电气工程综合实验

成绩：

xxda学

自动化学院综合实验报告

题目：直流电机闭环调速系统学生姓名：xx

学号：xx

同组人员：xx

指导教师：xx

完成时间：2012.12.

直流电机闭环调速系统实验报告

一、实验名称：直流电机闭环调速

基本情况：

1. 学生姓名：xx

2. 学号：x

3. 班级：0830902班

4. 实验项目组长：xx

5. 同组其他成员：

序号姓名班级学号分工系数

1 x 0830x oo4 0.34

2 xx 0x oo1 0.22

3 xxx 083x oo8 0.22

4 xxxx 083x oo89 0.22

6.具体分工：

任务负责人尹辉王玉棣伍沁楠颜鸿运

分析设计给出设计方案√

硬件电路设计√√

软件程序设计√√

综合实验报告√√√√

7.本人在项目组的作用描述：

本次综合实验的目的是在于实现直流电机的闭环调速，我在本次实验的主要负责的是软件程序设计，也就是应用C语言进行编程，PID控制主要是要通过比例项、积分项、微分项三项的控制来实现调速功能。编写了计时器T0产生PWM波、通过改变占空比实现；用T1记录脉冲来确定转速；在键盘输入上改变转速的额定值，观察实际转速，显示最终的实际数值。最终确定了调解中的各项系数：Kp = 0.4,Ki = 0.02, Kd = 0.02。

二、实验内容(实验原理介绍)：

2.1 实验内容

1） 基于51单片机PWM 输出控制直流电机转速；

2) 可以实时显示电机转速，同时显示设定值以及给定值

3) 可以通过按键设定直流电机转速，即实现加减速（转/秒，r/s ）；

4) 可以调节P 、I 、D 参数，通过PID 调速使电机转速逐渐稳定；

2.2 实验原理

2.2.1系统框图

2.2.2实验原理

该系统是基于51单片机最小系统的控制系统，由51单片机产生PWM ，由驱

动芯片L298N 驱动电机转动，再由红外对射传感器产生脉冲输入单片机，单片机

经过PID 算法调节占空比实现对电机速度的控制和调节。

PWM 控制的基本原理:

在采样控制理论中有一个重要的结论：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。冲量指窄脉冲的面积。这里所说的效果基

本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有

差异。

由于PWM 调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳

的直流电流，低速特性好、稳速精度高、调速范围宽。同样，由于开关频率高,

快速响应特性好,动态抗干扰能力强，可以获得很宽的频带；开关器件只工作在单片机 转速测量

PWM 驱动

转速显示 按键接口 供

电

电

源 直流电机 图一 转速控制器原理框图

开关状态，因此主电路损耗小、装置效率高；直流电源采用不可控整流时，电网

功率因数比相控整流器高。

数字PID 算法

1、PID 控制系统组成

2、 PID 调节器的微分方程和传递函数

PID 调节器是一种线性调节器，它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差

的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。

PID 调节器的微分方程：

⎥⎦⎤⎢⎣

⎡++=⎰t D I P dt t de T dt t e T t e K t u 0)()(1)()( 式中 )()()(t c t r t e -=

PID 调节器的传输函数：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++==

S T S T K S E S U S D D I P 11)()()( 3模拟PID 控制规律的离散化 模拟形式

离散化形式 )()()(t c t r t e -=

)()()(n c n r n e -= dT t de )( T

n e n e )1()(-- ⎰t dt t e 0)( ∑∑===n

i n i i e T T i e 00)()( 4、数字PID 控制器的差分方程

[]0

00)()()()1()()()()(u n u n u n u u n e n e T T i e T T n e K n u D I P n i D I P +++=+⎭

⎬⎫⎩⎨⎧--++=∑=

式中 )()(n e K n u P P = 比例项 ∑==n i I

P I i e T T K n u 0)()( 积分项 [])1()()(--=n e n e T

T K n u D P D 微分项 5、 PID 调节器各校正环节的作用

（1）比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产

生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。

（2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取

决于积分时间常数TI ，TI 越大，积分作用越弱，反之则越强。

（3）微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的

值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作

速度，减小调节时间。

三、实验结果分析（含程序、数据记录、控制算法及分析和实验总结等）：

3.1 程序流程图 开始

LCD 速度显示、计

数器0，计数器1，

定时器0初始化

给定值与实际值比

较（PID 算法）

按下按键？

结束