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步进电机运动控制系统设计-机电毕业论文(10)

2013-09-02 01:19 其运算结果用以输出控制,将基本PID 算式离散化可得到位置型PID 控制算法,对位置型PID 进行变换可得到增量型PID 控制算法。对控制精度要求较高的系统一般采用位置型算法,而在以步进电机或多圈电位器做执行器件的系统中,则采用增量型算法。

　　PID是一种控制过程中应用较为广泛的一种控制算法，它具有原理简单，易于实现，稳定性好，适用范围广，控制参数易于整定等优点。PID控制不需了解被控对象的模型,只要根据经验调整控制器参数 ,便可获得满意的结果。其不足之处是对被控参数的变化比较敏感。但是通过软件编程方法实现PID控制 ,可以灵活地调整参数。,尽管近年来出现了很多先进的控制算法，但PID控制仍然以其独有的特点在工业控制过程中具有相当大的比重，且控制效果相当令人满意。

　　连续PID控制器也称比例－积分－微分控制器，即过程控制是按误差的比例（P-ProportionAl）、积分（I-IntegrAl）和微分（D-DerivAtive）对系统进行控制，其系统原理框图如图5-1所示：

 

　　　　　　　　　　　　　图5-1 PID的原理框图

　　它的控制规律的数学模型如下：

\* MERGEFORMAT   \* MERGEFORMAT                                (5-1)                    

　　或写成传递函数形式：

         \* MERGEFORMAT                           (5-2)

　　式中，e(t)：调节器输入函数，即给定量与输出量的偏u(t)：调节器输出函数。

　　Kp：比例系数；

　　T：积分时间常数；

　　T：微分时间常数。

　　将式（2-1）展开，调节器输出函数可分成比例部分、积分部分和微分部分，它们分别是:

　　⑴ 比例部分比例部分的数学表达式是 \* MERGEFORMAT ,p在比例部分中，Kp是比例系数，Kp越大，可以使系统的过渡过程越快，迅速消除静误差；但Kp过大，易使系统超调，产生振荡，导致不稳定。因此，此比例系数应选择合适，才能达到使系统的过渡过程时间短而稳定的效果。

　　图为比例调节器

                                                          （5-3）

比例调节器

其中：   U控制器的输出

           \* MERGEFORMAT 比例系数

            E 调节器输入偏差

           \* MERGEFORMAT 控制量的基准

比例作用：迅速反应误差，但不能消除稳态误差，过大容易引起不稳定

　　⑵ 积分部分 积分部分的数学表达式是 \* MERGEFORMAT 从它的数学表达式可以看出，要是系统误差存在，控制作用就会不断增

加或减少，只有e(t)=0时，它的积分才是一个不变的常数，控制作用也就不会改变，积分部分的作用是消除系统误差。

积分时间常数 \* MERGEFORMAT 的选择对积分部分的作用影响很大。 \* MERGEFORMAT 较大，积分作用较弱，这时，系统消除误差所需的时间会加长，调节过程慢； \* MERGEFORMAT 较小，积分作用增强，这时可能使系统过渡过程产生振荡，但可以较快地消除误差。

　　⑶ 微分部分

　　微分部分的数学表达式是 \* MERGEFORMAT .

　　微分部分的作用主要是抵消误差的变化，作用强弱由微分时间常数T确定。 \* MERGEFORMAT 越大，则抑制误差e(t)变化的作用越强，但易于使系统产生振荡；  \* MERGEFORMAT 越小，抵消误差的作用越弱。因而，微分时间常数要选择合适，使系统尽快稳定。

比例积分微分调节器如图5-2所示:

                                   图5-2

    但PID算法有两种分别为: 位置式、增量式.

　　位置式PID控制算法

      

                                                                （5-4）

                     （5-5）   由(5-5)与(5-6)式可以推出下式

    （5-6）

　　位置式控制算法提供执行机构的位置uk，需要累计Ek.

　　增量式PID控制算法

    （5-8）

                                                          (5-9)

　　由(1)与(2)式可推出下式:

                                                          （5-10）

    增量式控制算法提供执行机构的增量 \* MERGEFORMAT 只需要保持.现时以前3个时刻的偏差值即可.增量式算法不需做累加，计算误差和计算精度问题对控制量的计算影响较小；位置式算法要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累计误差。

　　控制从手动切换到自动时，位置式算法必须先将的输出值置为原始值 \* MERGEFORMAT 时，才能保证无冲击切换；增量式算法与原始值无关，易于实现手动到自动的无冲击切换。

　　在实际应用中，应根据被控对象的实际情况加以选择。一般认为，在以闸管或伺服电机作为执行器件，或对控制精度要求较高的系统中，应当采用位置式算法；而在以步进电机或多圈电位器作执行器件的系统中，则应采用增量式算法。

　　因本次设计对步进电机的调速范围与控制精确的要求,应采用增量式PID控制：系统的流程框图如5-2所示:

    

                 图5-2 步进电机调速系统的控制流程图

（科教论文网 lw.NsEac.com编辑整理）

　　第6章  软件的设计 

　　6.1  显示子程序的设计

图6-1-1 显示程序流程图

　　6.2　　键盘子程序的设计

图6-2-1 键盘程序流程图

　　6.3　　驱动程序流程的设计：

 

图6-3-1 主程序流程图

　　6.4　　正反转程序流程图

　　6.4.1　正反转程序流程图

图6-4-1 正反转程序流程图

　　6.4.2  转速快慢程序流程图

6-4-2 转速快慢程序流程图

　　6.4.3定时中断流程图

　　　　　　　　　　　　　　　　　　图6-4-2 中断子程序流程图

　　第7章   实验结果与分析 

　　7.1  有关参数的计算与分析

　　在单相三拍方式