第9章 综合举例及综合设计分析

第九章综合举例及综合设计1第九章综合设计及综合举例§9-1综合设计§9-2综合举例内容提要:第九章综合举例及综合设计2§9-1综合设计秒计数（每隔一秒加一）按下4个按键任何一个可切换1、AD平均值显示2、秒计时器显示。第九章综合举例及综合设计3要求：1、AD转换采用查询方式并进行数字滤波；要进行按键去抖动（去除键按下过程中前沿抖动和后沿抖动影响）；秒计数器采用实时时钟中断方式计时（参考第3章课件32-39以及书本）。2、给出完整的程序和注释，以及各程序功能模块实现机理说明。3、不要求经过实际调试。参考：人的按键过程第九章综合举例及综合设计4§9-2综合举例数字PID控制器PWM驱动电路直流电机测速电路给定值在电机的运行控制中，通常采用脉冲宽度调制(PWM)技术。利用大功率晶体管的开关作用，PWM将直流电源调制成具有一定频率的宽度(脉冲占空比α)可调的方波脉冲电压，加在直流电机的电枢上，单片机把检测到的电机转速与设定的转速进行比较，通过数字PID调节对方波脉宽进行调制，从而改变电枢电压相序及平均值，实现对电机转速的控制。第九章综合举例及综合设计5tτ占空比D=tτPWM控制脉冲脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，PWM）控制是通过改变输出脉冲的占空比，实现对直流电机的调速控制。用这种方法，直流电机通电的时候速度增加，直流电机断电的时候速度减少，只要按一定的周期改变通断电的时间，直流电机的速度就可以达到一个稳定值。改变通断电的时间可以用调整PWM控制脉冲的占空比D（D=t/τ）实现。第九章综合举例及综合设计6为了得到与目标速度的偏差，要利用电机解码器或者其他的转速传感器测量当前驱动电机的速度。利用安装在电机系统里的霍尔测速元件测量电机的转速并将转速信号输出构成反馈量。在给定参数的情况下，控制器应用PID算法计算控制量并输出控制直流电机的运转。NSH信号处理电路MCU计数模块M磁转子M旋转的同时，使霍尔元件H的磁极（N、S）产生变化，通过信号处理电路输出矩形波信号，从而检测转子的转速。第九章综合举例及综合设计7PID控制PID控制由于算法简单、鲁棒性好和可靠性高等特点，被广泛应用于工业控制中。（1）比例（I）控制调节规律：其中：u：调节器输出；KP：比例系数；e(t)：调节器输入（通常是偏差信号）。比例调节器的输出信号与输入信号成比例关系。只要输入出现偏差，调节器就能及时产生与输入成比例的控制信号。比例调节的作用主要取决于比例系数Kp。Kp大，调节作用强而且动态特性好。但Kp太大会引起自激震荡。PuKet第九章综合举例及综合设计8（2）比例积分（PI）控制调节规律：其中：TI：积分常数。由于比例调节存在静差从而降低调节精度。消除静差的方法是增加积分调节作用。对于PI调节器，只要e(t)存在，就一定有积分作用。积分的存在使执行器在调节器的输出作用下不断变化，直到达到新的稳定值并消除静差。1PIuKetetdtT第九章综合举例及综合设计9（3）比例微分（PD）控制调节规律：其中：TD是微分常数。在控制对象有较大的惯性特性时，使用PD调节。微分调节的作用使输出只能反应偏差变化的速度。对于输入不变化的偏差信号，不会产生微分调节作用。微分作用不会消除静差，只能在偏差出现的时候产生一个比较大的调节作用。()PDdetuKetTdt第九章综合举例及综合设计10（4）比例积分微分（PID）控制调节规律：将比例，微分，积分作用结合在一起，就形成了PID调节规律。在加有PID调节器的系统里，对输入采样信号首先是施加比例微分调节规律，产生强烈快速的调节作用，然后再施加积分作用消除输出静差。不论从静态特性还是动态特性看，使用PID调节规律都使调节品质得到很好改善。1()PDIdetuKetetdtTTdt第九章综合举例及综合设计11PID调节器参数整定方法在用PID调节器控制的系统里，对系统性能产生影响的是4个参数KP、TI、TD和采样周期T。它们对系统的影响分别如下。比例系数KP：加大KP可以加快系统的响应，对有静差的系统可以减少静差。过大的KP会使系统有较大的超调并产生震荡，系统的稳定性变差。微分时间常数TD：加大TD可以加快系统响应，减少超调量，增加系统的稳定性。但是系统对扰动的抑制能力减弱。积分时间常数TI：加大TI可以消除静差，减少超调量，增加系统稳定性。但加大积分时间常数TI会减慢系统静差消除的速度。第九章综合举例及综合设计12PID常用口诀：参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加曲线振荡很频繁，比例度盘要放大曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动周期长，积分时间再加长曲线振荡频率快，先把微分降下来动差大来波动慢。微分时间应加长理想曲线两个波，前高后低4比1一看二调多分析，调节质量不会低第九章综合举例及综合设计13数字PID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，在计算机控制系统中必须对控制规律进行离散化的算法设计。电机测控系统为一时间离散控制系统，可以采用数字式的差分方程来代替连续系统的微分方程，从而将PID算式离散化。TkekedtdejeTedtkjt)1()()(00)]}1()([)()({)(0kekeTTjeTTkeKkukjdip位置型PID算法：第九章综合举例及综合设计14直流电机驱动模块MCUorDSPMotor+5VVPWRCCPFSIN1IN2D1D2GNDOUT1OUT2VPWR第九章综合举例及综合设计15第九章综合举例及综合设计16控制软件的编写，见书本。第九章综合举例及综合设计17谢谢！