基于数字PID的电机速度控制系统设计_课程设计任务书.doc

基于数字PID的电机速度控制系统设计 PAGE 课程设计任务书 学 院 专 业 学生姓名 班级学号 课程设计题目 基于数字PID的电机速度控制系统设计 实践教学要求与任务: 构成电机速度控制系统 硬软件设计 实验调试 THFCS-1现场总线控制系统实验 撰写实验报告 工作计划与进度安排: 第1～2天，查阅文献，构成电机速度控制系统 第3～4天，硬软件设计 第5～6，实验调试 4）第7～9天，THFCS-1现场总线控制系统实验 5）第10天，撰写实验报告 指导教师： 201 年 月 日 专业负责人： 201 年 月 日 学院教学副院长： 201 年 月 日 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1电机硬件控制电路 h 2 1.1 硬件电路器件选型 h 2 1.2 硬件电路设计方案 h 2 1.3 硬件电路的PCB设计 h 4 2 PID控制算法 h 5 2.1 比例、积分、微分控制 h 5 2.2 PID控制器的参数整定 h 7 3 基于数字PID控制程序的设计 h 7 3.1 数字PID与模拟PID控制算法 h 7 3.2 数字PID控制程序 h 8 4总 结 h 8 附录 h 9 参考文献 h 12 摘 要 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。PID控制算法分为模拟PID和数字PID两种。 模拟PID就是在现场安装的利用DDZII或者DDZIII型表再加上其他气动仪表的模块，对现场控制变量的模拟信号利用旋钮或拨盘对PID的三个值进行设定对或者手动控制输出的系统，其信号均为模拟信号。 数字PID就是把现场的控制变量的模拟信号和对现场受控变量的输出信号均转换成了数字信号，PID的实现也是通过数字信号的设定来完成的。现在大多在DCS、PLC系统内完成的。 本设计是基于数字PID的电机调速计算机控制系统的设计，针对不同的电机对其PID控制参数进行相应的整定从而使电机工作以更高的效率、更好的调速性能工作！ 关键词：系统参数；数字PID；计算机控制系统 1电机硬件控制电路 硬件电路器件选型 电机驱动电路的开关器件选择英飞凌公司的BTS7960。BTS7960 是 NovalithIC 家族三个独立的芯片的一部分:一是 p 型通道的高电 位场效应晶体管， 二是一个 n 型通道的低电位场效应晶体管， 结合一个驱动晶片, 形成一个完全整合的高电流半桥。所有三个芯片是安装在一个共同的引线框,利 用芯片对芯片和芯片芯片技术。 电源开关应用垂直场效应管技术来确保最佳的阻 态。由于 p 型通道的高电位开关，需要一个电荷泵消除电磁干扰。通过驱动集成 技术，逻辑电平输入、电流取样诊断、转换速率调整器，失效发生时间、防止欠 电压、过电流、短路结构轻易地连接到一个微处理器上。BTS7960 可结合其他的 BTS7960 形成全桥和三相驱动结构。 1.2 硬件电路设计方案 电机控制从控制方法上可以分为开环控制和闭环控制两种。开环控制在用法上比较简单，只需考虑输出，不需要反馈信号，使用上比较简单，但是其缺点是速度控制的精度比较低，不能适应不同的赛道环境。另外一种为闭环控制，电机的速度控制信号输出由需要的速度和电机的实际转速二者决定，即需要对电机的实际转速进行采集和反馈。这种做法的好处是控制精度比较高，电机调速性能比较理想。 通常情况下的电机转速的闭环控制，是通过软件的自动控制算法实现的，需要将电机的转速反馈给S12，通过软件上的自动控制算法，由需要的速度同实际的速度的偏差，给出纠正值，达到对速度的稳定控制。但是这样一来将会增加S12的负担。而我们的智能车利用CCD进行识别，使微控制器更多的关注图像的采集及处理是我们设计时一直注意的问题。因此我们在电机驱动电路上下了很大的功夫，最终确定了一种硬件的闭环控制方案。 这种方案使用了光电编码器或测速发电机完成电机速度信号的采集。测速发电机输出的电压大小表征了电机的实际转速。这一电压同S12输出的PWM信号的积分值进行比较，由它