計算機控制技術課程設計報告.doc

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課程設計 課程名稱 計算機控制系統(tǒng)綜合設計與實踐 題目名稱 基于單片機的PID電機速度調節(jié) 專業(yè)班級__ 應用電子技術2班 _ 年 級 2011級 學生姓名 張旭楷 學 號 3111002628 指導教師 黃國宏 2014年6月19日 目錄 一、 PID算法及PWM控制技術簡介 2 1.1.PID算法 2 1.1.1.模擬PID 2 1.1.2.數(shù)字PID 3 1.1.3.數(shù)字PID參數(shù)整定方法 5 1.2.PWM脈沖控制技術 7 1.2.1.PWM控制的基本原理 7 1.2.2.直流電機的PWM控制技術 8 二、 設計方案與論證 10 2.1.系統(tǒng)設計方案 10 2.2.電機驅動模塊設計方案 11 2.3.速度采集模塊設計方案 10 2.4.顯示模塊設計方案 10 三、 單元電路設計 11 3.1.硬件資源分配 11 3.2.電機驅動電路設計 11 3.3.電機速度采集電路設計 12 3.4.串行通信模塊 13 四、軟件設計 14 4.1.算法實現(xiàn) 14 4.1.1.PID算法 14 4.1.2.電機速度采集算法 14 4.2定時程序流程 15 五、設計要求 16 六、總結 24 一、 PID算法及PWM控制技術簡介 1.1、PID算法 控制算法是微機化控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，整個系統(tǒng)的控制功能主要由控制算法來實現(xiàn)。目前提出的控制算法有很多。根據(jù)偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）進行的控制，稱為PID控制。實際經(jīng)驗和理論分析都表明，PID控制能夠滿足相當多工業(yè)對象的控制要求，至今仍是一種應用最為廣泛的控制算法之一。下面分別介紹模擬PID、數(shù)字PID及其參數(shù)整定方法。 1.1.1 模擬PID 在模擬控制系統(tǒng)中，調節(jié)器最常用的控制規(guī)律是PID控制，常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖1.1所示，系統(tǒng)由模擬PID調節(jié)器、執(zhí)行機構及控制對象組成。 圖1.1 模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖 PID調節(jié)器是一種線性調節(jié)器，它根據(jù)給定值與實際輸出值構成的控制偏差： =－ （1.1） 將偏差的比例、積分、微分通過線性組合構成控制量，對控制對象進行控制，故稱為PID調節(jié)器。在實際應用中，常根據(jù)對象的特征和控制要求，將P、I、D基本控制規(guī)律進行適當組合，以達到對被控對象進行有效控制的目的。例如，P調節(jié)器，PI調節(jié)器，PID調節(jié)器等。 模擬PID調節(jié)器的控制規(guī)律為 （1.2） 式中，為比例系數(shù)，為積分時間常數(shù)，為微分時間常數(shù)。 簡單的說，PID調節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用是： （1）比例環(huán)節(jié)：即時成比例地反應控制系統(tǒng)的偏差信號,偏差一旦產(chǎn)生，調節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減少偏差； （2）積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強； （3）微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。 由式1.2可得，模擬PID調節(jié)器的傳遞函數(shù)為 （1.3） 由于本設計主要采用數(shù)字PID算法，所以對于模擬PID只做此簡要介紹。 1.1.2、 數(shù)字PID 在DDC系統(tǒng)中，用計算機取代了模擬器件，控制規(guī)律的實現(xiàn)是由計算機軟件來完成的。因此，系統(tǒng)中數(shù)字控制的設計，實際上是計算機算法的設計。 由于計算機只能識別數(shù)字量，不能對連續(xù)的控制算式直接進行運算，故在計算機控制系統(tǒng)中，首先必須對控制規(guī)律進行離散化的算法設計。 為將模擬PID控制規(guī)律按式（1.2）離散化，我們把圖1.1中、、、在第n次采樣的數(shù)據(jù)分別用、、、表示，于是式（1.1）變?yōu)?： =－ （1.4） 當采樣周期T很小時可以用T近似代替，可用近似代替，“積分”用“求和”近似代替，即可作如下近似 （1.5） （1.6） 這樣，式（1.2）便可離散化以下差分方程 （1.7） 上式中是偏差為零時的初值,上式中的第一項起比例控制作用,稱為比例（P）項,即 （1.8） 第二項起積分控制作用,稱為積分（I）項即 （1.9） 第三項起微分控制作用,稱為微分（D）項即 （1.10） 這三種作用可單獨使用(微分作用一般不單獨使用)或合并使用,常用的組合有: P控制: （1.11） PI控制: （1.12） PD控制: （1.13） PID控制: （1.14） 式（1.7）的輸出量為全量輸出,它對于被控對象的執(zhí)行機構每次采樣時刻應達到的位置。因此,式（1.7）又稱為位置型PID算式。 由（1.7）可看出，位置型控制算式不夠方便，這是因為要累加偏差,不僅要占用較多的存儲單元，而且不便于編寫程序，為此對式（1.7）進行改進。 根據(jù)式（1.7）不難看出u(n-1)的表達式，即 （1.15） 將式（1.7）和式（1.15）相減，即得數(shù)字PID增量型控制算式為 （1.16） 從上式可得數(shù)字PID位置型控制算式為 （1.17） 式中： 稱為比例增益； 稱為積分系數(shù)； 稱為微分系數(shù)[1]。 數(shù)字PID位置型示意圖和數(shù)字PID增量型示意圖分別如圖1.2和1.3所示： 圖1.2 數(shù)字PID位置型控制示意圖 圖1.3 數(shù)字PID增量型控制示意圖 1.1.3、 數(shù)字PID參數(shù)整定方法 如何選擇控制算法的參數(shù)，要根據(jù)具體過程的要求來考慮。一般來說，要求被控過程是穩(wěn)定的，能迅速和準確地跟蹤給定值的變化，超調量小，在不同干擾下系統(tǒng)輸出應能保持在給定值，操作變量不宜過大，在系統(tǒng)和環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時控制應保持穩(wěn)定。顯然，要同時滿足上述各項要求是很困難的，必須根據(jù)具體過程的要求，滿足主要方面，并兼顧其它方面。 PID調節(jié)器的參數(shù)整定方法有很多，但可歸結為理論計算法和工程整定法兩種。用理論計算法設計調節(jié)器的前提是能獲得被控對象準確的數(shù)學模型，這在工業(yè)過程中一般較難做到。因此，實際用得較多的還是工程整定法。這種方法最大優(yōu)點就是整定參數(shù)時不依賴對象的數(shù)學模型，簡單易行。當然，這是一種近似的方法，有時可能略嫌粗糙，但相當適用，可解決一般實際問題。下面介紹兩種常用的簡易工程整定法。 （1）擴充臨界比例度法 這種方法適用于有自平衡特性的被控對象。使用這種方法整定數(shù)字調節(jié)器參數(shù)的步驟是： ①選擇一個足夠小的采樣周期，具體地說就是選擇采樣周期為被控對象純滯后時間的十分之一以下。 ②用選定的采樣周期使系統(tǒng)工作：工作時，去掉積分作用和微分作用，使調節(jié)器成為純比例調節(jié)器，逐漸減小比例度（）直至系統(tǒng)對階躍輸入的響應達到臨界振蕩狀態(tài)，記下此時的臨界比例度及系統(tǒng)的臨界振蕩周期。 ③選擇控制度：所謂控制度就是以模擬調節(jié)器為基準，將DDC的控制效果與模擬調節(jié)器的控制效果相比較?？刂菩Ч脑u價函數(shù)通常用誤差平方面積表示。 控制度＝ （1.18） 實際應用中并不需要計算出兩個誤差平方面積，控制度僅表示控制效果的物理 概念。通常，當控制度為1.05時，就可以認為DDC與模擬控制效果相當；當控制度為2.0時，DDC比模擬控制效果差。 ④根據(jù)選定的控制度，查表1.1求得T、、、的值[1]。 表1.1 擴充臨界比例度法整定參數(shù) 控制度 控制規(guī)律 T 1.05 PI 0.03 0.53 0.88 1.05 PID 0.014 0.63 0.49 0.14 1.20 PI 0.05 0.49 0.91 1.20 PID 0.043 0.047 0.47 0.16 1.50 PI 0.14 0.42 0.99 1.50 PID 0.09 0.34 0.43 0.20 2.00 PI 0.22 0.36 1.05 2.00 PID 0.16 0.27 0.40 0.22 （2）經(jīng)驗法 經(jīng)驗法是靠工作人員的經(jīng)驗及對工藝的熟悉程度，參考測量值跟蹤與設定值曲線，來調整P、I、D三者參數(shù)的大小的，具體操作可按以下口訣進行： 參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查； 先是比例后積分，最后再把微分加； 曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大； 曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳； 曲線偏離回復慢，積分時間往下降； 曲線波動周期長，積分時間再加長； 曲線振蕩頻率快，先把微分降下來； 動差大來波動慢，微分時間應加長。 下面以PID調節(jié)器為例，具體說明經(jīng)驗法的整定步驟： ①讓調節(jié)器參數(shù)積分系數(shù)=0，實際微分系數(shù)=0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，由小到大改變比例系數(shù)，讓擾動信號作階躍變化，觀察控制過程，直到獲得滿意的控制過程為止。 ②取比例系數(shù)為當前的值乘以0.83，由小到大增加積分系數(shù)，同樣讓擾動信號作階躍變化，直至求得滿意的控制過程。 ③積分系數(shù)保持不變，改變比例系數(shù)，觀察控制過程有無改善，如有改善則繼續(xù)調整，直到滿意為止。否則，將原比例系數(shù)增大一些，再調整積分系數(shù)，力求改善控制過程。如此反復試湊，直到找到滿意的比例系數(shù)和積分系數(shù)為止。 ④引入適當?shù)膶嶋H微分系數(shù)和實際微分時間，此時可適當增大比例系數(shù)和積分系數(shù)。和前述步驟相同，微分時間的整定也需反復調整，直到控制過程滿意為止。 PID參數(shù)是根據(jù)控制對象的慣量來確定的。大慣量如：大烘房的溫度控制，一般P可在10以上,I在（3、10）之間,D在1左右。小慣量如：一個小電機閉環(huán)控制，一般P在（1、10）之間,I在（0、5）之間,D在（0.1、1）之間,具體參數(shù)要在現(xiàn)場調試時進行修正。 1.2、PWM脈沖控制技術 PWM(Pulse Width Modulation)控制就是對脈沖的寬度進行調制的技術。即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。 1.2.1 PWM控制的基本原理 在采樣控制理論中有一個重要的結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。這里所說的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。如果把各輸出波形用傅立葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。例如圖1.4中a、b、c所示的三個窄脈沖形狀不同，其中圖1.4的a為矩形脈沖，圖1.4的b為三角脈沖，圖1.4的c為正弦半波脈沖，但它們的面積（即沖量）都等于1，那么，當它們分別加在具有慣性的同一環(huán)節(jié)上時，其輸出響應基本相同。當窄脈沖變?yōu)槿鐖D1.4的d所示的單位脈沖函數(shù)時，環(huán)節(jié)的響應即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)。 圖1.4 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 圖1.5a的電路是一個具體的例子。圖中為窄脈沖，其形狀和面積分別如圖1.4的a、b、c、d所示，為電路的輸入。該輸入加在可以看成慣性環(huán)節(jié)的R-L電路上，設其電流為電路的輸出。圖1.5b給出了不同窄波時的響應波形。從波形可以看出，在的上升段，脈沖形狀不同時的形狀也略有不同，但其下降段幾乎完全相同。脈沖越窄，各波形的差異也越小。如果周期性的施加上述脈沖，則響應也是周期性的。用傅立葉級數(shù)分解后將可看出，各在低頻段的特性非常接近，僅在高頻段有所不同[2]。 圖1.5 沖量相同的各種窄脈沖的響應波形 1.2.2 直流電機的PWM控制技術 直流電動機具有優(yōu)良的調速特性，調速平滑、方便，調速范圍廣，過載能力大，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動、制動和反轉；能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求，在許多需要調速或快速正反向的電力拖動系統(tǒng)領域中得到了廣泛的應用。 直流電動機的轉速調節(jié)主要有三種方法：調節(jié)電樞供電的電壓、減弱勵磁磁通和改變電樞回路電阻。針對三種調速方法，都有各自的特點，也存在一定的缺陷。例如改變電樞回路電阻調速只能實現(xiàn)有級調速，減弱磁通雖然能夠平滑調速，但這種方法的調速范圍不大，一般都是配合變壓調速使用。所以在直流調速系統(tǒng)中，都是以變壓調速為主。其中，在變壓調速系統(tǒng)中，大體上又可分為可控整流式調速系統(tǒng)和直流PWM調速系統(tǒng)兩種。直流PWM調速系統(tǒng)與可控整流式調速系統(tǒng)相比有下列優(yōu)點：由于PWM調速系統(tǒng)的開關頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩(wěn)的直流電流，低速特性好、穩(wěn)速精度高、調速范圍寬。同樣，由于開關頻率高,快速響應特性好,動態(tài)抗干擾能力強，可以獲得很寬的頻帶；開關器件只工作在開關狀態(tài)，因此主電路損耗小、裝置效率高；直流電源采用不可控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。正因為直流PWM調速系統(tǒng)有以上優(yōu)點，并且隨著電力電子器件開關性能的不斷提高，直流脈寬調制( PWM) 技術得到了飛速的發(fā)展。 根據(jù)PWM控制的基本原理可知，一段時間內加在慣性負載兩端的PWM脈沖與相等時間內沖量相等的直流電加在負載上的電壓等效，那么如果在短時間T內脈沖寬度為,幅值為U，由圖1.6可求得此時間內脈沖的等效直流電壓為： ，若令，即為占空比，則上式可化為： (U為脈沖幅值) （1.19） 若PWM脈沖為如圖1.7所示周期性矩形脈沖，那么與此脈沖等效的直流電壓的計算方法與上述相同，即 （為矩形脈沖占空比） （1.20） 圖1.7 周期性PWM矩形脈沖 由式1.20可知，要改變等效直流電壓的大小，可以通過改變脈沖幅值U和占空比來實現(xiàn)，因為在實際系統(tǒng)設計中脈沖幅值一般是恒定的，所以通常通過控制占空比的大小實現(xiàn)等效直流電壓在0～U之間任意調節(jié)，從而達到利用PWM控制技術實現(xiàn)對直流電機轉速進行調節(jié)的目的。 二、 設計方案與論證 2.1 系統(tǒng)設計方案 根據(jù)系統(tǒng)設計的任務和要求，設計系統(tǒng)方框圖如圖2.1所示。圖中控制器模塊為系統(tǒng)的核心部件，鍵盤和顯示器用來實現(xiàn)人機交互功能，其中通過鍵盤將需要設置的參數(shù)和狀態(tài)輸入到單片機中，并且通過控制器顯示到顯示器上。在運行過程中控制器產(chǎn)生PWM脈沖送到電機驅動電路中，經(jīng)過放大后控制直流電機轉速，同時利用速度檢測模塊將當前轉速反饋到控制器中，控制器經(jīng)過數(shù)字PID運算后改變PWM脈沖的占空比，實現(xiàn)電機轉速實時控制的目的。 圖2.1 系統(tǒng)方案框圖 2.2 電機驅動模塊設計方案 ULN2003是高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點，適應于各類要求高速大功率驅動的系統(tǒng)。ULN2003A由7組達林頓晶體管陣列和相應的電阻網(wǎng)絡以及鉗位二極管網(wǎng)絡構成，具有同時驅動7組負載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。 2.3 速度采集模塊設計方案 采用對射式光電傳感器。其檢測方式為：發(fā)射器和接受器相互對射安裝，發(fā)射器的光直接對準接受器，當測物擋住光束時，傳感器輸出產(chǎn)生變化以指示被測物被檢測到。通過脈沖計數(shù)，對速度進行測量。 2.4 顯示模塊設計方案 采用1602LCD液晶顯示器，該顯示器控制方法簡單，功率低、硬件電路簡單、可對字符進行顯示。 三、 單元電路設計 3.1 硬件資源分配 本系統(tǒng)電路連接及硬件資源分配見圖3.1所示。采用51單片機作為核心器件，轉速檢測模塊作為電機轉速測量裝置，通過51的P3.3口將電脈沖信號送入單片機處理，L298作為直流電機的驅動模塊，利用1602LCD顯示器 3.2 電機驅動電路設計 驅動模塊是控制器與執(zhí)行器之間的橋梁，在本系統(tǒng)中單片機的I/O口不能直接驅動電機，只有引入電機驅動模塊才能保證電機按照控制要求運行，在這里選用L298N電機驅動芯片驅動電機，該芯片是由四個大功率晶體管組成的H橋電路構成，四個晶體管分為兩組，交替導通和截止，用單片機控制達林頓管使之工作在開關狀態(tài)，通過調整輸入脈沖的占空比，調整電動機轉速。其中輸出腳（SENSEA和SENSEB?）用來連接電流檢測電阻，Vss接邏輯控制的電源。Vs為電機驅動電源。IN1-IN4輸入引腳為標準TTL 邏輯電平信號，用來控制H橋的開與關即實現(xiàn)電機的正反轉，ENA、ENB引腳則為使能控制端，用來輸入PWM信號實現(xiàn)電機調速。其電路如圖3.3所示，利用兩個光電耦合器將單片機的I/O與驅動電路進行隔離，保證電路安全可靠。這樣單片機產(chǎn)生的PWM脈沖控制L298N的選通端[7]，使電機在PWM脈沖的控制下正常運行，其中四個二極管對芯片起保護作用。 圖3.3 電機驅動電路 3.3電機速度采集電路設計 在本系統(tǒng)中由于要將電機本次采樣的速度與上次采樣的速度進行比較，通過偏差進行PID運算，因此速度采集電路是整個系統(tǒng)不可缺少的部分。本次設計中應用了比較常見的光電測速方法來實現(xiàn)，其具體做法是將電機軸上固定一圓盤，且其邊緣上有N個等分凹槽如圖3.5（a）所示，在圓盤的一側固定一個發(fā)光二極管，其位置對準凹槽處，在另一側和發(fā)光二極光平行的位置上固定一光敏三極管，如果電動機轉到凹槽處時，發(fā)光二極管通過縫隙將光照射到光敏三極管上，三極管導通，反之三極管截止，電路如圖3.4（b）所示，從圖中可以得出電機每轉一圈在P3.3的輸出端就會產(chǎn)生N個低電平。這樣就可根據(jù)低電平的數(shù)量來計算電機此時轉速了。例如當電機以一定的轉速運行時，P3.3將輸出如圖3.5所示的脈沖，若知道一段時間t內傳感器輸出的低脈沖數(shù)為n，則電機轉速v=r/s。 (a) (b) 圖3.4 電機速度采集方案 3.4串行通信模塊 主要用于與電腦通信繪畫PID波形 四、軟件設計 4.1 算法實現(xiàn) 4.1.1 PID算法 本系統(tǒng)設計的核心算法為PID算法，它根據(jù)本次采樣的數(shù)據(jù)與設定值進行比較得出偏差，對偏差進行P、I、D運算最終利用運算結果控制PWM脈沖的占空比來實現(xiàn)對加在電機兩端電壓的調節(jié)[10]，進而控制電機轉速。其運算公式為： 因此要想實現(xiàn)PID控制在單片機就必須存在上述算法， 其程序流程如圖4.1所示。 4.1.2 電機速度采集算法 本系統(tǒng)中電機速度采集是一個非常重要的部分，它的精度直接影響到整個控制的精度。在設計中采用了光電傳感器做為測速裝置，其計算公式為： v= r/min 從這里可以看出速度v的誤差主要是由圓盤邊緣上的凹槽數(shù)的多少決定的，為了減少系統(tǒng)誤差應盡量提高凹槽的數(shù)量，在本次設計中取凹槽數(shù)N為120，采樣時間t為0.5s，則速度計算具體程序流程如圖4.2所示。 4.2定時程序流程 在本系統(tǒng)中定時器T0中斷子程序是用來控制電機運行時間和進行速度計算和PID 運算，其程序流程如圖4.5所示。 五、設計要求 5.1選用哪種PID結構，為什么？ 選用PI結構，因為PI結構綜合了P調節(jié)器和I調節(jié)器的優(yōu)點，能夠更好的減小超調、消除穩(wěn)態(tài)誤差。由于在本次PID整定過程中，PI結構已滿足系統(tǒng)要求，所以采用PI結構。 5.2 通過波形圖說明PID算法參數(shù)整定規(guī)程 （1）【P結構】V=60r/s,kp=0.5,靜差=2，超調=5 v=60r/s kp=0.81。超調=3 靜差=1。 （2）【PI結構】系統(tǒng)超調基本消除，但存在靜差，因此需要加入積分環(huán)節(jié)。先設Ki為一較大值，并將Kp縮小。V=60r/s, kp=0.72，ki=0.02。 （3）【PID結構】加入微分環(huán)節(jié)后。Kp=0.72，ki=0.2，kd=0.1。系統(tǒng)出現(xiàn) Kp=0.72，ki=0.2，kd=0.2。系統(tǒng)出現(xiàn)靜差，靜差=1 5.3 比較控制算法分別采用P、PI、PD、PID，控制效果的不同之處。 PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 　　比例（P）控制 　　比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。 　　積分（I）控制 　　在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 　　微分（D）控制 　　在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入?“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調節(jié)過程中的動態(tài)特性。 5.4 系統(tǒng)加入D和不加入D的不同之處。 對于具有較大慣性轉速或者之后去的對象，系統(tǒng)加入D之后，明顯的減小了振蕩，減小了調節(jié)時間，使得系統(tǒng)快速進入穩(wěn)定狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的動態(tài)特性。不加入D的話，當系統(tǒng)較大慣性或滯后的被控對象，系統(tǒng)會出現(xiàn)近似等幅振蕩，無法進入穩(wěn)定狀態(tài)。但是一般合理的轉速區(qū)間則影響不大。 六、總結 本課題的目的在于利用單片機實現(xiàn)PID算法產(chǎn)生PWM脈沖來控制電機轉速。到目前為止通過對控制器模塊、電機驅動模塊、LCD顯示模塊、數(shù)字PID算法等進行深入的研究。完成了硬件電路的系統(tǒng)設計，軟件方面利用C語言進行編程，增強了程序的可移植性和靈活性并且保證了程序的準確性。 歸納起來主要做了如下幾方面的工作： 1、 PID算法與PWM控制技術有機的結合； 2、 設計了速度檢測電路； 3、 利用C語言進行程序設計 4、 根據(jù)上面論述結合測試數(shù)據(jù)可以看出本次設計基本完成了設計任務和要求。 通過此次設計，掌握了數(shù)字PID算法的使用及編程方法，學習了如何進行系統(tǒng)設計及相關技巧。 20