直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測量與控制課程設(shè)計(jì)

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)姓 名: 專 業(yè): 學(xué) 號: 所在學(xué)院: 電氣學(xué)院 2014年1月16日目 錄一、設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容3二、實(shí)驗(yàn)原理3三、功能模塊簡介4四、系統(tǒng)原理圖7五、控制算法設(shè)計(jì)及程序流程圖8六、心得體會10附錄一、設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容1、了解霍爾器件的工作原理；2、掌握利用微機(jī)技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)速測量與控制的基本原理和方法。3、采用PID控制算法實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的測控，并利用FD-ST8088A實(shí)驗(yàn)軟件平臺動態(tài)顯示轉(zhuǎn)速大小等信息，轉(zhuǎn)速給定由鍵盤置入。電機(jī)轉(zhuǎn)速特性見表1。表 1：電機(jī)轉(zhuǎn)速控制特性參考表（5V/42mA）Vb1.241.251.31.391.491.741.841.972.152.242

2、.83.54.6Vc2.762.742.72.62.81.510.80.30.20.10.080.06備注停速爬速啟速閥值高速4、采用模塊化結(jié)構(gòu)編制測控程序，定時(shí)中斷和測速利用8253 T0、T1編制相應(yīng)的服務(wù)程序,顯示相關(guān)信息調(diào)用INT14。5、 將調(diào)速系統(tǒng)按接線圖連接無誤后，再將編好的源程序匯編、鏈接，形成可執(zhí)行文件并下載到FD-SJ8088進(jìn)行調(diào)試、運(yùn)行，直到滿意為止。二、實(shí)驗(yàn)原理 轉(zhuǎn)速是工程上一個(gè)常用參數(shù)，旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速常以每秒鐘或每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)來表示。轉(zhuǎn)速測量方法很多，由于轉(zhuǎn)速是以單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)來衡量，再變換過程中大多是有規(guī)律的重復(fù)運(yùn)動；霍爾開關(guān)傳感器由于其體積小，無接觸動態(tài)特性好，使用

3、壽命長等特點(diǎn)，在測量旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用?；魻柶骷怯砂雽?dǎo)體材料制成的一種薄片，在垂直于平面方向上施加外磁場B，在沿平面方向兩端加外電場，則使電子在磁場中運(yùn)動，結(jié)果在器件的兩個(gè)側(cè)面之間產(chǎn)生霍爾電勢，其大小和外磁場的磁場強(qiáng)度及電流大小成比例。本設(shè)計(jì)選用SPRAGUE300系列霍爾開關(guān)傳感器3013T，它是一種硅單片集成電路，內(nèi)含穩(wěn)壓電路、霍爾電勢發(fā)生器、放大器、施密特觸發(fā)器和集電極開路輸出電路，器件采用三端平塑封裝，引出端符號如下：引出端序號123功 能電源地輸出符 號VC1GNDOUT根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將一塊永久磁鐵固定在電機(jī)封軸上的轉(zhuǎn)盤邊沿，轉(zhuǎn)盤歲北側(cè)軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也跟著同步旋轉(zhuǎn)，

4、在轉(zhuǎn)盤附近安置一個(gè)霍爾器件3013T，則霍爾器件首次剛所產(chǎn)生的磁場影響輸出脈沖信號，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比，測出該脈沖的周期或頻率即可計(jì)算出轉(zhuǎn)速。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與施加于電機(jī)兩端的電壓、電流大小有關(guān),本設(shè)計(jì)利用DAC0832控制輸出到直流電機(jī)的電壓, 電流值即通過控制DAC0832 的模擬輸出信號量來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)測出電機(jī)轉(zhuǎn)速小于設(shè)定值時(shí)增大D/A輸出電壓; 當(dāng)測出電機(jī)轉(zhuǎn)速大于設(shè)定值時(shí)減小D/A輸出電壓,從而使電機(jī)以某一速度恒速旋轉(zhuǎn)。為簡化設(shè)計(jì)，控制算法可采用簡單的比例調(diào)節(jié)器算法（簡單的加一、減一法）。比例調(diào)節(jié)器的輸出為：y=Kpe(t)式中：Y調(diào)節(jié)器的輸出e(t)調(diào)節(jié)器的輸入，一般為偏差值KP

5、比例系數(shù)從上式可以看出，調(diào)節(jié)器的輸出Y與輸入偏差值e(t )成正比。因此，只要偏差e(t)一出現(xiàn)就產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)，這是一種最基本的調(diào)節(jié)規(guī)律。比例調(diào)節(jié)作用的大小除了與偏差e(t)有關(guān)外，主要取決于比例系數(shù)Kp，比例調(diào)節(jié)系數(shù)愈大，調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，動態(tài)特性也越大。反之，比例系數(shù)愈小調(diào)節(jié)作用越弱。對于大多數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，Kp太大時(shí)將會引起自激振蕩。比例調(diào)節(jié)的主要缺點(diǎn)是存在靜差，對于擾動較大慣性也比較大的系統(tǒng)，若采用單純的比例調(diào)節(jié)器就難于兼顧動態(tài)和靜態(tài)特性，而需采用PI或PID算法。三、功能模塊簡介DAC0832DAC0832是8位并行、電流型D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。這個(gè)芯片接口簡

6、單、轉(zhuǎn)換控制容易。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。圖1：DAC0832DAC0832有如下3種工作方式：1 單緩沖方式。2 雙緩沖方式。3 直通方式。本實(shí)驗(yàn)采用單緩沖方式。82538253有6種工作方式：（1） 方式0：計(jì)數(shù)結(jié)束中斷（2） 方式1：可編程單穩(wěn)脈沖（3） 方式2：頻率發(fā)生器（分頻器）（4） 方式3：方波發(fā)生器（5） 方式4：軟件觸發(fā)選通信號（6） 方式5：硬件觸發(fā)選通信號本實(shí)驗(yàn)采用方式2和4。8259A主要功能：在有多個(gè)中斷源的系統(tǒng)中，接受外部的中斷請求，并進(jìn)行判斷，選中當(dāng)前優(yōu)先級最高的中斷請求，再將此請求送到CPU的INTR

7、端；當(dāng)CPU響應(yīng)中斷并進(jìn)入中斷子程序的處理過程后，中斷控制器仍負(fù)責(zé)對外部中斷請求的管理。初始化命令字1寄存器（ICW1）說明見圖2所示。圖2: 初始化命令字1寄存器初始化命令字2寄存器（ICW2）說明見圖3所示。圖3: 初始化命令字2寄存器初始化命令字4寄存器（ICW4）說明見圖4。圖4: 初始化命令字4寄存器LM324圖 5：LM324引腳圖74LS13874LS138為3線8線譯碼器，其工作原理如下：當(dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選通端（(/E2)和/(E3)）為低電平時(shí)，可將地址端（A0、A1、A2）的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。圖 6：74LS138引腳圖三極

8、管電極的判別己知三極管類型及電極,用指針式萬用表判別三極管好壞的方法如下: 測 NPN 三極管:將萬用表歐姆擋置 R 100 或 R lK 處,把黑表筆接在基極上,將紅表筆先后接在其余兩個(gè)極上,如果兩次測得的電阻值都較小,再將紅表筆接在基極上,將黑表筆先后接在其余兩個(gè)極上,如果兩次測得的電阻值都很大,則說明三極管是好的。 測 PNP 三極管:將萬用表歐姆擋置 R 100 或 R lK 處,把紅表筆接在基極上,將黑表筆先后接在其余兩個(gè)極上,如果兩次測得的電阻值都較小,再將黑表筆接在基極上,將紅表筆先后接在其余兩個(gè)極上,如果兩次測得的電阻值都很大,則說明三極管是好的。 H/xQH+Yx0M中華維修

9、論壇對于一只型號標(biāo)示不清或無標(biāo)志的三極管，要想分辨出它們的三個(gè)電極，也可用萬用表測試。先將萬用表量程開關(guān)撥在R100或R1k電阻擋上。紅表筆任意接觸三極管的一個(gè)電極，黑表筆依次接觸另外兩個(gè)電極，分別測量它們之間的電阻值，若測出均為幾百歐低電阻時(shí)，則紅表筆接觸的電極為基極b，此管為PNP管。若測出均為幾十至上百千歐的高電阻時(shí)，則紅表筆接觸的電極也為基極b，此管為NPN管。 Vo#Wvk fU在判別出管型和基極b的基礎(chǔ)上，利用三極管正向電流放大系數(shù)比反向電流放大系數(shù)大的原理確定集電極。任意假定一個(gè)電極為c極，另一個(gè)電極為e極。將萬用表量程開關(guān)撥在R1k電阻擋上。對于：PNP管，令紅表筆接c極，黑表

10、筆接e極，再用手同時(shí)捏一下管子的b、c極，但不能使b、c兩極直接相碰，測出某一阻值。然后兩表筆對調(diào)進(jìn)行第二次測量，將兩次測的電阻相比較，對于：PNP型管，阻值小的一次，紅表筆所接的電極為集電極。對于NPN型管阻值小的一次，黑表筆所接的電極為集電極。四、 硬件連線圖五、控制算法設(shè)計(jì)及程序流程圖控制算法設(shè)計(jì)：PID控制是一種應(yīng)用最廣泛的控制規(guī)律。數(shù)字PID控制算式又分為位置型和增量型兩種，分別如下式所示：本實(shí)驗(yàn)采用基本的位置式。程序流程圖： 六、心得體會通過為期一周半的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多。轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，雖然很簡單，但它是我們將理論應(yīng)用于實(shí)踐的第一步。硬件接線增強(qiáng)了自身的動手能力，并對硬件

11、電路有了更深的了解，對于以后自己動手設(shè)計(jì)系統(tǒng)有很大的幫助。對于程序設(shè)計(jì)，匯編語言的理解是一個(gè)大障礙。還好由于之前學(xué)習(xí)的匯編基礎(chǔ)并未完全忘記，加上對一些指令的溫習(xí)，很快就可以理解并運(yùn)用了。本次轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)雖然只包含一個(gè)反饋環(huán)，但由于對PID的理解只停留在理論上，對PID參數(shù)的整定更是毫無經(jīng)驗(yàn)，因此在整定PID參數(shù)時(shí)，還是遇到了很大的障礙。但這也是本次課程設(shè)計(jì)最大的收獲之一。自己通過網(wǎng)上學(xué)習(xí)，學(xué)會了一個(gè)PID整定口訣： 參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查。先是比例后積分，最后再把微分加。曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大。曲線漂浮繞大彎，比例度盤往小扳。曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降。曲線波動周期長，積分

12、時(shí)間再加長。曲線振蕩頻率快，先把微分降下來。動差大來波動慢，微分時(shí)間應(yīng)加長。理想曲線兩個(gè)波，前高后低四比一。一看二調(diào)多分析， 調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低。僅僅記住這個(gè)口訣是完全不夠的，關(guān)鍵在于多實(shí)踐，多總結(jié)，增加經(jīng)驗(yàn)，學(xué)會通過觀察被調(diào)量輸出曲線，來調(diào)節(jié)PID參數(shù)的大小，從而確定最佳參數(shù)。希望有更多這種實(shí)踐的機(jī)會，來提高自身的能力。附錄：程序清單;MOTOR.ASM;DC MOTOR ;SPEED 0-40 R/Smain proc fardata segment dataspeed db 20h getsp db 00h a0 db 3 a1 db 3 a2 db 1 b0 db 00h b1 db 00

13、h b2 db 00h m0 dw 00h m1 dw 00h outp db 40h ;存放u(k-1)waitt db 1 ;采樣時(shí)間count db 38 ;時(shí)鐘頻率為1/38data ends;code segment code assume cs:code,ds:data,es:databegin: mov ax,data ;將數(shù)據(jù)段段值送DS、ES mov ds,ax mov es,ax mov speed,cl mov ax,cs ;顯示MESS信息 mov es,ax mov bp,offset mtmess ;取MESS偏移地址給BP mov ah,4 ;置中斷向量，利用內(nèi)部

14、中斷 int 14h push ds ;置中斷處理程序 xor ax,ax mov ds,ax lea ax,ring mov ds:20h,ax ;中斷類型為08H，時(shí)鐘中斷 mov ax,cs mov ds:22h,ax mov al,13h ;8259初始化，置初始化命令字ICW1 out 20h,al mov al,08h ;置初始化命令字ICW2 out 21h,al mov al,0dh ;ICW4，中斷正常結(jié)束方式 out 21h,al mov al,0feh ;置操作命令字OCW1，僅IR0未被屏蔽 out 21h,al mov al,20h ;置操作命令字OCW2，令EOI為

15、1，結(jié)束中斷 out 20h,al pop ds call timer0 ;調(diào)用計(jì)數(shù)器0初始化程序 call timer1 sti mov al,0ffh out 09h,al out 08h,alrun: jmp run;ring: cli ;關(guān)中斷，中斷服務(wù)子程序 push ds ;保護(hù)現(xiàn)場 push ax push bx push cx push dx mov ax,data ;載入數(shù)據(jù)段 mov ds,ax dec count ;中斷次數(shù)COUNT-1，判斷是否為0，為0，1秒到 jnz exit mov count,38 ;恢復(fù)初值 call timer1 ;重置T1初值 dec w

16、aitt ;轉(zhuǎn)速采樣間隔WAITT-1，判斷是否為0，為0，1秒到 jnz exit mov waitt,1 ;恢復(fù)WITT為1 call adjustexit: pop dx ;恢復(fù)現(xiàn)場 pop cx pop bx pop ax pop ds mov al,20h ;8259操作命令字OCW2中EOI置1，結(jié)束中斷 out 20h,al sti ;中斷結(jié)束，返回 iret ;adjust: in al,41h ;從T1采樣轉(zhuǎn)速值賦給GETSP，讀入值為99H-脈沖數(shù) mov ah,al mov al,99h sub al,ah ;最 終為脈沖數(shù)，分高8位，低8位 das ;十進(jìn)制調(diào)整，結(jié)果為

17、十進(jìn)制數(shù) mov getsp,al mov ax,cs ;顯示SETMESS的字符串 mov es,ax mov bp,offset setmess mov ah,4 ;串行通信中斷調(diào)用，發(fā)送ES：BP開始的字符串 int 14h mov al,speed ;speed顯示十位 mov cl,4 sar al,cl add al,30h mov ah,1 int 14h mov al,speed ;speed顯示個(gè)位 and al,0fh add al,30h mov ah,1 int 14h mov ax,cs ;顯示GETMESS的字符串 mov es,ax mov bp,offset g

18、etmess mov ah,4 int 14h mov al,getsp ;getsp十位數(shù) mov cl,4 shr al,cl add al,30h mov ah,1 int 14h mov al,getsp ;getsp個(gè)位數(shù) and al,0fh add al,30h mov ah,1 int 14h mov ax,cs ;顯示 RSMESS mov es,ax mov bp,offset rsmess mov ah,4 int 14h mov al,speed ;碼制轉(zhuǎn)換 mov cl,4 shr al,cl mov dl,10 imul dl mov bl,al mov al,speed and al,0fh add bl,al mov bh,bl mov al,getsp ;碼制轉(zhuǎn)換 mov cl,4 sar al,cl mov dl,10 imul dl mov bl,al mov al,getsp and al,0fh add bl,al sub bh,bl mov sub0,bh ;計(jì)算e（k） mov al,bh mov dl,a0 ;取a0 imul dl ;取a0*e（k）放入AX mov m0,ax ;a0*e（k）暫存單元 mov al, b1 ;取e（k-1） mo