基于dsp直流电机调速毕业论文

基于dsp直流电机调速毕业论文内容摘要：

111   iiiDiIiipii eeeTTeTTeeKuu 式 5 式 4称为增量型 PID控制算式；式 5称为递推型 PID 控制算式； 增量型控制算式具有以下优点： (a)计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，因而误动作影响小； (b)在 i 时刻的输出 iu ，只需用到此时刻的偏差，以及前一时刻，前两时刻的偏差 1ie 、 2ie ，和前一次的输出值 1iu ，这大大节约了内存和计算时间； (c)在进行手动 — 自动切换时，控制量冲击小，能够较平滑地过渡。 控制过程的计算机要求有很强的实时性，用微型计算机作为数字控制器时，由于字长和运算速度的限制，必须采用必要的方法来加快计算速度。 下面介绍简化算式的方法。 按照式 5表示的递推型 PID 算式 ，计算机每输出一次 iu ，要作四次加法，两次减法，四次乘法和两次除法。 若将该式稍加合并整理写成如下形式： 211 )21()1(   iDpiDpiDIpii eTTKeTTKeTTTTKuu 221101   iiii eaeaeau 式 6 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 6 式中系数 0a 、 1a 、 2a 可以离散算出，从而加快了算法程序的运算速度。 按式 6编制的数字控制器的程序框图如下图 所示： 图 数字控制器的程序框图 数字 PID控制器的参数整定 在实际控制系统中，控制算式一旦确定，比例、积分和微分参数的整定就成为重要的工作。 控制效果的好坏在很大程度上取决于这些参数选择得是否得当。 关于 PID 控制参数整定方法有很多。 通常首先要对工业对象的动态特性作某种简 单假设。 因此，由这些整定方法得到的参数值在使用时不一定是最佳的，往往只作为参考值。 在实时控制中，还要在这些值附近探索，找出实用中有效的最佳值。 下面介绍 PID 参数的工程整定法中常用的凑试法： 凑试法是通过模拟或实际的闭环运行情况、观察系统的响应曲线，然后根据各调节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的响应，从而确定 PID 控制器中的三个调节参数。 在凑试时，对参数的调整步骤为先比例，后积分，再微分的整定步骤，即： （ 1）先整定比例部分：将比例系数 pK 由小调大，并观察相应的系统响应趋势，直到得到反应快、超调小的响应曲线。 如果系统没有静差或静差已小到允许范围之内，同时响应曲线已较令人满意，那么只须用比例调节器即可，最优比例系数也由此确定。 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 7 （ 2）如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则须加入积分环节。 整定时一般先置 — 个较大的积分时间系数 IT ，同时将第一步整定得到的比例系数 pK 缩小一些（比如取原来的 80％），然后减小积分时间系数使在保持系统较好的动态性能指标的基础 上，系统的静差得到消除。 在此过程中，可以根据响应曲线的变化趋势反复地改变比例系数 pK 和积分时间系数 IT 从而实现满意的控制过程和整定参数。 （ 3）如果使用比例积分控制器消除了偏差，但动态过程仍不尽满意，则可以加入微分环节，构成 PID 控制器。 在整定时，可先置微分时间系数 DT 为零，在第二步整定的基础上，增大微分时间系数 DT ，同时相应地改变比例系数 pK 和积分时间系数 IT ，逐步凑试，以获得满意的调节效果和控制参数。 值得一提的是， PID 三个参数可以互相补偿，即某一个参数的减小可由其他参数增大或减小来补偿。 因此用不同的整定参数完全可以得到相同的控制效果，这也决定了 PID 控制器参数选取的非唯一性。 另外，对无自平衡能力的对象，则不应包含积分环节，即只可用比例或比例微分控制器。 在实时控制过程中，只要被控对象的主要性能指标达到了设计要求，就可以选定相应的控制器参数为最终参数。 目前，工程上仍广泛使用实验方法和经验方法来整定 PID 的调整参数，称为PID 参数的工程整定方法。 这种方法的最大优点在于整定参数不必依赖被控对象的数学模型。 简易工程整定法是由经典的频率法简化而来的，虽然粗糙一点，但是简单易行，适于现场的实时控制应用。 如扩充临界比例度法、扩充响应曲线法。 PID 控制算法的改进 任何一种执行机构都存在一个线性工作区。 在此线性区内，它可以线性地跟踪控制信号，而当控制信号过大，超过这个线性区，就进入饱和区或截止区，其特性将变成非线性特性。 同时，执行机构还存在着一 定的阻尼和惯性，对控制信号的响应速度受到了限制。 因此，执行机构的动态特性也存在一个线性工作区。 控制信号的变化率过大也会使执行机构进入非线性区。 前述标准 PID位置式算法中积分项控制作用过大将出现积分饱和，增量式算法中微分项和比例项控制作用过大将出现微分饱和，都会使执行机构进入非线性区，从而使系统出现过大的超调和持续振荡，动态品质变坏。 为了克服以上两种饱和现象，避免系统的过大超调，使系统具有较好的动态指标，必须使 PID 控制器输出的控制信号受到约束，即对标准的 PID 控制算法进行改进，并主要是对积分项和微分项的改进。 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 8 （ 1）饱和作用的抑制 无论采用何种计算方法，其控制输出从数学上讲可在 )( ， 范围内取值，但物理执行元件的机械和物理性能是有约束的，即输入 )(tu 的取值是在有限范围内，表示为 maxmin uuu  ，同时其变化率也受限制，表示为 maxuu  。 控制系统在开工、停工或者大幅度提降给定位等情况下，系统输出会出现较大的偏差，这种较大偏差，不可能在短时间内消除，经过积 分项累积后，可能会使控制量 )(ku 很大，甚至超过执行机构的极限 maxu。 另外，当负误差的绝对值较大时，也会出现 minuu 的另一种极端情况。 显然，当控制量超过执行机构极限时，控制作用必然不如应有的计算值理想，从而影响控制效果。 这类现象在给定值突变时容易发生，而且在起动时特别明显，故称“起动效应”。 为了克服积分饱和作用，已有许多有效的修正算法，较常用的有“积分分离法”。 （ 2）干扰的抑制 PID 控制算法的输入量是误差 e。 在进入正常调节后，由于输出 y 已接近输入 u ， e 的值不会太大。 所以相对而言，干扰值的引入对调节有较大的影响。 对于干扰，除了采用抗干扰措施，进行硬件和软件滤波之外，还可以通过对 PID控制算法进行改进，进一步克服干扰的影 响。 如“四点中心差分法”、“不完全微分 PID 算法”等等。 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 9 第 二章 系统的硬件设计 整体设计思想 本实验通过霍尔片的输出端 HROUT 接入 DSP 的外部中断 1 来检测直流电机的转速，与程序中的给定量相比较，通过 PID 调节输出一路 PWM 波作为反馈输出到直流电机的 MOT端，从而控制直流 电机的转速。 硬件接线原理图如图 图 硬件接线原理图 基本硬件组成 图 系统功能框图 直流电动机单元： 该单元由电压调整、驱动电路、速度检测反馈电路组成。 由系统板送来的电 D/A 模块 CPU 直流电机模块 电源模块 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 10 压信号与可调节的基准电压经加法运算后，输 出驱动直流电机运行；速度检测、反馈电路由于电机同轴转的转盘上的强力磁钢、霍尔磁感应放大器、单周期速度信号采集器组成，当与电机同轴运行的转盘上的磁钢与霍尔片正对时，霍尔片输出负电压，经整形、放大，供系统采集。 D/A 转换单元： 数模转换采用 DAC08 芯片，分辨率 8 位，精度 1LSB，转换时间 85ns。 本实验系统中， DAC08 采用对称偏移二进制输出方式，输出电压范围 5V— +5V。 底板 DAC08 参考电压 Vref=+5V；输入 00h，输出电压 5V；输入 ffh，输出电压+5V。 D/A 单元原理框图如图。 CPU单元： 由于 CPU与 D/A 单。