实验六 数字PID 直流电机闭环调速控制系统设计 一、实验原理及内容 直流电机调速实验的系统方框图如下： 电机的PID 控制原理：单片机给出脉冲调制信号，脉冲调制信号的脉宽决定电机的转速，即可通过调节脉冲的占空比来调节电机的转速，脉冲信号驱动电路放大后控制直流电机的转动，然后测速电路几乎同步测出电机转速并输出，该输出信号与给定值（给定的转速）比较，如果两者不相同，经单片机里面的算法比对后，单片机调节脉冲宽度，继续输出给驱动电路控制电机，如此循环，直到电机转速与给定值相同。 根据上述系统方框图，硬件线路图设计如下： 图中“DOUT0”表示 51 的 I/O 管脚 P1.4，输出 PWM 脉冲经驱动后控制直流电机， “IRQ7 ”表示 51 的外部中断 1，用作测速中断。 实验中，用系统的数字量输出端口 “DOUT0”来模拟产生 PMW 脉宽调制信号，构成系统的控制量，经驱动电路驱动后控制电 机运转。霍尔测速元件输出的脉冲信号记录电机转速构成反馈量。在参数给定情况下，经 PID 运算，电机可在控制量作用下，按给定转速闭环运转。系统定时器定时 1ms，作为系统采样 基准时钟；测速中断用于测量电机转速。 直流电机闭环调速控制系统实验的参考程序如下： 实验结果的推导： 在模拟系统中，PID 算法的表达式为： ])()(1)([)(dttdeTdtteTteKtPDiP（1） 由于计算机系统是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值来计算控制。因此，在计算机系统中，必须对式（1）进行离散化处理，用数字形式的差分方程代替连续系统微分方程，此时积分项和微分项可用求和及增量式表示：njnjnjETtjEdtte000)()()( （2） TkEKEtkEkEdttde)1()()1()()( （3） 将式（2）和（3）带入式（1），则得到离散的PID 表达式： )]1()([)()()(0kEkETTjETTkEKkPDnjiP 式中，Tt----采样周期，必须使 T 足够小，才能使系统有一定的精度； E(k )---第 k 次采样时的偏差值； E(k -1)---第（k -1）次采样时的偏差值； K---采样序号，k =0,1,2. P(k )---第 k 次采样时调节器的输出。 增量型 PID 控制算式为： )1()()(kPkPkp)]2()1(2)([)()]1()([kEkEkEKkEKkEkEKDip 微分系数积分系数；----TTKKDpD ipiTTKK 实验结果记录及分析 (1)比例控制： 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误...
