基于数字pid控制的直流伺服电机控制系统设计

基于数字pid控制的直流伺服电机控制系统设计内容摘要：

PID参数 整定。 ① 打开 Matlab 的 Simulink，新建 .m 文件。 ② 输入如下程序并保存。 num=conv(100,15)。 den=conv([1,0],conv([,1],[,1]))。 g=tf(num,den)。 kp=。 gc=feedback(g*kp,1)。 t=0::10。 step(gc,t)。 grid on。 ③ 运行上述程序得到下图： 控制度 控制规律 T PK IT DT 1.05 PI Td t/Td 4 Td 1.05 PID 5Td t/Td Td 5 Td 1.20 PI Td t/Td Td 1.20 PID 6Td t/Td Td 5 Td 1.50 PI Td t/Td Td 1.50 PID 4Td t/Td 2 Td 5 Td 2.00 PI Td t/Td Td 2.00 PID Td t/Td Td 2 Td 8 从而求出临界比例度 K =1/Kp=1/= KT == 选择控制精度为 ，则 T= = PK = K = IT = KT = DT = KT = ④再运行如下程序： num=conv(100,15)。 den=conv([1,0],conv([,1],[,1]))。 gg=tf(num,den)。 kp=。 tu=。 detak=1/。 T=*tu。 kp=*detak。 ti=*tu。 td=*tu。 T,kp,ti,td 9 s=tf(39。 s39。 )。 gc=kp*(1+1/(ti*s)+td*s)。 gcg=feedback(gg*gc,1)。 t=0::10。 figure(1)。 step(gcg)。 ggd=c2d(gg,T,39。 zoh39。 )。 d0=1+T/ti+td/T。 d1=12*td/T。 d2=td/T。 numd=kp*[d0 d1 d2]。 dend=[1 1 0]。 dd=tf(numd,dend,T)。 sysd=feedback(ggd*dd,1)。 figure(2)。 step(sysd)。 得到下图： 10 所以所整定的参数满足系统要求。 3 硬件的设计和实现 硬件的设计是软件实现的基础，为软件提供平台。 单片机模块 单片机 80C51 介绍： 80C51属于 MCS51系列单片机，由 Intel 公司开发，其结构是 8048 的延伸，改进了 8048 的缺点，增加了如乘（ MUL）、除（ DIV）、减（ SUBB）、比较（ CMP）、16 位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和 5个中断源。 采用 40引脚双列直插式 DIP（ Dual In Line Package），内有 128 个 RAM 单元及 4K 的 ROM。 80C51 有两个 16 位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有 4 个 8 位并行输入口。 80C51 内部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用 12MHz 的晶振频率。 由于 80C51 的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故采用来作为控制核心。 由于直流电机控制系统比较简单，数字 PID 算法采用软件方式实现 比较简单 ，占用的内存比较少，因此选择我们比较熟悉的单片机 80C51 作为数字控制器。 11 下面介绍单片机各个端口在系统中的作用和功 能： （ 1） P0 口有三个功能 外部扩展存储器时，当做数据总线（ D0~D7 为数据总线接口） 外部扩展存储器时，当作地址总线（ A0~A7 为地址总线接口） 不扩展时，可做一般的 I/O 使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。 系统中 P0 口即用作数据总线也作地址总线。 （ 2） P1 口只做 I/O 口使用：其内部有上拉电阻。 用来判断是否有新的位移给定值输入。 用来增加或右移数码管显示的各位数值。 用来减少或左移数码管显示 的各位数值。 用来确认数码管显示数值的输入。 （ 3） P2 口有两个功能： 扩展外部存储器时，当作地址总线使用 做一般 I/O 口使用，其内部有上拉电阻； 系统中 P2 口用作一般 I/O 口。 ，从而实现动态显示。 用来控制数码管段码数值的锁存。 用来控制数码管位码数值的锁存。 作为 DAC0832 的片选控制信号。 作为 ADC0809 的片选控制信号。 12 （ 4） P3 口有两个功能： 除了作为 I/O 使用外（其内部有上拉电阻）， 还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。 用来判断 ADC0809 转换是否结束。 用来作写入信号。 用来作读出信号。 ALE/PROG 地址锁存控制信号：在系统扩展时， ALE 用于控制把 P0口的输出低 8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。 ALE 有可能是高电平也有可能是低电平，当 ALE 是高电平时，允许地址锁存信号，当访问外部存储器时， ALE 信号负跳变（即由正变负）将 P0 口上低 8 位地址信号送入锁存器。 当 ALE 是低电平时， P0口上的内容和锁存器输出一致。 在没有访问外部存储器期间 ， ALE 以 1/6 振荡周期频率输出（即 6分频），当访问外部存储器以 1/12 振荡周期输出（ 12 分频）。 从这里我们可以看到，当系统没有进行扩展时 ALE会以 1/6振。