基于单片机的数字PID控制直流电机PWM调压调速器系统.doc

题目: 基于单片机的数字PID控制直流电机PWM
调压调速器系统
目录
一、PID简介··································(6)
二、设计原理··································(7)
三、设计方案··································(8)
四、心得体会·······························
(16)
五、参考文献·······························(16)
二、设计原理
基本的设计核心是运用PID调节器,从而实现直流电机的在带动负载的情况下也能稳定的运行。运用A/D转换芯片将滑动变阻器的模拟电压转换为数字量作为控制直流电机速度的给定值;用压控振荡器模拟直流电机的运行(电压高-转速高-脉冲多),单片机在单位时间内对脉冲计数作为电机速度的检测值;应用数字PID模型作单片机控制编程,其中P、I、D参数可按键输入并用LED数码显示;单片机PWM调宽输出作为输出值,开关驱动、电子滤波控制模拟电机(压控振荡器)实现对直流电机的PID调压调速功能。
基于以上的核心思想,我们把这次设计看成五个环节组成,
PID调速设计原理图
如图可以知道,这是一个闭环系统,我们借助单片机来控制,我们现运用AD芯片,运用单片机来控制AD芯片来转换模拟电压到数字电压,AD给定的电压越大,则产生的数字量越大,单片机再控制这个数字量来产生一个PWM,PWM占空比越大,就驱动晶体管导通的时间越长,这样加到压频转换器的电压也就越大,电压越大,则压频转换器输出的计数脉冲再单位时间也就越多,这样就相当于电机的电压越大,其转速也就会越快,我们再用单片机对压频转换器的输出脉冲计数,PID调节器就把这个计数脉冲和预先设定的值进行比较,比设定值小,这样就会得到一个偏差,再把这个偏差加到AD的给定电压,这样就相当于加大了PWM的占空比,要是比设定值大,这样也会得到一个偏差,就把这个变差与给定的电压向减,这样就可以减少PWM的占空比,通过改变占空比来改变晶体管的导通时间,就可以改变压频转换器的输入电压,也就改变压频转换器的单位计数脉冲,达到调电动机速度的目的。
三、设计方案
PWM的调制
AD芯片给定一定的电压,应用单片机来控制来产生一个PWM,给定的电压不同,就会的得到不同的PWM波形。在产生PWM波形我们采用ADC0808芯片和AT89C51两个核心器件。
ADC0808芯片是要外加电压和时钟,当输入不同的电压的时候,就可以把不同的电压模拟量转化为数字值,输入的电压越大,其转换的相应的数字也就会越大,ADC0808芯片有8个通道输入和8个通道输出。其具体的管脚图见3.
01

ADC0808芯片管脚图
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

AT89C51芯片管脚图


当基于以上产生一个PWM后,就可以借助PWM脉冲来控制晶体管的导通和关断,来给压频转换器来提供一定的电压,在PROTUES中仿真中,给定一个+12V的电压,就通过晶体管的导通和关断来给压频转换器供电,压频转换器就会输出很多的脉冲,,其计数送给P0来显示,通过给定不同的ADC的输入电压,就可以的得到不同的计数显示,电压越大,其计数显示也就越大,通过改变计数脉冲的周期和硬件压频转换器(LM331)的电阻和电容,就可以得到与输入电压接近的数值显示,可能由于干扰的原因,其显示值和实际值有一点偏差,这是在没有什么负载的情况下,或者说是在空载的情况下,这样就可以得到一个很理想的开环系统,也为闭环PWM调节做好准备。
当开环系统稳定后,加上一个扰动,或者说是加上负载,这样就使的压频转换器的电压减少,在给定一定电压的时