基于8088控制器的直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速

1、基于8088控制器的直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速摘要：在現(xiàn)實(shí)生活中的各個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)環(huán)節(jié)，都少不了電機(jī)的積極作用，所以，能夠控制好電機(jī)，一來(lái)能夠節(jié)約能耗，二來(lái)能使電機(jī)輸出我們所需要的效果，從而提高效率。 本課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)由AEDK-LabACT自控/計(jì)控原理實(shí)驗(yàn)箱中的直流電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率放大器、調(diào)節(jié)器（8088控制器） 、電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器、F/V轉(zhuǎn)換器等組成，本課程設(shè)計(jì)采用單閉環(huán)控制方案結(jié)合PID算法來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)；閉環(huán)調(diào)速；PID；8088控制器Based on the 8088 controller of DC motor contro Abstract：In real life

2、, each moving system links, not the motor positive role, therefore, to control the motor, thus can save energy, and can make the motor to output the result that we need, thus improving efficiency. The curriculum design of the system by AEDK-LabACT automation / control principle experiment box in the

3、 DC motor and a motor to drive the power amplifier, Regulator ( 8088 controller ), motor speed detecting sensor, F/V converter is composed, the curriculum design using a single closed loop control methodThe combination of PID algorithm to achieve the DC motor speed regulation. Key words：DC motor; cl

4、osed loop control; PID controller; 8088 II目 錄第 1 章 引言.11.1 背景 .11.2 選題的目的和意義 .11.3 本課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 .1第 2 章 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案.12.1 總體思想 .12.2 硬件組成及工作原理 .22.2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng).22.2.2 速度采集.3 2.3 軟件及算法 5 2.3.1 程序流程圖 5第 3 章 參數(shù)調(diào)試及數(shù)據(jù)分析.6 3.1 調(diào)整頻率/電壓 6 3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析 3.2.1 改變 Kp 6 3.2.2 改變 Ti 6 3.2.3 改變 Td 7第 4 章 結(jié)束語(yǔ) 9致謝.10參考文獻(xiàn).11附錄.

5、12成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告0第第 1 1 章章 引言引言1.1 背景在現(xiàn)實(shí)生活中的各個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)環(huán)節(jié)，都少不了電機(jī)的積極作用，所以，能夠控制好電機(jī)，一來(lái)能夠節(jié)約能耗，二來(lái)能使電機(jī)輸出我們所需要的效果，從而提高效率。電機(jī)調(diào)速問(wèn)題一直是自動(dòng)化領(lǐng)域中比較重要的問(wèn)題之一。不同領(lǐng)域與場(chǎng)合對(duì)電機(jī)的調(diào)速性能有著不同的要求。因此，不同的場(chǎng)合要求不同的調(diào)速方案。1.2 選題的目的和意義為了提高直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)性能，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中主要包括單閉環(huán)與雙閉環(huán)。而在對(duì)于調(diào)速指標(biāo)要求不高的情況下，通常采用單閉環(huán)控制系統(tǒng)就足夠達(dá)到要求了。閉環(huán)系統(tǒng)較之開(kāi)環(huán)系統(tǒng)就是把輸出信號(hào)通過(guò)傳感模塊反饋到輸入

6、端，與輸入信號(hào)相比較，其差值作為實(shí)際的輸入信號(hào)；能自動(dòng)調(diào)節(jié)輸入量，能提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。在對(duì)調(diào)速系統(tǒng)性能有較高要求的領(lǐng)域常利用直流電動(dòng)機(jī)，但直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性不能滿(mǎn)足要求，可利用轉(zhuǎn)速單閉環(huán)提高穩(wěn)態(tài)精度。1.3 本課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 1了解直流電動(dòng)機(jī)速度閉環(huán)控制隨動(dòng)系統(tǒng)的組成和工作原理。 2了解和掌握數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器控制參數(shù)的工程整定方法 3了解和掌握用 LabACT 實(shí)驗(yàn)箱數(shù)字 PID 實(shí)驗(yàn)被控過(guò)程。 4觀察和分析在標(biāo)準(zhǔn) PID 控制系統(tǒng)中，P.I.D 參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。 5掌握本實(shí)驗(yàn)機(jī)的 PID 控制算法中的特殊使用。 第第 2 2 章章 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案2.1 總

7、體思想本課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用 AEDK-LabACT 自控/計(jì)控原理實(shí)驗(yàn)箱中的直流電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率放大器、調(diào)節(jié)器（8088 控制器） 、電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器、F/V 轉(zhuǎn)換器等組成，組成框圖見(jiàn)圖 2-1。成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告1圖 2-1 直流電動(dòng)機(jī)速度閉環(huán)控制隨動(dòng)系統(tǒng)的組成框圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率放大器輸入/輸出電壓范圍：0+5V。電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)-F/V 轉(zhuǎn)換器輸出電壓范圍：0+5V，對(duì)應(yīng)于電機(jī)轉(zhuǎn)速為 03300 轉(zhuǎn)/分。上面框圖調(diào)節(jié)器采用的是計(jì)算機(jī)控制器（8088 控制器） ，通過(guò)在 AEDK-LabACT 軟件平臺(tái)上編 程，編譯，下載到實(shí)驗(yàn)箱中，通過(guò)在 AEDK-LabACT 軟件平臺(tái)上

8、的虛擬終端觀察波形，通過(guò)調(diào)節(jié)PID 參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。2.2 硬件組成及工作原理2.2.12.2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)（電機(jī)驅(qū)動(dòng)（DAC0832+驅(qū)動(dòng)電路）驅(qū)動(dòng)電路）電機(jī)驅(qū)動(dòng)硬件電路由兩部分組成：數(shù)模轉(zhuǎn)換+信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。數(shù)模轉(zhuǎn)換使用實(shí)驗(yàn)箱 B2 單元的DAC0832，該電路負(fù)責(zé)把 8088 控制器輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓值，該電路 OUT2 可以實(shí)現(xiàn)-5V+5V 輸出。不過(guò)本次設(shè)計(jì)只需要 0+5V 的信號(hào)，所以使用 OUT1 輸出。電路圖如圖 2-2 所示。為使直流電機(jī)達(dá)到更好的調(diào)速效果，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)通過(guò)運(yùn)放把信號(hào)放大 1.5 倍（輸出電壓范圍為：0V7.5V） 。同時(shí)，為了增大驅(qū)動(dòng)的輸出電流，

9、采用四運(yùn)放并聯(lián)輸出的方案。該方案簡(jiǎn)單易行，效果明顯。電路圖如圖 2-3 所示。圖 2-2DAC0832 原理圖成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告2圖 2-3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖2.2.22.2.2 速度采集（電機(jī)測(cè)速速度采集（電機(jī)測(cè)速+F/V 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器+AD）閉環(huán)調(diào)速方案需要速度采集模塊，電機(jī)測(cè)速由直流電機(jī)帶動(dòng)光柵盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，光柵盤(pán)上有 12 個(gè)透光孔，光柵盤(pán)下有一個(gè)光電斷續(xù)器，它輸出一組頻率正比于電機(jī)轉(zhuǎn)速的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)反向器 74LS14 濾去毛刺后送至該模塊的 F/V 轉(zhuǎn)換，通過(guò) F/V 轉(zhuǎn)換就可以得到表征電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速的電壓值。電機(jī)測(cè)速如圖 2-4，F(xiàn)/V 轉(zhuǎn)換如圖 2-5 所示。

10、圖 2-4 電機(jī)測(cè)速原理圖成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告3圖 2-5F/V 轉(zhuǎn)換原理圖把經(jīng) F/V 轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)由模數(shù)轉(zhuǎn)換（AD0809）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入 8088 控制器，控制器通過(guò) PID 算法對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行處理。因此形成了速度控制的閉環(huán)系統(tǒng)。AD0809 與 8088 的接口電路如圖 2-6 所示。由于 AD0809 是 8 路輸入，本設(shè)計(jì)只使用了其中一路，采用的是 IN4 輸入口。圖 2-6AD0809 原理圖成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告42.3 軟件及算法 2.3.12.3.1 程序流程圖程序流程圖本設(shè)計(jì)程序由兩部分組成：主程序（如圖 2-7）和定時(shí)器中斷程序(如圖 2-

11、8)，主程序主要負(fù)責(zé)與上位機(jī)通訊，定時(shí)器中斷程序負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn) PID 算法控制，定時(shí)器中斷的時(shí)間決定了采樣周期，本設(shè)計(jì)采樣周期為 4ms。程序見(jiàn)附件 1。 圖 2-7 主程序流程圖 圖 2-8 中斷程序流程圖成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告5第第 3 章章 參數(shù)調(diào)試及數(shù)據(jù)分析參數(shù)調(diào)試及數(shù)據(jù)分析3.1 調(diào)整頻率/電壓（F/V）轉(zhuǎn)換靜態(tài)工作點(diǎn) B1 單元中電位器的左邊 K3 開(kāi)關(guān)撥下（GND） ，右邊 K4 開(kāi)關(guān)撥上（+5V） ，信號(hào)輸出（B1 的 Y 測(cè)孔）調(diào)整為+3V（調(diào)節(jié)方法：調(diào)節(jié)電位器，用萬(wàn)用表測(cè)量 Y 測(cè)孔） 。Y 測(cè)孔聯(lián)線到 C2 模塊電機(jī)輸入測(cè)孔，調(diào)整 C2 模塊中的電位器 W2，使電機(jī)

12、輸出電壓測(cè)孔上的直流電壓等于+3V。3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析3.2.13.2.1 改變改變 KpKpKp=1.5,Ti=0.092,Td=0.014 Kp=2.8,Ti=0.092,Td=0.014 由原理可知，Kp 可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，由上圖可以明顯看出，當(dāng) Kp 過(guò)大時(shí)，使得超調(diào)量變得更大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。3.2.23.2.2 改變改變 TiTiKp=1.5,Ti=0.092,Td=0.014 Kp=1.5,Ti=0.02,Td=0.014成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告6Kp=1.5,Ti=0.12,Td=0.014 Kp=1.5,Ti=0.245,Td=0.014減小積分參數(shù)（Ti

13、） ，積分作用減弱，反知。根據(jù)上面圖形對(duì)比可以得出如下結(jié)論：積分作用過(guò)強(qiáng)，將會(huì)造成系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能變差，甚至震蕩，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分作用過(guò)弱，將會(huì)造成系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能變差，甚至不能達(dá)到設(shè)定值。3.2.33.2.3 改變改變 TdTdKp=1.5,Ti=0.092,Td=0.014 Kp=1.5,Ti=0.092,Td=0.145Kp=1.5,Ti=0.092,Td=0.245成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告7由于微分相位超前，所以 Kp 可以改善反應(yīng)滯后，及具有預(yù)見(jiàn)性。但是微分作用的加入降低了系統(tǒng)的抗干擾性，如果微分作用過(guò)強(qiáng)，會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)

14、告8第 4 章 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)這門(mén)課有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。這次課程設(shè)計(jì)是對(duì)這門(mén)課程的一個(gè)總結(jié)，對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)知識(shí)的應(yīng)用。設(shè)計(jì)時(shí)要有一個(gè)明確的思路，再結(jié)合所學(xué)知識(shí)一步一步達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。通過(guò)這次設(shè)計(jì)對(duì)我們獨(dú)自解決問(wèn)題的能力也有所提高。在整個(gè)過(guò)程中，我查閱了相關(guān)書(shū)籍及文獻(xiàn)，取其相關(guān)知識(shí)要點(diǎn)應(yīng)用到課設(shè)中，而且其中有很多相關(guān)設(shè)備選取標(biāo)準(zhǔn)可以直接選取，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的設(shè)備更加符合要求。成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告9致致 謝謝在這次課程設(shè)計(jì)中遇到很多的問(wèn)題，但在老師的指導(dǎo)與同學(xué)的幫助下順利完成了這次課程設(shè)計(jì)，再次對(duì)所有指導(dǎo)我的老師、幫助我的同學(xué)以及所有幫助過(guò)我的人說(shuō)聲感謝

15、成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告10參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 楊幫華，王建等.微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)用教程.清華大學(xué)出版社，2011.2 王書(shū)鋒，譚建豪.計(jì)算機(jī)控制技術(shù).華中科技大學(xué)出版社，2011.3 上海埃威航空電子有限公司.計(jì)控原理實(shí)驗(yàn)機(jī)指導(dǎo)書(shū)，2012.成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告11附錄附錄#defineUINT unsignedint#defineBYTE unsignedchar#defineCS0832 0 x00 /D/A0832 地址#defineCS8259E 0 x20 /8259 命令寄存器地址#defineCS8259O 0 x21 /8259 控制寄存器地址#defi

16、neCS8253T0 0 x40 /8253 定時(shí)器 0 地址#defineCS8253T1 0 x41 /8253 定時(shí)器 1 地址#defineCS8253T2 0 x42 /8253 定時(shí)器 2 地址#defineCS8253C 0 x43 /8253 控制寄存器地址#defineCS273 0 x60 /并行輸出地址#defineCSAD_1_0 0 x80 /虛擬示波器 0809 通道 0 地址#defineCSAD_1_1 0 x81 /虛擬示波器 0809 通道 1 地址#defineCSAD_2_0 0 xA0/實(shí)驗(yàn)用示波器 0809 通道 0 地址#defineCSAD_2_

17、1 0 xA1#defineCSAD_2_2 0 xA2#defineCSAD_2_3 0 xA3#defineCSAD_2_4 0 xA4#defineCSAD_2_5 0 xA5#defineCSAD_2_6 0 xA6#defineCSAD_2_7 0 xA7#defineCS0809_0 0X80#defineCS0809_1 0X81#defineDSADDR 0 x0030 /數(shù)據(jù)暫存段地址#defineDSMAX 0 x0D00#defineCOMMBYTE 0 x0CF0 /串行口暫存偏移地址#defineREVBYTE 0 x0C00 /用于上下交換數(shù)據(jù)區(qū)偏移地址成都學(xué)院（成

18、都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告12#defineCSADDR 0 x0100#defineADSELECT 0 x0C20 /AD 端口選擇暫存偏移地址#defineREVEN 0 x20#definedsvalue 0 x003f#defineD8253T0L 0 x33#defineD8253T0H 0 x13/4ms 定時(shí) /TH0THL*(4/4.9152)=4000 時(shí)鐘頻率：1.229MHZ#includevoiddelay1(intt);voidinterruptirq7(void);/中斷 7 服務(wù)程序voidinterruptirq0(void);/中斷 0 服務(wù)程序BYTERevBy

19、te(void); /接收一個(gè)字節(jié)voidSendByte(BYTEbyte);/發(fā)送一個(gè)字節(jié)BYTERevEnable(void); /查詢(xún)?cè)试S接受標(biāo)記intbSpeed,bSpeedD;/當(dāng)前轉(zhuǎn)速、目標(biāo)轉(zhuǎn)速intKp,Ti,Td,T; /PID 設(shè)置參數(shù)、周期int Pk; /PID 輸出intKi,Kd; /積分、微分系數(shù)intE0,E; /速度誤差intEsum; /積分累積量unsignedintTdd,count;BYTEbTest;BYTESendFlag; /新數(shù)據(jù)接收標(biāo)志BYTETable5; /臨時(shí)存放接收到的數(shù)據(jù)BYTEIndex; /臨時(shí)存放接收到的數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)intOv

20、er; /接收超時(shí)檢測(cè)BYTE flag;intmain(void)/取得系統(tǒng)程序段段地址，計(jì)算并設(shè)置數(shù)據(jù)段段地址UINTuiDS;成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告13_asmcli /關(guān)中斷uiDS=_CS;uiDS=uiDS+dsvalue;_DS=uiDS;_ES=uiDS;flag=0;Tdd=1;Kp=0 x19; /比較系數(shù) 25Ti=0 x64; /積分時(shí)間常數(shù) 100Td=0 x50; /微分時(shí)間常數(shù) 80T=4; /周期 4msEsum=0; /積分累積量E0=0; /清誤差寄存器bSpeedD=0; /目標(biāo)轉(zhuǎn)速SendFlag=1; /數(shù)據(jù)發(fā)送標(biāo)志outportb(0 x0

21、0,0 xa0);/把數(shù)字量 160 傳給 DAC0832/初始化 8259，工作方式為：?jiǎn)纹仙赜|發(fā)，中斷類(lèi)型號(hào)為 8，正常全嵌套方式，非自動(dòng)EOI，選用 8086/8088 系統(tǒng)，開(kāi)中斷 0 和中斷 6outportb(0 x20,0 x13);/;ICW1:邊沿觸發(fā),單片,要 ICW4outportb(0 x21,0 x08);/;ICW2:中斷類(lèi)型碼 8outportb(0 x21,0 x01);/;ICW4:非特殊完全嵌套方式,非自動(dòng) EOI 方式,86/88 系統(tǒng)outportb(0 x21,0 xBE);/;OCW1:IRQ6.IRQ0 開(kāi)放(0 開(kāi)放 1 禁止)outpor

22、tb(0 x20,0 x20);/定時(shí)器 0：先低再高，方式 3（方波發(fā)生器）outportb(CS8253C,0 x36);outportb(CS8253T0,D8253T0L);/4ms 定時(shí)outportb(CS8253T0,D8253T0H);outportb(CS0832,0);/嵌入?yún)R編，設(shè)置中斷入口地址成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告14_asmpushdspushsipushaxxorax,axmovds,axmovax,offsetirq7movsi,003chmovsi,axmovsi,003ehmovax,csmovsi,axmovax,offsetirq0movsi,0

23、020hmovsi,axmovsi,0022hmovax,csmovsi,axpopaxpopsipopds_asm STI /開(kāi)中斷enable();while(1)_asm CLIbTest=RevEnable();if(bTest=REVEN)/允許接收成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告15bTest=RevByte();if(bTest=0)/以下程序?yàn)榻邮丈衔粰C(jī)數(shù)據(jù)Index=0;bTest=REVEN;while(Index4)Over=1000;while(1)bTest=RevEnable();if(bTest=REVEN)break;elsedelay1(1);if(Over1

24、)break;elseOver-;if(Over1)break;TableIndex=RevByte();/接收上位機(jī)設(shè)置的參數(shù)Index+;if(Index=4)/參數(shù)處理成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告16Kp=Table0; /保存比例系數(shù)Ti=Table1; /保存積分時(shí)間常數(shù)Td=Table2; /保存微分時(shí)間常數(shù)bSpeedD=Table3;/保存目標(biāo)速度設(shè)定值Esum=0; /清積分累積量E0=0; /清誤差寄存器SendFlag=1; /置接收數(shù)據(jù)標(biāo)志_asm STIdelay1(1);/延時(shí)子程序voiddelay1(intt)intj;for(j=0;j=Tdd)if(SendFlag=1)if(Ti=245)Ki=0;elseKi=T*Kp/Ti; /積分系數(shù)計(jì)算Kd=Td*Kp/T; /微分系數(shù)計(jì)算Esum=0;E=0;E0=0;SendFlag=0; /清接收數(shù)據(jù)標(biāo)志outportb(CSAD_2_4,0);for(i=0;i100;i+); /延時(shí)bSpeed=inportb(CSAD_2_4);/目標(biāo)轉(zhuǎn)速采樣i=(unsignedint)bSpeed;E=bSpeedD-i;Esum=Esum+E; /積分累加den=Ki*(Esum/100);rem=Ki*(Esum%100);den1=Kp*(E/100);成都學(xué)院（成都大學(xué)