基于PID的电机闭环控制
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通过新华龙c8051f310单片机对三相异步电机进行控制,主要介绍了三相电机控制器和键盘输入显示电路的设计,实现了电机的闭环控制。在电机控制器的设计中,采用PID控制算法,阐述了对电机速度的控制。该系统具有成本低、控制方便的特点 三相异步电机由于价格便宜,使用方便,作为执行机构,在现实应用中是比较普遍。所以越来越多的设备使用三相电机来作为控制输出。在过程控制中,不可避免会遇到各种干扰,如果采用开环控制,输出会受到影响,不能很好的跟随输入。采用闭环控制,一旦有干扰产生,系统具有一定的抗扰动能力。本文介绍了一种三相电机的闭环控制方法,采用了新华龙c8051f310单片机。单片机由于其结构简单,价格低廉,目前得到了广泛的应用。该控制系统中,具有键盘输入、信号采集、控制输出、显示等各个功能。本文对控制器的设计作了详细的介绍。 1 整个控制系统设计 电机闭环控制系统是由键盘输入、速度信号反馈、电机控制器、驱动输出、LED状态显示等几部分组成,本文着重介绍电机控制器,LED显示状态部分。 2 电机速度控制器 2.1 控制器的硬件 本文研究的速度控制系统由以单片机为核心的速度控制器、三相异步交流电动机、测速发电机反馈等构成。速度控制系统的控制框图如图1所示。速度控制系统是一个闭环系统。闭环控制采用了PID控制算法。 2.2 PID控制器的软件实现 单神经元控制器是通过对加权系数的调整来实现自适应、自组织功能,权系数的调整可按有监督Hebb学习规则实现的。控制算法及学习算法为: ,,分别为积分,比例,微分的学习速率,为神经元的比例系数,>0,表示单神经元的权值。对积分I、比例P、微分D分别采用了不同的学习速率,,,以便对不同的权系数分别进行调整。值的选择非常重要。越大,则快速性越好,但超调量大,甚至可能使系统不稳定。当被控对象时延增大时,值必须减少,以保证系统稳定。值选择过小,会使系统的快速性变差。在大量的实际应用中,通过实践表明,PID参数的在线学习修正主要与和有关。基于此可将单神经元自适应PID控制算法中的加权系数学习修正部分进行修改,即将其中的改为 ,改进后的算法如下: 式中,。采用上述改进算法后,权系数的在线修正就不完全是根据神经网络学习原理,而是参考实际经验制定的。 利用测速发电机对速度信号进行反馈给单片机,测速发电机输出电压是0-5V,而新华龙c8051f310单片机的电压范围是2.7-3.6V。因此,通过分压,使电压达到单片机的信号输入要求,再在单片机中通过算法实现。 2.3 算法在C8051F310上的实现 整个数据的处理在定时器T2触发的中断中执行,其过程为:读AD寄存器数据,软件滤波,转化成对应的电压值,运行PID算法得出输出控制电压,将控制电压送至D/A寄存器,将PID参数和运行速度送到液晶显示,运行单神经元PID算法得出下个周期的PID参数。 3 系统的输入和输出显示 键盘和显示是一个系统重要的组成部分,通过键盘可以方便设置某些功能,如加速减速,启动停止等。显示,可以实时看到某些功能的运行情况。 本系统采用HD7279键盘显示模块。HD7279是一片具有串行接口的,可同时驱动8位共阴式数码管的独立智能显示驱动芯。该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵。单片即可完成显示键盘接口的全部功能。HD7279内部含有译码器可直接接受BCD码或16进制码,并同时具有种译码方式。此外还具有多种控制指令,如消隐闪烁、左移、右移、段寻址等。HD7279具有片选信号,可方便地实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口. 4 光耦隔离电路 利用光耦组成的光电隔离电路将控制器与外部的驱动电路隔离开来,使得外部电路的变化不至于影响或者损坏控制系统,从而提高系统的可靠性,增强抗干扰能力。输入信号提供一定的电流时,光耦才会输出放大的数字电平。光耦连接时注意信号正负逻辑。光隔离器的输入、输出端地线必须互相隔开,并且输入、输出端两个电源必须单独供电,如果使用同一电源,外部干扰信号可能通过电源串到系统中来。 5 结语 本设计以控制电机为目的,采用自整定PID算法,设计了以C8051F310单片机为核心的速度控制器。实验证明,该控制器能实时、有效地控制电机的运转,使用PID算法能快速的校正系统的参数,达到了较好的控制效果。 |
