实验八 直电机闭环调速实验.doc

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1、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1·巩固闭环控制系统的基本概念。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V与IRQ6（J1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

2、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

3、算法的模拟表达式是：（式3-1-1）PID程序输入U1(K),U(R)返回计算Pp(K)+Pi(K)+Pd(K)计算E(K)=U1(K)－U(R)计算Pp(K)=Kp×E(K)计算Pi(K)=Ki×E(K)+Pi(K-1)式中，——调节器的输出信号；——调节器的偏差信号；——调节器的比例系数；——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

4、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

5、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

6、字实现由于DDC（DirectDigitalControl）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：（

7、式3-1-3）其中，设式中，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：l0832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

8、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—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