实验八 直流电机闭环调速实验
1.实验要求
编写程序，实现直流电机闭环调速，使速度稳定在某一给定值上。
2.实验目的
2·了解闭环控制系统中反馈量的引入方法。
3·掌握PID算法数字化的方法和编程。
3.电路及接线
实验连线 将C1部分的折叠帐篷V与IRQ6（J1超滤膜清洗下部）相连，将OUT2(J1的下部)和IRQ7相连。实验时请保证扩展平台正确连接。ADC0832的偏选地址为00H。
4.实验说明
1.基础知识
自动控制有两种最基本的形式：开环控制和闭环控制。开环控制系统的精度取决于元器件的精度和特性调整的精度。当内外干扰影响不大，并且控制精度要求不高时，可采用开环控制方式。前面我们所进行的实验，就是一些开环控制的简单实例。闭环控制又称为反馈控制，其实质是利用负反馈来减小系统的误差。闭环控制具有自动修正被控量偏离给定值的作用，因而可以抑制内部干扰和外部干扰引起的误差，达到自动控制的目的。
按偏差的比例、积分、微分控制（简称PID控制）是过程控制中应用最广的一种控制规则。由PID控制规则构成的PID调节器是一种线性调节器。这种调节器是将设定值U与实际输出值Y构成控制偏差：e=U—Y 按比例（P）、积分（I）、微分（D）通过线性组合构成控制量。PID控制算法的模拟表达式是：
（式3-1-1）
式中，——调节器的输出信号；无线充电ic
——调节器的偏差信号；
——调节器的比例系数；包边带
——调节器的积分时间；
——调节器的微分时间；
在实际应用中，根据对象特征和控制要求，也可灵活改变其结构，取其一部分构成控制规律，例如：比例（P）调节器、比例积分（PI）调节器、比例微分调节器（PD）等。
比例调节器是一种最简单的调节器。它具有反应快、无滞后的特点，能干扰，使被控参数稳定在给定值附近。但是，对于具有自平衡系统（即系统阶跃响应为一有限值）的被控对象存在静差。对于某一给定系统，当负荷变化时，静差大小与比例作用的强弱有关。加大比例系数可以减小静差，但KP过大时，会使动态质量变差，引起控制量振荡甚至导致闭死不稳定。
比例积分调节器是在比例调节器的基础上增加积分调节规律。积分调节规律的实质是调
节器输出的变化速度与输入偏差的大小成正比。只要有偏差，调节器输出的调节信号就不断变化，执行器就不断动作，直至偏差信号消除。因此，积分作用能消除比例调节器的静差。但是积分调节动作缓慢，其调节作用总是滞后于偏差信号的变化。
在上述PI调节器的基础上再加上微分调节环节就构成了PID调节器。微分调节作用可以克服积分调节作用缓慢性，避免积分作用可能降低系统响应速度的缺点。另外，微分调节的加入有助于减小超调、克服振荡，改善系统的动态性能。
在实际应用中，PID调节器的实现分模拟和数字模拟两种方法。模拟法就是利用硬件电路实现PID调节规律。PID数字模拟法就是对经典的模拟PID进行数字模拟，用数字调节器来代替模拟调节器。在采样周期较小时，数字模拟PID控制算法是一种较理想的控制算法。
2.PID算法的数字实现
由于DDC（Direct Digital Control）系统是一种时间离散控制系统。因此，为了用微机实现（式3-1-1）必须将其离散化，
用数字形式的差分方程来代替连续系统的微分方程。离散化的PID表达式为：
（式3-1-2）
式中，——采样周期；
——第n次采样时微机输出；
——第n次采样时的偏差值；
——第n-1次采样时的偏差值；
——采样序号，n=0，1，2，…。
通常把（式3-1-2）称为PID的位置控制算式。根据（式3-1-2）可以进一步推导出离散化的位置型PID编程表达式，如（式3-1-3）：
第K次采样PID的输出式为：
（式3-1-3）
其中，设
式中，多媒体讲台设计
确定了的值后，实现（式3-1-3）的编程框图如右图所示：由（式3-1-3）还可得离散化的位置型P控制和PI控制的编程表达式。它们各自的编程框图也只需在该图的基础上稍作删减即可。
3．实现直流电机的闭环调速
实现原理如下图所示：
【注意】：考虑到实验平台的硬件特点，在编程中必须注意以下问题：
● 0832输出的0～5V模拟电压，先与-2.5V作加法运算，转化为-2.5V～+2.5V的电压，再经功率放大器放大至-12V～+12V驱动直流电机。因此，0832D/A转换输出的电压值0V—2.5V—5V分别对应于放大器的输出-12V～0V～+12V，即分别对应于直流电机的反转最高速—停止毛豆剥壳机—正转最高速。
5.实验现象
选择LCAACT软件“设置”－>“环境参数”－>“特征曲线”，打开“工具”－>“软件示波器”－>“速度示波”，点击开始即可（具体操作见用户手册中虚拟示波器），根据需要调节参数来达到理想的波形。注意电机的最大转速为280转/s,所以转速参数最大只能为28。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议