計算機控制系統(tǒng)報告

-.z基于單片機的直流電機調速與測速系統(tǒng)姓名：王為之制作人：王為之、袁觀虎班級：電控22021專業(yè)：控制理論與控制工程基于單片機的直流電機調速與測速系統(tǒng)摘要在現代工業(yè)自動化高速開展的時期，幾乎所有的機械裝備都離不開電機，形形色色的電機在不同領域發(fā)揮著很重要的作用。與之而來的問題是怎樣控制好電機，對于不同的場合，對電機的要不同的。本系統(tǒng)分析的是最典型、最實用的控制方法PWM調速，并通過光電對管的原理來測得電機的速度。本系統(tǒng)利用光電對管來完成對電機速度的測量，它以單片機STC89C52RC作為電機控制和數據處理的中心。電機驅動電路采用L298來實現完成。關鍵詞：電機、PWM、光電對管、單片機系統(tǒng)的方案設計1、系統(tǒng)的硬件組成：本系統(tǒng)主要由五局部組成：〔1〕、控制系統(tǒng)；〔2〕、LED顯示模塊；〔3〕、鍵盤；〔4〕、L298驅動；〔5〕、ST188測速裝置?？刂葡到y(tǒng)：本控制系統(tǒng)采用的是單片機89C52的最小系統(tǒng)，單片機最小系統(tǒng)，或者稱為單片機最小應用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對于51單片機來說，最小系統(tǒng)一般應該包括：單片機、晶振電路、復位電路等。有時也將按鍵輸入、顯示輸出歸于單片機最小系統(tǒng)中。〔如圖1.1所示〕圖1.1單片機最小系統(tǒng)圖L298驅動：L298是SGS公司的產品，比擬常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，部同樣包含4通道邏輯驅動電路?？梢苑奖愕尿寗觾蓚€直流電機，或一個兩相步進電機。L298N可承受標準TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4．5～7V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓圍VIH為＋2．5～46V。輸出電流可達2．5A，可驅動電感性負載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅動一臺電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉。EnA，EnB接控制使能端，控制電機的速度。測速裝置：采用ST188紅外反射對管來對電機轉速進展檢測，電路圖如圖2。A-K為紅外發(fā)射局部，C_E為紅外接收局部。根據光電特性，選取發(fā)射管的靜態(tài)電流為20mA。典型的壓降為1.25v,如果供電電壓為5V，則，此時在發(fā)射管上需要串聯(lián)電阻，電阻大小為R=〔5-1.25〕/0.02;即：R=187.5歐姆。取標稱電阻，R=200。C_E端用來輸出上下電平的，在此我們接一個2K的電阻串聯(lián)一個20K的滑動變阻器，通過調節(jié)滑動變阻器的阻值來調節(jié)沒有信號時輸出端的電壓值。圖2ST188工作電路圖二、系統(tǒng)硬件實現：系統(tǒng)總體框圖：〔如圖1.2〕測速測速裝置LCD顯示AT89C52AT89C52單片機驅動電路驅動電路轉速設定鍵盤直流電機轉速設定鍵盤直流電機圖1.2直流電機測速與調速系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)采用STC89C52RC單片機，它是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片含8KB的可反復擦寫的Flash程序存儲器和256B的隨機數據存儲器〔RAM〕，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準MS-51指令系統(tǒng)及8052產品引腳兼容，片置有8位中央處理器〔CPU〕。功能強大的AT89C52單片機適用于許多較為復雜的控制應用場合。電路中選用紅外光敏三極管作為受光器件，它與紅外發(fā)光二極管一起組成一對紅外發(fā)射接收管，也就是ST188，紅外光敏三極管在電路中處于反向工作狀態(tài)。沒有反射式，光敏三極管處于截止狀態(tài)，反向電阻很大，反向電流〔暗電流〕很小。有反射光是，光敏三極管處于導通狀態(tài)，其反向電阻減小，反向電流〔光電流〕增大，其光電流與照度之間呈線性關系。三、程序流程圖顯示數據系統(tǒng)初始化開始顯示數據系統(tǒng)初始化開始設置轉速與實測轉速一致.設置轉速與實測轉速一致.PID算法程序PID算法程序否是結束結束圖3.1主程序流程圖四、算法PID控制是指比例、積分、微分控制，實現PID控制的裝置稱為PID調節(jié)器。傳遞函數為：式中：K為其它環(huán)節(jié)總增益；為比例系數；為積分系數；為微分系數；；。比例控制可快速、及時、按比例調節(jié)偏差，提高控制靈敏度。但是有靜差，控制精度低。積分控制能消除偏差，提高精度、改善穩(wěn)態(tài)性能，但是容易引起震蕩，造成超調。微分控制是一種朝前控制，能調節(jié)系統(tǒng)速度、減小超調量、提高穩(wěn)定性，但是其時間常數過大會引入干擾、系統(tǒng)沖擊大，過小則調節(jié)周期長、效果不顯著。比例、積分、微分控制相互配合，合理選擇PID調節(jié)器的參數，即比例系數、積分時間常數和微分時間常數，可迅速、準確、平穩(wěn)的消除偏差，到達良好的控制效果。采用增量式算法位置式輸出PID算法：式中：，，為設定值與i次實測值的偏差；；T為采樣周期，為積分時間,為微分時間。上式為PID控制軟件的編程依據。參數的選取是在參考經歷數據的根底上用實驗法確定，本系統(tǒng)中取，，，，這些參數在運行時刻適當調整，以獲得滿意的效果。五、實物效果六、結果在實驗階段，有一些方面到達了要求〔如圖6.1〕，但還有一些性能指標沒有完成，我們在后期會繼續(xù)完成這件作品。圖6.1ST188輸出信號圖七、致在這一學期的學習中，我與袁觀虎同學在馬教師的指導下，先后完成了焊接單片機最小系統(tǒng)、基于單片機的溫度計以及直流電機的調速和測速系統(tǒng)，在這過程中，我們從不會到會，不熟練到熟練掌握，都是一步步積累起來，在最后的制作直流電機調速測速系統(tǒng)時，雖然有些還沒有到達自己預期的效