的超调量有较大的影响，增大Kp可以减小超调量，但也会增加系统的稳定时间；3.积分时间Ti对系统的稳态误差有较大的影响，增大Ti可以减小稳态误差，但也会增加系统的超调量；4.微分时间Td对系统的响应速度有较大的影响，增大Td可以增加系统的响应速度，但可能会引起系统的振荡。
五、实验总结通过本次实验，我深入理解了PID控制算法的原理和调节方法。
同时，通过对实验结果的分析，我也了解了PID控制算法的稳定性和性能。
在实际工程应用中，需要根据具体的控制对象，合理选择PID控制器的参数，并进行调节优化，以获得理想的控制效果。
PID控制电机实验报告实验报告
PID控制电机实验报告实验目的本次实验的目的是掌握PID控制器的工作原理和应用，了解PID控制的基本概念和设计方法，并通过实验实现对电机的控制。
实验步骤材料准备本次实验所需要的材料如下：•电脑•Arduino开发板•直流电机•按钮•电位器•面包板•杜邦线•电源线硬件连接首先将直流电机连接到Arduino开发板的PWM引脚上，同时将按钮和电位器连接到开发板的数字引脚上，如下图所示：image1image1软件实现打开Arduino IDE，新建一个工程，然后编写如下代码：// 定义控制引脚和输入引脚const int CONTROL_PIN = 9;const int INPUT_PIN = A0;const int BUTTON_PIN = 2;// 设置时间间隔const int INTERVAL = 100;// 设置p、i、d系数和初始误差const float Kp = 0.8;const float Ki = 0.1;const float Kd = 0.1;const float TARGET = 500;float error = 0;float lastError = 0;float integral = 0;// 定义按钮状态和电位器值int buttonState = HIGH;int potValue = 0;// 初始化控制引脚和按钮引脚void setup() {pinMode(CONTROL_PIN, OUTPUT);pinMode(BUTTON_PIN, INPUT);digitalWrite(BUTTON_PIN, HIGH);}// 主循环void loop() {// 获取按钮状态和电位器值buttonState = digitalRead(BUTTON_PIN);potValue = analogRead(INPUT_PIN);// 判断按钮状态if (buttonState == LOW) {// 按下按钮时，执行pid控制error = TARGET - potValue;integral += error;float derivative = error - lastError;lastError = error;float output = Kp * error + Ki * integral + Kd * derivative;if (output > 255) {output = 255;}if (output < -255) {output = -255;}analogWrite(CONTROL_PIN, abs(output));} else {// 未按下按钮时，关闭电机analogWrite(CONTROL_PIN, 0);}// 等待一段时间delay(INTERVAL);}以上代码实现了一个PID控制器，当按下按钮时，控制器根据电位器的值计算出控制信号，并控制电机的转速，使电位器的值逐渐趋近于目标值，当释放按钮时，电机停止转动。
直流电机转速控制实验报告
直流电机转速控制实验报告自动控制原理实验实验报告直流电机转速控制设计一、实验目的1、了解直流电机转速测量与控制的基本原理。
2、掌握LabVIEW图形化编程方法，编写直流电机转速控制系统程序。
3、熟悉PID参数对系统性能的影响，通过PID参数调整掌握PID控制原理。
二、实验设备与器件计算机、NI ELVIS II多功能虚拟仪器综合实验平台、LabVIEW软件、万用表、12V直流电机、光电管，电阻、导线。
三、实验原理直流电机转速测量与控制系统的基本原理是：通过调节直流电机的输入电压大小调节电机转速；利用光电管将电机转速转换为一定周期的光电脉冲、采样脉冲信号，获取脉冲周期。
将脉冲的周期变换为脉冲频率，再将脉冲频率换算为电机转速；比较电机的测量转速与设定转速，将转速偏差信号送入PID控制器，由PID 控制器输出控制电压，通可变电源输出作为直流电机的输入电压，实现电机转速的控制。
四、实验过程（1）在实验板上搭建出电机转速光电检测电路将光电管、直流电机安装在实验板上的合适位置，使得直流电机的圆片恰好在光电管之中，用导线将光电管与相应阻值的电阻相连，并将电路与相应的接口相连，连接好的电路图如下。
（2）编写程序，实现PID控制SP为期望转速输出，是用户通过转盘输入期望的转速；PV为实际测量得到的电机转速，通过光电开关测量马达转速可以得到；MV为PID输出控制电压，将其接到“模拟DBL”模块，实现控制电源产生所需的直流电机控制电压。
通过不断地检测马达转速与期望值对比产生偏差，通过PID控制器产生控制信号，实现对直流电机转速的控制。
编写的程序如下图所示五、调试过程及结果PID参数调整如下时，系统出现了振荡现象，导致了系统的不稳定。
于是将参数kc调小，调整后的参数如下：系统出现了一定程度的超调，不满足实际的应用。
继续将Ti参数调大，并加入移位寄存器，对转速测量值取滑动平均，得到较为理想的系统输出。
-全文完-。
直流电机转速测控实验
直流电机转速测控实验一、实验目的1. 掌握电机转速的测量原理；学会根据被测环境、对象不同选择合适的传感器测量转速；2. 掌握电机转速控制的原理；学会用计算机和传感器组成转速测控系统。
二、实验原理图1所示为计算机直流电机转速测控系统原理图。
图1 计算机测控直流电机转速原理框图根据被测环境和对象选择不同转速传感器（光电、霍尔、磁电）实现直流电机转速的测量及控制。
三. 实验仪器和设备1. CSY－5000型传感器测控技术实训公共平台；2. 环形带综合测控实验台；3. 数据采集模板及测控软件(LabVIEW试用版)；4. 12V直流电机调节驱动挂箱；5. 光电式、霍尔式、磁电式转速传感器各一件；6. PC机及RS232通讯接口。
四．实验预习要求1.查阅资料，了解旋转轴转速测量的常用方法；2.掌握采用光电式、霍尔式、磁电式传感器测量转速的原理及特点；3.理解计算机测控直流电机转速的系统工作原理；4.熟悉CSY-5000型传感器测控技术实训平台的硬件配置。
五. 实验步骤及内容第一部分：转速测量1、在关闭公共平台主机箱电源开关的前提下，连接数据采集模板电源线、RS232通讯线；2、根据你选用的转速传感器，按转速传感器附录图1、图2、图3示意图安装接线；（注意光电、霍尔传感器为+5V供电，磁电传感器为+15V供电）3、主机箱上0～12V可调电源与电压表（电压表量程选择20V档）及环形带综合测控实验台电机（环形带综合测控实验台背面）接口并接（注意接口的相应极性）；4、检查接线无误后，首先将主机箱上0～12V可调旋钮逆时针方向缓慢调节到底（起始输出电压最小）；然后桌面“环形带综合测试软件”（或者启动计算机中的测试软件目录“SensorTest.vi”），双击打开，显示图2环形带综合测试程序软件界面；再打开主机箱电源开关给测量系统供电。
图2 环形带综合测试软件界面5、在计算机的环形带综合测试程序软件界面采单栏下方栏点击运行按钮，串口通讯正常后选择测试软件中“手动转速控制与测量”选项，软件界面显示为图3转速测量选择传感器类型界面；在界面下方选择“传感器类型”为现在做测量转速实验相对应的转速传感器。
PID控制电机实验报告
PID控制电机实验报告【摘要】本实验通过PID控制电机，对系统进行控制，实现系统的速度调节和位置调节。
首先通过对系统的建模和参数辨识，得到了系统的数学模型和参数，并根据模型设计了合适的PID控制器。
然后通过实验验证了设计的控制器的有效性，实现了对电机速度和位置的调节。
实验结果表明，PID控制器对于系统的速度调节和位置调节具有良好的性能，能够实现较好的控制效果。
【关键词】PID控制；电机；速度调节；位置调节一、实验目的1.通过PID控制器实现对电机的速度调节和位置调节；2.验证PID控制器的有效性和性能。
二、实验原理PID控制器是一种经典的控制策略，由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
PID控制器的数学表达式为输出信号u(t) = Kp*e(t) + Ki*∫e(t)dt + Kd*de(t)/dt，其中e(t)为控制偏差，Kp、Ki和Kd分别为比例、积分和微分系数。
在电机控制中，可以将电机看作一个被控对象，输入电机的电压u(t)通过电机的转矩转化为输出角速度ω(t)。
通过对电机的数学建模，可以得到电机的传递函数为G(s)=k/(Ts+1)，其中k为系统增益，T为系统时间常数。
根据系统传递函数的性质，可以得到电机系统的速度和位置闭环模型为Kv(s)=1/(Ts+1)和Kp(s)=Ks/(Ts+1)，分别对应于速度和位置的调节。
三、实验装置1.PC机；2.PID控制器板卡；3.直流电机；4.电压放大电路；5.角度传感器。
四、实验步骤1.建立电机的数学模型，并利用实验数据辨识系统的参数；2.根据模型设计PID控制器的参数；3.连接实验装置，将PC机与PID控制器板卡连接，通过板卡控制电机的电压，实现速度和位置调节；4.设置不同的目标速度和目标位置，进行实验并记录实验数据；5.分析实验数据，评价控制器的性能和有效性。
五、实验结果与分析通过实验得到了电机系统的数学模型为G(s)=2/(s+1)和Ks=10/(s+1)，并根据模型参数设计了PID控制器的参数为Kp=1,Ki=0.01和Kd=0.5、实验中设置了不同的目标速度和目标位置，通过对比实际速度和位置与目标值的差异，评价了控制器的性能。
pid控制实验报告[最新版]
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pid控制实验报告pid控制实验报告篇一：PID控制实验报告实验二数字PID控制计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。
因此连续PID控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法。
在计算机PID控制中，使用的是数字PID控制器。
一、位置式PID控制算法按模拟PID控制算法，以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t，以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，可得离散PID位置式表达式：Tu T ?kpeu=para; J=0.0067;B=0.1; dy=zeros= y= -+ = k*ts; %time中存放着各采样时刻rineu_1=uerror_1=error;%误差信号更新图2-1 Simulink仿真程序其程序运行结果如表2所示。
Matlab输出结果errori = error_1 = 表2 例4程序运行结果三、离散系统的数字PID控制仿真1．Ex5 设被控对象为G?num 仿真程序：ex5.m%PID Controller clear all; close all;篇二：自动控制实验报告六-数字PID控制实验六数字PID控制一、实验目的1．研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。
2．研究采样周期T对系统特性的影响。
3．研究I型系统及系统的稳定误差。
二、实验仪器1．EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台三、实验内容1．系统结构图如6-1图。
图6-1 系统结构图图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds） Gh（s）=（1－e）/s Gp1（s）=5/（（0.5s+1）（0.1s+1）） Gp2（s）=1/（s（0.1s+1））-TS 2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图6-2和图6-3，其中图6-2对应GP1（s）,图6-3对应Gp2（s）。
图6-2 开环系统结构图1 图6-3开环系统结构图2 3．被控对象GP1（s）为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可使系统变为“I型”系统，被控对象Gp2（s）为“I型”系统，采用PI控制或PID控制可使系统变成“II型”系统。
51单片机PID控制直流电机实验报告
iError = sptr->SetPoint - NextPoint; //计算增加量
iIncpid = sptr->Proportion * iError //E[k]项
- sptr->Integral * sptr->LastError //E[k－1]项
+ sptr->Derivative * sptr->PrevError; //E[k－2]项
static PID *sptr = &sPID;
void IncPIDInit()
{
sptr->SumError = 0;
sptr->LastError =0; //Error[-1]
sptr->PrevError =0; //Error[-2]
sptr->Proportion =0.5; //比例系数
sptr->Integral =0.3; //积分系数
sptr->Derivative = 0.3; //微分系数
sptr->SetPoint =sudu_lilun; Nhomakorabea}
直流电机转速控制实验报告
计算机控制技术综合性设计实验实验课程：直流电机转速控制实验设计报告学生姓名：学生姓名：学生姓名：学生姓名：指导教师：牛国臣实验时间：年月日直流电机转速控制实验设计报告一、实验目的：1.掌握电机的工作原理。
2.掌握直流电机驱动控制技术。
3.掌握增量式编码器位置反馈原理。
4.熟悉单片机硬件电路设计及编程。
5.实现直流电机的转速控制。
二、实验内容：已知某一直流永磁有刷伺服电机参数如下：设计直流电机转速控制系统。
要求：表1 直流伺服电机参数1.分析并建立电机的数学模型，分别得出在连续控制系统和离散控制系统中对应的传递函数；2.基于MATLAB软件对直流电机进行仿真，并通过PID控制器的参数整定对直流电机进行闭环控制，3.设计直流电机控制硬件电路，主要包括主控模块、电机驱动模块、编码器反馈模块、通信模块、电源模块、显示模块等。
4.对各模块进行单元调试，设计数字PID控制器，并基于A VR单片机编制程序，进行系统联调。
5.最终完成直流电机控制硬件平台的设计、搭建及软件调试，要求有速度设置、显示功能，速度控制误差在1%以内，具有与上位机通讯的接口，能通过上位机方便进行参数设置、速度控制等操作。
三、 实验步骤：1、建立电机的数学模型，得出控制统的传递函数；由直流电机得来的三个方程：n k dt di Li R s u E m m ++=)( i k T M m =f L m T dtdw J T T ++= 、 进行拉式变换得：)()()()(s n k s LSI s I R s U E m m ++=)(s I k T M m =f L m T s JS T T +Ω+=)(带入数据在进行z 变换得: 521039.19252.01394.0459.1)(-⨯+-+=z z z z G 2、.基于MATLAB 软件对直流电机进行仿真（1）连续系统阶跃响应程序为：>> num=[1]num =1>> den=[0.0000000542,0.00061,0.0468]den =0.0000 0.0006 0.0468>> G=tf(num,den)Transfer function:1----------------------------------5.42e-008 s^2 + 0.00061 s + 0.0468>> step(G)>> Gz=c2d(G,0.01,'zoh')Transfer function:11.43 z + 0.06868-----------------z^2 - 0.4618 zSampling time: 0.01>> step(Gz)阶跃响应曲线如图1所示：图1 阶跃响应曲线（2）离散系统的单位阶跃响应程序如下：>> num=[52.756.913];>> den=[1 -0.8009 0.0005123];>> sys=[num,den,0.001];>> dstep(num,den,100)离散系统的阶跃响应曲线如图2所示（T=1ms）：图2 离散系统的阶跃响应曲线（3）PID参数整定1）设D(z)=错误！未找到引用源。
DIP算法控制
PID算法控制___实验报告开课实验室：2012 年 4 月日学院物电学院年级、专业、班09光信2班姓名成绩课程名称Dsp实验实验项目名称PID算法控制指导老师签名一、实验目的1．掌握利用ICETEK-VC5509-A板与ICETEK-CTR板上带速度反馈的直流电机 B 的连接和控制原理。
2．熟悉VC5509DSP 的通用IO端口和定时器的编程使用。
3．学习利用数字PID控制算法控制电机转速。
二、实验原理1．直流电机测速原理：直流电机B：在ICETEK-CTR 板上有一个带速度反馈的直流电机B，它的额定工作电压为+12V，额定转速为6500转，带有速度反馈线路，反馈信号为方波脉冲，其频率与转速成正比(电机转动一圈产生两个脉冲)。
电机闭环控制系统：如图在DSP系统板的控制下形成闭环速度控制系统，DSP发送的PWM波控制直流电机的转速，通过速度反馈，DSP 可实时读取当前速度值，利用DSP中运行的控制程序根据速度读数控制PWM 的脉宽，从而实现闭环调速控制。
2．数字PID控制器：将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量，用这一控制量对被控对象进行控制，这样的控制器称PID控制器。
⑴模拟PID控制原理：模拟PID控制系统原理图如图所示。
该系统由模拟PID控制器和被控对象组成。
图中，r(t)瑞泰创新——ICETEK-VC5509-A评估板软件实验指导III-122是给定值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差e(t)e(t)=r(t)-y(t)e(t)作为PID控制器的输入，u(t)作为PID控制器的输出和被控对象的输入比例环节的作用是对偏差瞬间做出快速反应。
偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。
控制作用的强弱取决于比例系数P K ，P K 越大，控制越强，但过大的P K 会导致系统震荡，破坏系统的稳定性。
积分环节的作用是把偏差的积累作为输出。
直流电机控制(PID)实验报告
s = speed1 % 100 / 10;
g = speed1 % 100 % 10;
sent(table[b]);
sent(table[s]);
sent(table[g]);
sent(0); sent(0);//预期值
sent(table[speedset/100]);
out=0;
uk1=uk;//为下一次增量做准备
e2=e1;
e1=e;
PWMTime=out; //out对应于PWM高电平的时间
return(0);
}
void PWMOUT()
{
//PWM=1;
if(cnt<PWMTime)//若小于PWM的设定时间，则输出高电平
PWM=1;
else//否则输出低电平
三、仪器及原理图
实验仪器：THKL-C51仿真器
四、实验代码
%增量式
#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ufloat unsigned float
sbit PWM=P1^2;
sbit DIN=P1^0;
sbit CLK=P1^1;
uint num;
float count=0;
uint cnt,n=0;
uint out;
uint PWMTime;
uchar code table[] = { 0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x7B,0x71,0x00,0x40 };
直流电机PID闭环数字控制器设计实验报告
直流电机PID 闭环数字控制器设计姓名： 学院：实验内容：直流电机pid 闭环数字控制器设计 2015年 4月12日 实验地点： 实验目的：1．巩固闭环控制系统的基本概念。
2．了解闭环控制系统中反馈量的引入方法。
3．掌握PID 算法数字化的方法和编程及不同PID 算法的优缺点。
实验设备与软件： 1. labACT 实验台 2. MATLAB 软件 3. labACT 软件 实验原理： 1、PID 控制原理按偏差的比例、积分、微分控制(简称PID 控制)是过程控制中应用最广的一种控制规则。
由PID 控制规则构成的PID 调节器是一种线性调节器。
这种调节器将设定值U 与实际输出值Y 构成控制偏差(e=U —Y)的比例(P)、微分(D)、积分(I)的线性组合作为输出的控制量进行控制⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=⎰dt t de T dt t e T t e K t u t)()(1)()(di p (1) 式中，()u t ——调节器的输出信号；()e t ——调节器的偏差信号；p K ——调节器的比例系数；T ——调节器的积分时间常数；T ——调节器的微分时间常数。
下面介绍比例、积分、微分各自的作用。
比例调节作用：按比例反应系统的偏差，一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统不稳定。
积分调节作用：消除稳态误差。
有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti ，Ti 越小，积分作用就越强；反之，Ti 大则积分作用弱。
加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢，即积分作用使响应滞后。
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，能预见偏差变化的趋势，能产生超前的控制作用。
在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。
因此，可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。
直流电机PID控制实验
直流电机PID 控制实验一、 实验目的1、 学习数字控制器的模拟化设计方法；2、 学习数字PID 控制器的设计方法；3、 学习PWM 控制理论；4、 学习数字PID 控制器在DSP 上的实现方法。
二、 实验设备计算机，实验箱、DSP 仿真器、导线。
三、 基础理论PID 控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制的调节器）自30年代末期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。
它的结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。
特别是在工业过程控制中，由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。
在应用计算机实现控制的系统中，PID 很容易通过编制计算机语言实现。
由于软件系统的灵活性，PID 算法可以得到修正和完善，从而使数字PID 具有很大的灵活性和适用性。
实现PID 控制的计算机控制系统如图1所示，其中数字PID 控制器是由软件编程在计算机内部实现的。
图1 模拟PID 控制 1、PID 控制规律的离散化PID 控制器是一种线性调节器，这种调节器是将系统的给定值r 与实际输出值y 构成的控制偏差y r c -=的比例（P ）、积分（I ）、微分（D ），通过线性组合构成控制量，所以简称PID 控制器。
连续控制系统中的模拟PID 控制规律为： ])()(1)([)(0dtt de T dt t e T t e K t u DtIp ++=⎰ （式1） 式中)(t u 是控制器的输出，)(t e 是系统给定量与输出量的偏差，P K 是比例系数，I T 是积分时间常数，D T 是微分时间常数。
其相应传递函数为：pK sT K I p sT K D p 对象r eyu+++-+)11()(s T sT K s G D I p ++= （式2） 比例调节器、积分调节器和微分调节器的作用：（1）比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数。
基于PID的直流电机速度控制系统设计实验报告
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。
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。
PID控制电机实验报告
( 实验报告)姓名：____________________单位：____________________日期：____________________编号：YB-BH-054024PID控制电机实验报告Experiment report of PID control motorPID控制电机实验报告摘要以电机控制平台为对象，利用51单片机和变频器，控制电机精确的定位和正反转运动，克服了常见的因高速而丢步和堵转的现象。
电机实现闭环控制的基本方法是将电机工作于启动停止区，通过改变参考脉冲的频率来调节电机的运行速度和电机的闭环控制系统由速度环和位置环构成。
通过PID调节实现稳态精度和动态性能较好的闭环系统。
关键词：变频器PID调节闭环控制一、实验目的和任务通过这次课程设计，目的在于掌握如何用DSP控制变频器，再通过变频器控制异步电动机实现速度的闭环控制。
为实现闭环控制，我们需完成相应的任务：1、通过变频器控制电机的五段调速。
2、通过示波器输出电机速度变化的梯形运行图与s形运行图。
3、通过单片机实现电机转速的开环控制。
4、通过单片机实现电机的闭环控制。
二、实验设备介绍装有ccs4.2软件的个人计算机，含有ADC模块的51单片机开发板一套，变频器一个，导线若干条。
三、硬件电路1.变频器的简介变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、等组成。
变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，变频器还有很多的保护功能。
随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
2.变频器的使用变频器事物图变频器原理图可以在这输入你的名字You Can Enter Your Name Here.。
中南大学机电一体化系统设计实验——直流电机PID控制
DBUF0 EQU 30H ;显示第一位的缓冲地址，设为30H~37HTEMP EQU 38H ;A/D转换暂存地址，设为38H-3FHPWMH EQU 4AH ;T1定时器高八位装载值PWML EQU 4BH ;T1定时器低八位装载值PWMF EQU 4CH ;T1定时器装载值浮点数WF EQU 46H ;期望频率地址EK0 EQU 59H ;E(K)地址EK1 EQU 56H ;E(K-1)地址EK2 EQU 53H ;E(K-2)地址UK1 EQU 5CH ;U(K-1)地址UK EQU 5FH ;U(K)地址A0 EQU 62H ;A0地址A1 EQU 65H ;A1地址A2 EQU 68H ;A2地址ZC EQU 6BH ;PID运算暂存地址ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHAJMP INT0_PORG 001BHAJMP INT1_PORG 0030HMAIN: ;PWM调速主程序MOV TMOD,#11HMOV TH0,#0FCHMOV TL0,#18HMOV TH1,#0MOV TL0,#0MOV PWMH,#0FDHMOV PWML,#29HMOV 70H,#10MOV 71H,#200SETB TR0SETB TR1SETB EASETB ET0SETB ET1JC2: JNB 00H,JC1CLR 00HLCALL A_DLCALL READLCALL PIDLCALL U_PWMJC1: JNB 01H,JC2CLR 01HLCALL DISP1SJMP JC2INT0_P: MOV TH0,#0FCH ;PWM T0中断MOV TL0,#18HMOV TH1,PWMHMOV TL1,PWMLDJNZ 70H,NZW1SETB 00HMOV 70H,#10NZW1: DJNZ 71H,NZW2SETB 01HMOV 71H,#200NZW2: SETB P1.0SETB P1.2SETB TR1NOPRETIINT1_P: CLR P1.0 ;PWM T1中断CLR P1.2CLR TR1NOPRETI;===================================================================== =============;AD转换主程序;===================================================================== =============A_D: MOV 35H,#11H ;灭不需要的显示位MOV 36H,#11HMOV 37H,#11HMOV R0,#DBUF0MOV @R0,#0AH ;数码管第一位显示：AINC R0MOV @R0,#0DH ;数码管第二位显示：DINC R0MOV @R0,#11H ;数码管第三位不显示INC R0 ;R0=33HMOV DPTR,#0FEF0H ;A/D 置通道IN0地址MOV A,#0 ;设置通道0MOVX @DPTR,AWAIT: JB P3.3,W AIT ;等待转换完成的信号MOVX A,@DPTR ; A/D转换的数字量读入至AMOV 51H,A ;将A/D转换结果放置41H，做双字节定点数MOV B,A ;将A中数值暂存BSWAP A ;交换A的高四位与低四位ANL A,#0FH ;保留交换后的低四位，实际上是高4位XCH A,@R0 ;交换A与33H中的数据，数码管第四位显示为A/D转换的数字量的高四位INC R0 ;R0=34HMOV A,B ;将B中暂存的数字量还回AANL A,#0FH ;保留数字量的低四位XCH A,@R0 ;将保留后的数字量还回34H，数码管第五位显示为A/D转换的数字量的低四位;ACALL DISP1 ;调用显示程序;ACALL DELAY ;调用延时程序，延时260msRETDISP1: ;显示子程序MOV R0,#DBUF0MOV R1,#TEMPMOV R2,#8DP10: MOV DPTR,#SEGTABMOV A,@R0MOVC A,@A+DPTR ;查表程序，查SEGTABMOV @R1,A ;暂存查表结果至40H~47H地址单元中INC R0INC R1DJNZ R2,DP10MOV R0,#TEMPMOV R1,#8DP12: MOV R2,#8MOV A,@R0DP13: RLC AMOV 0B0H,CCLR 0B1HSETB 0B1HDJNZ R2,DP13INC R0DJNZ R1,DP12RETSEGTAB: DB 3FH,6,5BH,4FH,66H,6DH ;0，1，2，3，4，5DB 7DH,7,7FH,6FH,77H,7CH ;6，7，8，9，A，BDB 58H,5EH,79H,71H,0,00H ;C，D，E，F，-DELAY: MOV R4,#0FFH ;延时程序，延时260msAA1: MOV R5,#0FFHAA: NOPNOPDJNZ R5,AADJNZ R4,AA1RET;===================================================================== ===;读取AD转换值子程序;===================================================================== ===READ: MOV 50H,#00H ;AD转换结果浮点化，放置到52H-54H中MOV R0,#50HMOV A,#16 ;为16位整数CLR 1FH ;1FH中存放定点数符号位,暂定为正LCALL DTOFMOV R0,#43H ;AD转换最大值放置到43H-45H，并将其浮点化MOV @R0,#00HINC R0MOV @R0,#0F7H ;最大值为0FA,根据八段数码管显示值为准MOV R0,#43HMOV A,#16CLR 1FHLCALL DTOFMOV R0,#40H ;最大转速对应频率放置到40H-43H，并将其浮点化MOV @R0,#01HINC R0MOV @R0,#0EAH ;最大频率为400(0190H),根据实际显示为准MOV R0,#40HMOV A,#16CLR 1FHLCALL DTOFMOV R0,#46H ;输入预期频率至46H-48H，并将其浮点化MOV @R0,#00HINC R0MOV @R0,#32HMOV R0,#46HMOV A,#16CLR 1FHLCALL DTOFMOV R0,#40H ;指向最大频率地址MOV R1,#43H ;求解实际频率，用浮点数表示,放置到40H-42HLCALL FDIV ;最大频率除以最大AD转换值，结果存在[R0]MOV R1,#50H ;指向AD转换结果地址LCALL FMUL ;结果再乘实际AD转换值，实际频率存在40H-42H RET;===================================================================== ==========;PID运算子程序;===================================================================== ==========PID: MOV R1,#46H ;将期望频率从46H-48H转至EK0MOV R0,#EK0LCALL FMOVMOV R0,#EK0 ;指向期望频率地址MOV R1,#40H ;指向实际频率地址LCALL FSUB ;求差，得偏差e(k),偏差地址暂存在EK0中MOV R0,#A0 ;初始化A0，设A0为浮点BCD码输入，将其转换为格式化浮点数做计算用MOV A0,#7FH ;假设初值为000000HINC R0MOV @R0,#10HINC R0MOV @R0,#34HMOV R0,#A0LCALL BTOF ;将A0转化为浮点数做计算用MOV R0,#A1 ;初始化A1，设A1为浮点BCD码输入，将其转换为格式化浮点数做计算用MOV A1,#7FH ;假设初值为000000HINC R0MOV @R0,#10HINC R0MOV @R0,#00HMOV R0,#A1LCALL BTOF ;将A1转化为浮点数做计算用MOV R0,#A2 ;初始化A2，设A2为浮点BCD码输入，将其转换为格式化浮点数做计算用MOV A2,#00 ;假设初值为000000HINC R0MOV @R0,#00INC R0MOV @R0,#00MOV R0,#A2LCALL BTOF ;将A2转化为浮点数做计算用MOV R1,#EK2 ;将EK2值调到PID运算暂存地址中做运算MOV R0,#ZCLCALL FMOVMOV R1,#A2LCALL FMUL ;ZC=A2*EK2MOV R1,#ZCMOV R0,#UKLCALL FMOV ;将ZC=A2*EK2值暂时赋给UKMOV R1,#EK1 ;将EK1值调到PID运算暂存地址中做运算MOV R0,#ZCLCALL FMOVMOV R1,#A1LCALL FMUL ;ZC=A1*EK1MOV R0,#UKMOV R1,#ZCLCALL FSUB ;UK=-A1*EK1+A2*EK2MOV R1,#EK0 ;将EK1值调到PID运算暂存地址中做运算MOV R0,#ZCLCALL FMOVMOV R1,#A0LCALL FMUL ;ZC=A0*EK0MOV R0,#UKMOV R1,#ZCLCALL FADD ;UK=A0*EK0-A1*EK1+A2*EK2MOV R0,#UKMOV R1,#UK1LCALL FADD ;UK=UK1+A0*EK0-A1*EK1+A2*EK2MOV R1,#UKMOV R0,#UK1LCALL FMOV ;将UK值赋给UK1MOV R0,#UK ;对UK做处理，如UK>5,则UK=5MOV R1,#ZCMOV @R1,#03H ;将5(030A00H)赋给地址ZC，做比较INC R1MOV @R1,#0A0HINC R1MOV @R1,#00HMOV R1,#ZCLCALL FCMPJNC UK_5 ;C=0,表示UK>5,将5赋给UKSJMP GO5 ;否则跳过赋值语句UK_5: LCALL FMOVGO5: CLR CMOV R0,#UK ;对UK做处理，如UK<0,则UK=0MOV R1,#ZCMOV @R1,#00H ;将0(000000H)赋给地址ZC，做比较INC R1MOV @R1,#000HINC R1MOV @R1,#00HMOV R1,#ZCLCALL FCMPJC UK_0 ;C=1,表示UK<0,将0赋给UKSJMP GO0 ;否则跳过赋值语句UK_0: LCALL FMOVGO0: CLR CMOV R1,#EK1MOV R0,#EK2LCALL FMOV ;将EK1值赋给EK2MOV R1,#EK0MOV R0,#EK1LCALL FMOV ;将EK0值赋给EK1RET;===================================================================== =====;输出电压转换为定时器T1装载值子程序;===================================================================== =====U_PWM: ;输出电压值转换成定时器T1的初值MOV R0,#PWMF ;定时器区间长度放在#PWMF中并将其浮点化MOV @R0,#03H ;0FFFFH-0FC29H=03D6HINC R0MOV @R0,#0D6HINC R0MOV @R0,#00HMOV R0,#PWMFMOV A,#16CLR 1FHLCALL DTOF ;转成浮点数MOV R1,#ZC ;电压最大值5V放到ZC中MOV @R1,#03H ;将5(030A00H)赋给地址ZC，做比较INC R1MOV @R1,#0A0HINC R1MOV @R1,#00HMOV R1,#ZCMOV R0,#PWMFLCALL FDIV ;03D6H/5V 结果放在PWMF中MOV R1,#UK ;将UK值挪到PWMF中经行运算MOV R0,#PWMFLCALL FMUL ;UK*03D6H/5V 结果放在PWMF中MOV R0,#ZC ;0FFFFH转成浮点数，暂存在ZC中，做被减数用MOV @R0,#0FFH ;INC R0MOV @R0,#0FFHINC R0MOV @R0,#00HMOV R0,#ZCMOV A,#16CLR 1FHLCALL DTOF ;转成浮点数MOV R0,#ZC ;0FFFFH-UK*03D6H/5V,得到T1定时器初始值浮点数结果MOV R1,#PWMFLCALL FSUB ;结果在ZC中MOV R0,#ZC ;结果取整LCALL FINTMOV R1,#ZC ;将结果转移至PWMFMOV R0,#PWMFLCALL FMOVMOV R0,#ZCLCALL FTOD ;浮点数转双字节定点数，结果存在ZC中MOV R0,#ZC ;将转换后的双字节定点数放到PWMH 和PWML中做定时器T1装载初值MOV R1,#PWMHMOV A,@R0MOV @R1,AINC R0MOV R1,#PWMLMOV A,@R0MOV @R1,ARET;================================================================;================================================================;浮点数运算子程序库;================================================================ DTOF: ;双字节定点数转规格化浮点数MOV R2,A ;按整数的位数初始化阶码MOV A,@R0 ;将定点数做尾数MOV R3,AINC R0MOV A,@R0MOV R4,ADEC R0LCALL RLN ;经行规格化LJMP MOV0 ;传送结果到[R0]RETFMOV: INC R0 ;浮点数传送，从[R1]传到[R0]INC R0INC R1INC R1MOV A,@R1MOV@R0,ADEC R0DEC R1MOV A,@R1MOV@R0,ADEC R0DEC R1MOV A,@R1MOV@R0,ARETFADD: CLR F0;设立加法标志程序功能：浮点加法运算SJMP AS;计算代数和FSUB: SETB F0;设立减法标志程序功能：浮点数减法运算AS: LCALL MVR1;计算代数和。
基于pid算法的直流电机转速控制系统的设计
基于pid算法的直流电机转速控制系统的设计基于PID算法的直流电机转速控制系统是现代控制系统的一个重要组成部分。
其主要功能是通过调节电机的电压和电流来控制电机的转速，以达到所需的转速控制效果。
本文将介绍如何设计PID算法控制系统，以实现直流电机的转速控制。
首先，我们需要了解PID算法的基本原理。
PID算法是一种基于反馈控制的方法，它通过对系统的误差进行测量和反馈控制，不断调整输出信号以达到所需的控制效果。
PID算法的核心就是三个控制参数：比例系数、积分系数和微分系数。
我们需要通过试验的方法来调整这些参数以达到最佳的控制效果。
接下来，我们就可以开展PID算法直流电机转速控制系统的设计。
首先，我们需要确定系统的控制目标和工作条件，包括期望转速范围、电机额定电压和电流等参数。
接着，我们需要选择合适的线性二次调节器，并通过MATLAB软件进行参数调整和仿真测试。
在参数调整和仿真测试过程中，需要进行多次试验，找到最佳的控制参数，以达到最理想的转速控制效果。
同时，还需要在系统设计过程中，考虑到一些实际应用中可能出现的问题，如电网失电、电机负载变化等因素，保证控制系统的稳定性和可靠性。
最后，我们需要对设计的PID算法直流电机转速控制系统进行实际测试和验证。
通过实现所设计的控制系统，并进行各项测试和实验，验证其控制效果和性能是否满足所需的要求和标准。
综上所述，基于PID算法的直流电机转速控制是一个相对复杂的系统设计工作，需要掌握一定的控制理论和实践经验。
通过认真的系统设计、参数调整和测试验证，可以实现一个高效、可靠的直流电机转速控制系统。
PID控制电机实验报告
PID控制电机实验报告实验目的：通过PID控制电机，实现指定速度和位置的控制。
实验原理：PID控制器是一种常用的闭环控制方法，用于控制系统的稳定性和精确性。
PID控制器根据当前的误差信号，通过P（比例）、I（积分）、D（微分）三个控制器的作用，调节输出信号，使误差信号趋近于零。
具体的PID控制算法如下：- P（比例）控制器：将误差信号与比例增益Kp相乘，得到一个与误差相关的控制量。
比例增益越大，响应速度越快，但可能导致超调。
- I（积分）控制器：将误差信号积分得到一个与误差面积相关的控制量。
积分控制器主要用来抵消系统静差，提高系统的稳定性。
- D（微分）控制器：将误差信号的微分得到一个与误差变化趋势相关的控制量。
微分控制器主要用来预测误差的变化趋势，提高系统的动态响应性能。
实验器材：- 电机- PID控制器- 控制器接口- 电源- 电压表- 电流表- 编码器实验步骤：1. 将电机连接到电源和PID控制器，确保电路正确连接。
2. 设置控制器接口的参数，包括控制模式、PID参数等。
3. 运行控制器，设置目标速度或位置。
4. 实时监测电机的电流和速度，并记录数据。
5. 根据实验数据，分析电机的响应特性，包括超调量、调节时间等。
实验结果：根据实验数据，通过PID控制器可以控制电机的速度和位置，实现了较好的控制效果。
调节PID参数可以调整电机的响应速度和稳定性。
根据实验数据，可以计算出电机的超调量、调节时间等指标，评估控制器的性能，并进行优化。
实验结论：通过实验验证了PID控制器在电机控制中的应用，并验证了PID控制器的稳定性和精确性。
通过调节PID参数，可以实现不同的控制效果，满足不同的应用需求。
通过实验数据的分析，可以评估控制器的性能，并进行优化。
PID直流电机转速控制实验报告
STC89C52 参数
STC89C52 基本参数
FLASH (bytes)
8K
RAM (Bytes)
256
最大频率 (MHz)
24
11
Vcc (V)
5±20%
STC89C52 其他特性
I/O 引脚
32
ISP
--
STC89C52 封装类型
PDIP40, PLCC44, TQFP44, PQFP44
2.2 直流电机驱动芯片 ULN2803 的设计
5
Ea = Ceфn=Ke n 可知 1.电刷两端的感应电势与电机的转速成正比。 2.直流发电机能够把转速信号换成电势信号，从而用来测
速。 自动控制系统对测速发动机的要求为：1.输出电压与转速的关 系曲线为线性。2.输出特性的斜率要大。3.温度变化对输出特 性的影响要小。4.输出电压的波纹要小。5.正反转两个方向的 输出特性要一致。 图中实线为直流测速发电机的理想输出特性，虚线为实际输出 特性，实际特性与要求的线性特性之间存在误差，且该误差与 负载电阻有关。
电机每转一圈,每一相霍尔传感器产生 2 脉冲,且其周期与 电机转速成反比,因此可以利用霍尔传感器信号得到电机的实 际转速。为尽可能缩短一次速度采样的时间,可测得任意一相霍 尔传感器的一个正脉冲的宽度,则电机的实际转速为：
V=N*30; V:速度 R/min N:每秒采样的脉冲个数 霍尔传感器输出的是脉冲，可以直接将输出脉冲接入单片 机外部计数器，故而非常简单实用。
1.4.1 模拟 PID 控制规律的离散化
模拟形式
离散化形式
e(t) r(t) c(t)
e(n) r(n) c(n)
de(t ) dT
t
0 e(t)dt
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c(t)
直流电机
1.2 直流电机调速方式的选取 直流无刷电机由电动机、转子位置传感器和电子开关线路三
部分组成。直流电源通过开关线路向电动机定子绕组供电，电 动机转子位置由位置传感器检测并提供信号去触发开关线路中 的功率开关元件使之导通或截止，从而控制电动机的转动。在 应用实例中，磁极旋转，电枢静止，电枢绕组里的电流换向借 助于位置传感器和电子开关电路来实现。电机的电枢绕组作成 三相，转子由永磁材料制成，与转子轴相连的位置传感器采用 霍尔传感器。3600 范围内，两两相差 1200 安装，共安装三个。 为了提高电机的特性，电机采用二相导通星形三相六状态的工 作方式。开关电路采用三相桥式接线方式。
2
一、系统总体设计
1.1 直流电机转速开环控制与闭环控制的选取 对直流电机转速的控制有一般有两种方式，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。
n e(i) TD
i0
T
e(n) e(n 1) u0
uP (n) uI (n) uD (n) u0
式中 uP (n) KPe(n)
称为比例项
uI
( n)
KP
T TI
n
e(i)
i0
称为积分项
uD
(n)
KP
TD T
e(n)
e(n
1)
称为微分项
1.4.3 常用的控制方式
8
1、P 控制 2、PI 控制 3、PD 控制 4、PID 控制
10
其主要功能特性: 1、兼容 MCS51 指令系统 2、8k 可反复擦写(大于 1000 次）Flash ROM； 3、32 个双向 I/O 口； 4、256x8bit 内部 RAM； 5、3 个 16 位可编程定时/计数器中断； 6、时钟频率 0-24MHz； 7、2 个串行中断，可编程 UART 串行通道； 8、2 个外部中断源，共 8 个中断源； 9、2 个读写中断口线，3 级加密位； 10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能； 11、有 PDIP、PQFP、TQFP 及 PLCC 等几种封装形式，以适应不 同产品的需求。
6
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔 效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855— 1938）于 1879 年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半 导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属 强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业 自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半 导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数， 能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率 等重要参数。
直流测速发电机的优点是原理简单，且在一定范围内能够满足 系统的需求。缺点是其输出的是电压值，如果使用在数字信号 电路里是必须得用 AD 转换芯片转化成数字信号。而且其需要处 于线性区，但是现实中线性的系统基本上很少，故而现在已经 不常用。鉴于本实验使用的是单片机控制系统，故而此测速方 式不适用。 1.3.2 霍尔传感器测速
电机每转一圈,每一相霍尔传感器产生 2 脉冲,且其周期与 电机转速成反比,因此可以利用霍尔传感器信号得到电机的实 际转速。为尽可能缩短一次速度采样的时间,可测得任意一相霍 尔传感器的一个正脉冲的宽度,则电机的实际转速为：
V=N*30; V:速度 R/min N:每秒采样的脉冲个数 霍尔传感器输出的是脉冲，可以直接将输出脉冲接入单片 机外部计数器，故而非常简单实用。
或 PMOS 优化。它的最大额定值为如下表：
ULN2803 是 一 个 7 路 反 向 器 电 路 ， 即 当 输 入 端 为 高 电 平 时
12
ULN2803 输出端为低电平，当输入端为低电平时 ULN2803 输出端 为高电平，继电器得电吸合。 本次试验驱动电路如下：
通过在 1B 接口输入 PWM 波形，1C 口输出相反电平。
u(n) uP (n) u0 u(n) uP (n) uI (n) u0 u(n) uP (n) uD (n) u0 u(n) uP (n) uI (n) uD (n) u0
1.4.4 PID 算法的两种类型
1、位置型控制――例如图 5－1－5 调节阀控制
u(n)
KP
e(n)
2.3 lcd 显示给定速度和实际速度模块
课程设计
课程名称 计算机控制技术 题目名称 PID 直流电机转速控制 学生学院 专业班级 学号 学生姓名 指导教师
2013 年 06 月 17 日
1
目录
一、 系统总体设计……………………………………………………3 二、 硬件设计…………………………………………………………10 三、 软件设计…………………………………………………………16 四、结果分析……………………………………………………………21 五、实验总结及体会……………………………………………………21 六、附录…………………………………………………………………22
基于直流电机的特性,本次试验使用的是 PWM 脉宽调制方 法。脉宽调制 (PWM)是利用数字输出对模拟电路进行控制的一 种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能 量。PWM 具有很强的抗噪性，且有节约空间、比较经济等特 点。模拟控制电路有以下缺陷:模拟电路容易随时间漂移，会产 生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。而在用了 PWM 技术后，避免了以上的缺陷，实现了用数字方式来控制模拟信 号，可以大幅度降低成本和功耗。PWM 对调速系统来说，系统
此驱动
芯片采用的是高
电压大电流
八达林顿晶体管
阵列,该阵列
的八个 NPN 达林
顿管连接晶
体管是低逻辑电
平数字电路和大电流高电压要求的灯、继电器、打印机和其他类似负
载间的接口的理想器件。广泛应用于计算机，工业和消费类产品中。
所有器件有集电极开路输出和用于瞬变抑制的续流二极管。ULN2803
的设计与标准 TTL 系列兼容，而 ULN2804 可使 6 至 15 伏高电平 CMOS
STC89C52 参数
STC89C52 基本参数
FLASH (bytes)
8K
RAM (Bytes)
256
最大频率 (MHz)
24
11
Vcc (V)
5±20%
STC89C52 其他特性
I/O 引脚
32
ISP
--
STC89C52 封装类型
PDIP40, PLCC44, TQFP44, PQFP44
2.2 直流电机驱动芯片 ULN2803 的设计
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的响应速度和稳定精度等指标比较好;电枢电流的脉动量小，容 易连续，而且可以不必外加滤波电抗也可以平稳工作;系统的调 速范围宽;使用元件少、线路简单。
PWM 的原理： 理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上 时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环 节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。 用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波 N 等 分，看成 N 个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲 代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规 律变化。脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其 占空比与信号的瞬时采样值成比例。图 1 所示为脉冲宽度调制系统的 原理框图和波形图。该系统有一个比较器和一个周期为 Ts 的锯齿波 发生器组成。语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数 A， 否则输出 0。因此，从图 1 中可以看出，比较器输出一列下降沿调制 的脉冲宽度调制波。
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测量霍尔元件和光电编码器，发现光电编码器的灵敏度更高， 且其价格便宜。最关键的是它很好用。
1.4 系统控制算法的选取 控制算法是微机化控制软件系统的一个重要组成部分，可以说 整个系统的控制功能主要由控制算法来实线。所以控制算法的 好坏直接决定了这个系统的好坏。根据偏差的比例（P）、积分 （I）、微分（D）进行控制，称为 PID 控制。它能满足相当多 工业对象的控制要求，至今仍是一种应用最广的控制算法。由 于是用单片机控制的系统，故而我们采用数字 PID 控制。
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PID 增量型控制算法。
1.5 系统总体设计 用 AT89C52 单片机作为控制核心；用 uln2003 驱动电机转动，用 pwm 波来控制此芯片间接控制电机转速；用光电编码器测速进行 反馈；用复位开关进行电机给定速度的调节，由加速键，减速键 和清零键构成。如图：
驱动电路
PWM
直流电机
STC89C52 单片机
T TI
n i0
e(i)
TD T
e(n)
e(n
1)
u0
2、增量型控制――例如图 5－1－6 步进电机控制
u(n) u(n) u(n 1)
KP e(n) e(n 1)
KP
T TI
e(n)
KP
TD T
e(n) 2e(n 1) e(n 2)
由于控制的是直流电机，当执行机构采用控制直流电机的 直流 PWM 装置和晶闸管整流装置时，可以采用数字 PID 位置型 控制算法；当执行结构采用步进电机，每个采样周期控制输出 的控制量时，是相对于上次控制量的增加，故此时要采用数字
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Ea = Ceфn=Ke n 可知 1.电刷两端的感应电势与电机的转速成正比。 2.直流发电机能够把转速信号换成电势信号，从而用来测