基于PID的电机闭环控制浅析

基于PID的电机闭环控制

导读

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威廉希尔官方网站的设计,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 光耦隔离威廉希尔官方网站

利用光耦组成的光电隔离威廉希尔官方网站将控制器与外部的驱动威廉希尔官方网站隔离开来,使得外部威廉希尔官方网站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