PDF《PID 调节控制做电机速度控制》

PID 调节控制做电机速度控制 PID 调节控制做电机速度控制 .

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2 V1.1 C Jan 23,

2006 目录 页1模拟PID控制.1 1.1 模拟PID控制原理

1 2 数字PID控制.3 2.1 位置式PID算法

3 2.2 增量式PID算法

4 2.3 控制器参数整定.4 2.3.1 凑试法.5 2.3.2 临界比例法.5 2.3.3 经验法.5 2.3.4 采样周期的选择.6 2.4 参数调整规则的探索.6 2.5 自校正PID控制器

7 3 软件说明.8 3.1 软件说明.8 3.2 档案构成.8 3.3 DMC界面.8 3.4 子程序说明.9

4 程序范例.16 4.1 DEMO程序.16 4.2 程序流程与说明.19 4.3 中断子流程与说明.20

5 MCU使用资源

21 5.1 MCU硬件使用资源说明.21

6 实验测试.22 6.1 响应曲线.22

7 参考文献.26 PID 调节控制做电机速度控制 PAGE

1 1 模拟 PID 控制 将偏差的比例(Proportion) 、积分(Integral)和微分(Differential)通过线性组合构成控制量, 用这一控制量对被控对象进行控制,这样的控制器称 PID 控制器. 1.1 模拟 PID 控制原理 在模拟控制系统中,控制器最常用的控制规律是 PID 控制.为了说明控制器的工作原理,先看 一个例子.如图 1-1 所示是一个小功率直流电机的调速原理图.给定速度 与实际转速进行比 较 ,其差值 ,经过 PID 控制器调整后输出电压控制信号 , 经过功 率放大后,驱动直流电动机改变其转速. ) (

0 t n ) (t n ) ( ) ( ) (

0 t n t n t e ? = ) (t u ) (t u PID控制器 直流电机 ) (

0 t n ) (t e ) (t u ) (t n - + 图1-1 小功率直流电机调速系统 常规的模拟 PID 控制系统原理框图如图 1-2 所示.该系统由模拟 PID 控制器和被控对象组成. 图中, 是给定值, 是系统的实际输出值,给定值与实际输出值构成控制偏差 ) ( r t ) ( y t ) (t e ) ( y ) ( r ) ( t t t e ? = (式1-1) ) (t e 作为 PID 控制的输入, 作为 PID 控制器的输出和被控对象的输入. 所以模拟 PID 控制器的 控制规律为 ) (t u ] ) ( ) (

1 ) ( [ ) ( u

0 dt t de Td dt t e Ti t e Kp t t + + = ∫ (式1-2) 其中: DD 控制器的比例系数 Kp -- 控制器的积分时间,也称积分系数 Ti DD 控制器的微分时间,也称微分系数 Td 比例 积分 微分 被控对象 ) ( r t + - + + + ) (t u ) ( y t ) (t e 图1-2 模拟 PID 控制系统原理图

1、 比例部分 PID 调节控制做电机速度控制 PAGE

2 比例部分的数学式表示是: ) ( * t e Kp 在模拟 PID 控制器中,比例环节的作用是对偏差瞬间作出反应.偏差一旦产生控制器立即产生 控制作用,使控制量向减少偏差的方向变化.控制作用的强弱取决于比例系数 ,比例系数 越大,控制作用越强,则过渡过程越快,控制过程的静态偏差也就越小;

但是 越大,也越容易产生 振荡,破坏系统的稳定性.故而,比例系数 选择必须恰当,才能过渡时间少,静差小而又稳定的 效果. Kp Kp Kp Kp

2、 积分部分 积分部分的数学式表示是: ∫ t dt t e Ti Kp

0 ) ( 从积分部分的数学表达式可以知道,只要存在偏差,则它的控制作用就不断的增加;

只有在偏 差时,它的积分才能是一个常数,控制作用才是一个不会增加的常数.可见,积分部分可以 消除系统的偏差.

0 ) ( = t e 积分环节的调节作用虽然会消除静态误差,但也会降低系统的响应速度,增加系统的超调量. 积分常数 越大,积分的积累作用越弱,这时系统在过渡时不会产生振荡;

但是增大积分常数 会 减慢静态误差的消除过程,消除偏差所需的时间也较长,但可以减少超调量,提高系统的稳定性. 当Ti 较小时,则积分的作用较强,这时系统过渡时间中有可能产生振荡,不过消除偏差所需的时间 较短.所以必须根据实际控制的具体要求来确定Ti . Ti Ti