PID电机调速PWM
所谓PID指的是Proportion-Integral-Differential。翻译成中文是比例-积分-微分。
记住两句话:
1、PID是经典控制(使用年代久远)
2、PID是误差控制()
对直流电机速度进行定速控制:
1、L293作为电机驱动;
2、光电传感器-作为输出反馈;
3、PWM做为输入控制。 PID怎么对误差控制,听我细细道来:
所谓“误差”就是命令与输出的差值。比如你希望控制转速为4转/s(PWM波占空比=80%),而事实上控制转速只有3.5转/s,则误差: e=0.5转,如果实际转速为4.5转,则误差e=-0.5转(注意正负号)。
该误差值送到PID控制器,作为PID控制器的输入。PID控制器的输出为:误差乘比例系数Kp+Ki*误差积分+Kd*误差微分。
Kp*e + Ki*∫edt + Kd*(de/dt)(式中的t为时间,即对时间积分、微分)上式为三项求和(希望你能看懂),PID结果后送入电机驱动器。从上式看出,如果没有误差,即e=0,则Kp*e=0;Kd*(de/dt)=0;而Ki*∫edt 不一定为0。三项之和不一定为0。
总之,如果“误差”存在,PID就会对电机驱动作调整,直到误差=0。评价一个控制系统是否优越,有三个指标:快、稳、准。
所谓快,就是要使压力能快速地达到“命令值”(不知道你的系统要求多少时间)所谓稳,就是要压力稳定不波动或波动量小(不知道你的系统允许多大波动)所谓准,就是要求“命令值”与“输出值”之间的误差e小(不知道你的系统允许多大误差)
对于你的系统来说,要求“快”的话,可以增大Kp、Ki值要求“准”的话,可以增大Ki 值
要求“稳”的话,可以增大Kd值,可以减少压力波动仔细分析可以得知:这三个指标是相互矛盾的。如果太“快”,可能导致不“稳”;如果太“稳”,可能导致不“快”;
只要系统稳定且存在积分Ki,该系统在静态是没有误差的(会存在动态误差);所谓动态误差,指当“命令值”不为恒值时,“输出值”跟不上“命令值”而存在的误差。不管是谁设计的、再好的系统都存在动态误差,动态误差体现的是系统的跟踪特性,比如说,有的音响功放对高频声音不敏感,就说明功放跟踪性能不好。调整PID参数有两种方法:1、仿真法;2、“试凑法”仿真法我想你是不会的,介绍一下“试凑法”“试凑法”设置PID参数的建议步骤:
1、把Ki与Kd设为0,不要积分与微分;
2、把Kp值从0开始慢慢增大,观察压力的反应速度是否在你的要求内;
3、当压力的反应速度达到你的要求,停止增大Kp值;
4、在该Kp值的基础上减少10%;
5、把Ki值从0开始慢慢增大;
6、当压力开始波动,停止增大Ki值;
7、在该Ki值的基础上减少10%;
8、把Kd值从0开始慢慢增大,观察压力的反应速度是否在你的要求内
P、I、D参数整定口诀:参数整定找最佳,从小到大顺序查;
先是比例后积分,最后再把微分加;
曲线振荡很频繁,比例度盘要放大;
曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳;
曲线偏离回复慢,积分时间往下降;
曲线波动周期长,积分时间再加长;
曲线振荡频率快,先把微分降下来;
动差大来波动慢,微分时间应加长。
这是我在STM32F103RB上做速度PID的PID函数,当然也可以利用ST公司自带的DSP库,
//=================================================================== ===
//Adjust these three factor ,to achieve the best control effect
//P:1~10之间 I:0-5之间 D:0.1~1
float P_Coefficient=4.75;
float I_Coefficient=0.55;
float D_Coefficient=0.2;
#define Diff_Order 4 /* Differential order*/
int Temp,DestTemp,HeatPower;
int Set_Distant;
long int Integral=5; // Points accumulated
float Prev_Error[10]; // Record ten times before the error
float P,I,D;
float Ek,E;
unsigned char FirstFlag=1;
/******************************************************************** ***********
* Funtion name:PID Control
* Time:2013/3/5
* Author:zhuhao
********************************************************************* **********/
float PID_Control(float Error)
{
int i;
float Output;
float Ture;
if(FirstFlag)//The first execution
{
FirstFlag=0;
for(i=0;i<10;i++)
Prev_Error=Error;
}
for(i=0;i<10;i++)
Prev_Error[i+1]=Prev_Error;// Buffer queue
Prev_Error[0]=Error;//
Ek=Error-Prev_Error[Diff_Order];//
E=0.8+Ek*0.2;//IIR
P=P_Coefficient*Error;// Calculate the proportional component
I=I_Coefficient*Integral;// Calculate the integral component
D=D_Coefficient*E;//Calculate the derivative component
Output=(P+I+D);
if(Output>0)
{
Ture=Output;
}
if(Output>=100||Output<=0||Error<-40||Error>40)//Saturated or large deviation integral
{
if(Integral>0&&Error<0)
Integral+=Error;
if(Integral<0&&Error>0)
Integral+=Error;
}
else
Integral+=Error;
if(Integral<-10) Integral=-10;
if(Integral>10) Integral=10;
if (Output>=100)
Output=99;
else if(Output<=0)
Output=Ture;
return Output;
}
经过试验发现通过PID函数的调节,设定转速与实际转速相差无几,一般在0;01~0.05转左右,抗干扰好
串口数据波形分析仪软件可以到51黑搜索
基于单片机的PWM调速系统
基于单片机的PWM调速系统 摘要 本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统,并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节,从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外,本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块,并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。另外,本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量,经过滤波电路后,将测量值送到A/D转换器,并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算,从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面,文章中详细介绍了PI运算程序,初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。 关键词:PWM信号测速发电机PI运算前言 本文主要研究了利用MCS-51系列单片机,通过PWM方式控制直流电机调速的方法。 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些
脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。 PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器 件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现。 直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现 和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电 子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用,PWM 控制技术获得了空前的发展。到目前为止,已经出现了多种PWM控制技术。 PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而 成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。 本文就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流 电机速度的控制。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统,然后通过放大来驱动电机。利用直流测速发电机测得电机速度,经过滤波电路得到直流电压信号,把电压信号输入给A/D转换芯片最后反馈给单片机,在内部进行PI运算,输出控制量完成闭环控制,实现电机的调速控制。
PWM电机调速原理及51单片机PWM程序经典
Pwm电机调速原理 对于电机的转速调整,我们是采用脉宽调制(PWM)办法,控制电机的时候,电源并非连续地向电机供电,而是在一个特定的频率下以方波脉冲的形式提供电能。不同占空比的方波信号能对电机起到调速作用,这是因为电机实际上是一个大电感,它有阻碍输入电流和电压突变的能力,因此脉冲输入信号被平均分配到作用时间上,这样,改变在始能端PE2 和PD5 上输入方波的占空比就能改变加在电机两端的电压大小,从而改变了转速。 此电路中用微处理机来实现脉宽调制,通常的方法有两种: (1)用软件方式来实现,即通过执行软件延时循环程序交替改变端口某个二进制位输出逻 辑状态来产生脉宽调制信号,设置不同的延时时间得到不同的占空比。 (2)硬件实验自动产生PWM 信号,不占用CPU 处理的时间。 这就要用到ATMEGA8515L 的在PWM 模式下的计数器1,具体内容可参考相关书籍。 51单片机PWM程序 产生两个PWM,要求两个PWM波形占空都为80/256,两个波形之间要错开,不能同时为高电平!高电平之间相差48/256, PWM这个功能在PIC单片机上就有,但是如果你就要用51单片机的话,也是可以的,但是比较的麻烦.可以用定时器T0来控制频率,定时器T1来控制占空比:大致的的编程思路是这样的:T0定时器中断是让一个I0口输出高电平,在这个定时器T0的中断当中起动定时器T1,而这个T1是让IO口输出低电平,这样改变定时器T0的初值就可以改变频率,改变定时器T1的初值就可以改变占空比。 *程序思路说明: * * * *关于频率和占空比的确定,对于12M晶振,假定PWM输出频率为1KHZ,这样定时中断次数* *设定为C=10,即0.01MS中断一次,则TH0=FF,TL0=F6;由于设定中断时间为0.01ms,这样* *可以设定占空比可从1-100变化。即0.01ms*100=1ms * ******************************************************************************/ #include
单片机课程设计完整版《PWM直流电动机调速控制系统》
单片机原理及应用课程设计报告设计题目: 学院: 专业: 班级: 学号: 学生姓名: 指导教师: 年月日 目录
设计题目:PWM直流电机调速系统 本文设计的PWM直流电机调速系统,主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED 液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式,PWM是脉冲宽度调制,通过51单片机改变占空比实现。通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制,LED实现对测量数据(速度)的显示。电机转速利用霍尔传感器检测输出方波,通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数,计算出电机的速度,实现了直流电机的反馈控制。 关键词:直流电机调速;定时中断;电动机;波形;LED显示器;51单片机 1 设计要求及主要技术指标: 基于MCS-51系列单片机AT89C52,设计一个单片机控制的直流电动机PWM调速控制装置。 设计要求 (1)在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298,驱动直流测速电动机。 (2)使用定时器产生可控的PWM波,通过按键改变PWM占空比,控制直流电动机的转速。 (3)设计一个4个按键的键盘。 K1:“启动/停止”。 K2:“正转/反转”。 K3:“加速”。 K4:“减速”。 (4)手动控制。在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。在
手动状态下,每按一次键,电动机的转速按照约定的速率改变。 (5)*测量并在LED显示器上显示电动机转速(rpm). (6)实现数字PID调速功能。 主要技术指标 (1)参考L298说明书,在系统中扩展直流电动机控制驱动电路。 (2)使用定时器产生可控PWM波,定时时间建议为250us。 (3)编写键盘控制程序,实现转向控制,并通过调整PWM波占空比,实现调速; (4)参考Protuse仿真效果图:图(1) 图(1) 2 设计过程 本文设计的直流PWM调速系统采用的是调压调速。系统主电路采用大功率GTR为开关器件、H桥单极式电路为功率放大电路的结构。PWM调制部分是在单片机开发平台之上,运用汇编语言编程控制。由定时器来产生宽度可调的矩形波。通过调节波形的宽度来控制H电路中的GTR通断时间,以达到调节电机速度的目的。增加了系统的灵活性和精确性,使整个PWM脉冲的产生过程得到了大大的简化。 本设计以控制驱动电路L298为核心,L298是SGS公司的产品,内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器,即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器,接收标准TTL逻辑电平信号,可驱动46V、2A以下的电机。可驱动2个电机,OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平,控制电机的正反转,ENA,ENB接控制使能端,控制电机的停转。 本设计以AT89C52单片机为核心,如下图(2),AT89C52是一个低电压,高性能 8位,片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(),器件采用的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。 图(2) 对直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。与开环控制相比,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性:闭环系统的机械特性与开环系统机械特性相比,其性能大大提高;理想空载转速相同时,闭环系统的静差(额定负载时电机转速降落与理想空载转速之比)要小得多;当要求的静差率相同时, 闭环调速系统的调速范
根据proteus仿真的pwm电机调速
直流电机调速资料汇总 一. 使用单片机来控制直流电机的变速,一般采用调节电枢电压的方式,通过单片机控制PWM1,PWM2,产生可变的脉冲,这样电机上的电压也为宽度可变的脉冲电压。 C语言代码: #include
} void beep(void) { uchar t; for(t=0;t<100;t++) { delay500us(); FMQ=!FMQ; //产生脉冲 } FMQ=1; //关闭蜂鸣器 delaynms(300); } void main(void) { TR0=0; //关闭定时器0 TMOD=0x01; //定时器0,工作方式1 TH0=(65526-100)/256; TL0=(65526-100)%256; //100us即0.01ms中断一次EA=1; //开总中断 ET0=1; //开定时器0中断 TR0=1; //启动定时器T0 ZKB1=50; //占空比初值设定 ZKB2=50; //占空比初值设定 while(1) { if(!K5) { delaynms(15); //消抖 if(!K5) //确定按键按下 { beep(); ZKB1++; //增加ZKB1 ZKB2=100-ZKB1; //相应的ZKB2就减少 } } if(!K6) { delaynms(15); //消抖 if(!K6) //确定按键按下 { beep();