直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量與控制課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　姓 名: </p><p><b>　　專 業(yè): </b></p><p><b>　　學(xué) 號(hào): </b></p><p>　　所在學(xué)院: 電氣學(xué)院 </p><p>　

2、　2014年1月16日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容…………………………………………3</p><p>　　二、實(shí)驗(yàn)原理…………………………………………………3</p><p>　　三、功能模塊簡(jiǎn)介……………………………………………4</p><p

3、>　　四、系統(tǒng)原理圖………………………………………………7</p><p>　　五、控制算法設(shè)計(jì)及程序流程圖……………………………8</p><p>　　六、心得體會(huì)…………………………………………………10</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容<

4、;/b></p><p>　　1、了解霍爾器件的工作原理；</p><p>　　2、掌握利用微機(jī)技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量與控制的基本原理和方法。</p><p>　　3、采用PID控制算法實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)控，并利用FD-ST8088A實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)動(dòng)態(tài)顯示轉(zhuǎn)速大小等信息，轉(zhuǎn)速給定由鍵盤置入。電機(jī)轉(zhuǎn)速特性見表1。</p><p>　　表 1：電

5、機(jī)轉(zhuǎn)速控制特性參考表（5V/42mA）</p><p>　　4、采用模塊化結(jié)構(gòu)編制測(cè)控程序，定時(shí)中斷和測(cè)速利用8253 T0、T1編制相應(yīng)的服務(wù)程序,顯示相關(guān)信息調(diào)用INT14。</p><p>　　5、 將調(diào)速系統(tǒng)按接線圖連接無誤后，再將編好的源程序匯編、鏈接，形成可執(zhí)行文件并下載到FD-SJ8088進(jìn)行調(diào)試、運(yùn)行，直到滿意為止。</p><p><b>

6、;　　二、實(shí)驗(yàn)原理</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速是工程上一個(gè)常用參數(shù)，旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速常以每秒鐘或每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)來表示。轉(zhuǎn)速測(cè)量方法很多，由于轉(zhuǎn)速是以單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)來衡量，再變換過程中大多是有規(guī)律的重復(fù)運(yùn)動(dòng)；霍爾開關(guān)傳感器由于其體積小，無接觸動(dòng)態(tài)特性好，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在測(cè)量旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。霍爾器件是由半導(dǎo)體材料制成的一種薄片，在垂直于平面方向上施加外磁場(chǎng)B，在沿平面方向兩端加外電場(chǎng)

7、，則使電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，結(jié)果在器件的兩個(gè)側(cè)面之間產(chǎn)生霍爾電勢(shì)，其大小和外磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度及電流大小成比例。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用SPRAGUE300系列霍爾開關(guān)傳感器3013T，它是一種硅單片集成電路，內(nèi)含穩(wěn)壓電路、霍爾電勢(shì)發(fā)生器、放大器、施密特觸發(fā)器和集電極開路輸出電路，器件采用三端平塑封裝，引出端符號(hào)如下：</p><p>　　根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將一塊永久磁鐵固定在電機(jī)封軸上的

8、轉(zhuǎn)盤邊沿，轉(zhuǎn)盤歲北側(cè)軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤附近安置一個(gè)霍爾器件3013T，則霍爾器件首次剛所產(chǎn)生的磁場(chǎng)影響輸出脈沖信號(hào)，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比，測(cè)出該脈沖的周期或頻率即可計(jì)算出轉(zhuǎn)速。</p><p>　　直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與施加于電機(jī)兩端的電壓、電流大小有關(guān),本設(shè)計(jì)利用DAC0832控制輸出到直流電機(jī)的電壓, 電流值即通過控制DAC0832 的模擬輸出信號(hào)量來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)速小于設(shè)定值時(shí)增大D/

9、A輸出電壓; 當(dāng)測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)速大于設(shè)定值時(shí)減小D/A輸出電壓,從而使電機(jī)以某一速度恒速旋轉(zhuǎn)。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，控制算法可采用簡(jiǎn)單的比例調(diào)節(jié)器算法（簡(jiǎn)單的加一、減一法）。比例調(diào)節(jié)器的輸出為：</p><p><b>　　y=Kpe(t)</b></p><p>　　式中：Y——調(diào)節(jié)器的輸出</p><p>　　e(t)——調(diào)節(jié)器的輸入，一般為偏差值<

10、;/p><p><b>　　KP——比例系數(shù)</b></p><p>　　從上式可以看出，調(diào)節(jié)器的輸出Y與輸入偏差值e(t )成正比。因此，只要偏差e(t)一出現(xiàn)就產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)，這是一種最基本的調(diào)節(jié)規(guī)律。比例調(diào)節(jié)作用的大小除了與偏差e(t)有關(guān)外，主要取決于比例系數(shù)Kp，比例調(diào)節(jié)系數(shù)愈大，調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，動(dòng)態(tài)特性也越大。反之，比例系數(shù)愈小調(diào)節(jié)

11、作用越弱。對(duì)于大多數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，Kp太大時(shí)將會(huì)引起自激振蕩。比例調(diào)節(jié)的主要缺點(diǎn)是存在靜差，對(duì)于擾動(dòng)較大慣性也比較大的系統(tǒng)，若采用單純的比例調(diào)節(jié)器就難于兼顧動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性，而需采用PI或PID算法。</p><p><b>　　三、功能模塊簡(jiǎn)介</b></p><p><b>　　DAC0832</b></p><p>　　

12、DAC0832是8位并行、電流型D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。這個(gè)芯片接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。</p><p>　　圖1：DAC0832</p><p>　　DAC0832有如下3種工作方式：</p><p><b>　　單緩沖方式。</b></p>&l

13、t;p><b>　　雙緩沖方式。</b></p><p><b>　　直通方式。</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)采用單緩沖方式。</p><p><b>　　8253</b></p><p>　　8253有6種工作方式：</p><p>　　方

14、式0：計(jì)數(shù)結(jié)束中斷</p><p>　　方式1：可編程單穩(wěn)脈沖</p><p>　　方式2：頻率發(fā)生器（分頻器）</p><p><b>　　方式3：方波發(fā)生器</b></p><p>　　方式4：軟件觸發(fā)選通信號(hào)</p><p>　　方式5：硬件觸發(fā)選通信號(hào)</p><p&g

15、t;　　本實(shí)驗(yàn)采用方式2和4。</p><p><b>　　8259A</b></p><p>　　主要功能：在有多個(gè)中斷源的系統(tǒng)中，接受外部的中斷請(qǐng)求，并進(jìn)行判斷，選中當(dāng)前優(yōu)先級(jí)最高的中斷請(qǐng)求，再將此請(qǐng)求送到CPU的INTR端；當(dāng)CPU響應(yīng)中斷并進(jìn)入中斷子程序的處理過程后，中斷控制器仍負(fù)責(zé)對(duì)外部中斷請(qǐng)求的管理。</p><p>　　初始化命令

16、字1寄存器（ICW1）說明見圖2所示。</p><p>　　圖2: 初始化命令字1寄存器</p><p>　　初始化命令字2寄存器（ICW2）說明見圖3所示。</p><p>　　圖3: 初始化命令字2寄存器</p><p>　　初始化命令字4寄存器（ICW4）說明見圖4。</p><p>　　圖4: 初始化命令字

17、4寄存器</p><p><b>　　LM324</b></p><p>　　圖 5：LM324引腳圖</p><p><b>　　74LS138</b></p><p>　　74LS138為3線－8線譯碼器，其工作原理如下：</p><p>　　當(dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平

18、，另兩個(gè)選通端（(/E2))和/(E3)）為低電平時(shí)，可將地址端（A0、A1、A2）的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。</p><p>　　圖 6：74LS138引腳圖</p><p><b>　　三極管電極的判別</b></p><p>　　己知三極管類型及電極,用指針式萬(wàn)用表判別三極管好壞的方法如下:  ①測(cè) N

19、PN 三極管:將萬(wàn)用表歐姆擋置 "R × 100" 或 "R × lK" 處,把黑表筆接在基極上,將紅表筆先后接在其余兩個(gè)極上,如果兩次測(cè)得的電阻值都較小,再將紅表筆接在基極上,將黑表筆先后接在其余兩個(gè)極上,如果兩次測(cè)得的電阻值都很大,則說明三極管是好的。  ②測(cè) PNP 三極管:將萬(wàn)用表歐姆擋置 "R × 100" 或 "R

20、 × lK" 處,把紅表筆接在基極上,將黑表筆先后接在其余兩個(gè)極上,如果兩次測(cè)得的電阻值都較小,再將黑表筆接在基極上,將紅表筆先后接在其余兩個(gè)極上,如果兩次測(cè)得的電阻值都很大,則說明三極管是好的。 `H/xQH+Yx0M中華維修論壇對(duì)于一只型號(hào)標(biāo)示不清或無標(biāo)志的三極管，要想分辨出它們的三個(gè)電極，也可用萬(wàn)用表測(cè)試。先將萬(wàn)用表量程開關(guān)撥在R×100或R×1k電阻擋上。紅表筆任意接觸三極管的

21、一個(gè)電極，黑表筆依次接觸另外兩個(gè)電極，分別測(cè)量它們之間的電阻值，若測(cè)出均為幾百歐低電阻時(shí)，則紅表筆接觸的電極為基極b，此管為PNP管。若測(cè)出均為幾十至上百千歐的高電阻時(shí)，則紅表筆接觸的電極也為基</p><p><b>　　硬件連線圖</b></p><p>　　五、控制算法設(shè)計(jì)及程序流程圖</p><p><b>　　控制算法設(shè)計(jì)：

22、</b></p><p>　　PID控制是一種應(yīng)用最廣泛的控制規(guī)律。數(shù)字PID控制算式又分為位置型和增量型兩種，分別如下式所示：</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)采用基本的位置式。</p><p><b>　　程序流程圖：</b></p><p><b>　　六、心得體會(huì)</b></p&

23、gt;<p>　　通過為期一周半的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多。轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，雖然很簡(jiǎn)單，但它是我們將理論應(yīng)用于實(shí)踐的第一步。硬件接線增強(qiáng)了自身的動(dòng)手能力，并對(duì)硬件電路有了更深的了解，對(duì)于以后自己動(dòng)手設(shè)計(jì)系統(tǒng)有很大的幫助。對(duì)于程序設(shè)計(jì)，匯編語(yǔ)言的理解是一個(gè)大障礙。還好由于之前學(xué)習(xí)的匯編基礎(chǔ)并未完全忘記，加上對(duì)一些指令的溫習(xí)，很快就可以理解并運(yùn)用了。本次轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)雖然只包含一個(gè)反饋環(huán)，但由于對(duì)PID的理解只停留在理論上，對(duì)

24、PID參數(shù)的整定更是毫無經(jīng)驗(yàn)，因此在整定PID參數(shù)時(shí)，還是遇到了很大的障礙。但這也是本次課程設(shè)計(jì)最大的收獲之一。自己通過網(wǎng)上學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)了一個(gè)PID整定口訣： </p><p>　　參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查。</p><p>　　先是比例后積分，最后再把微分加。</p><p>　　曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大。</p><p>　　曲

25、線漂浮繞大彎，比例度盤往小扳。</p><p>　　曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降。</p><p>　　曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)。</p><p>　　曲線振蕩頻率快，先把微分降下來。</p><p>　　動(dòng)差大來波動(dòng)慢，微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)。</p><p>　　理想曲線兩個(gè)波，前高后低四比一。</p>

26、<p>　　一看二調(diào)多分析， 調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低。</p><p>　　僅僅記住這個(gè)口訣是完全不夠的，關(guān)鍵在于多實(shí)踐，多總結(jié)，增加經(jīng)驗(yàn)，學(xué)會(huì)通過觀察被調(diào)量輸出曲線，來調(diào)節(jié)PID參數(shù)的大小，從而確定最佳參數(shù)。希望有更多這種實(shí)踐的機(jī)會(huì)，來提高自身的能力。 </p><p><b>　　附錄：程序清單</b></p><p>　　

27、;MOTOR.ASM</p><p>　　;DC MOTOR </p><p>　　;SPEED 0-40 R/S</p><p>　　main proc far</p><p>　　data segment 'data'</p><p>　　speed db 20

28、h </p><p>　　getsp db 00h </p><p>　　a0 db 3 </p><p>　　a1 db 3 </p><p>　　a2 db 1 <

29、;/p><p>　　b0 db 00h </p><p>　　b1 db 00h </p><p>　　b2 db 00h </p><p>　　m0 dw 00h </p><p&g

30、t;　　m1 dw 00h </p><p>　　outp db 40h ;存放u(k-1)</p><p>　　waitt db 1 ;采樣時(shí)間</p><p>　　count db 38 ;時(shí)鐘頻率為1/38</

31、p><p>　　data ends</p><p><b>　　;</b></p><p>　　code segment 'code'</p><p>　　assume cs:code,ds:data,es:data</p><p>　　begin: mov ax,d

32、ata ;將數(shù)據(jù)段段值送DS、ES</p><p>　　mov ds,ax</p><p>　　mov es,ax</p><p>　　mov speed,cl</p><p>　　mov ax,cs ;顯示MESS信息</p><p>　　mov es,ax<

33、;/p><p>　　mov bp,offset mtmess ;取MESS偏移地址給BP</p><p>　　mov ah,4 ;置中斷向量，利用內(nèi)部中斷</p><p><b>　　int 14h</b></p><p>　　push ds ;置中斷處理程序&

34、lt;/p><p>　　xor ax,ax</p><p>　　mov ds,ax</p><p>　　lea ax,ring</p><p>　　mov ds:20h,ax ;中斷類型為08H，時(shí)鐘中斷</p><p>　　mov ax,cs</p><p>　　mov

35、 ds:22h,ax</p><p>　　mov al,13h ;8259初始化，置初始化命令字ICW1</p><p>　　out 20h,al </p><p>　　mov al,08h ;置初始化命令字ICW2</p><p>　　out 21h,al

36、 </p><p>　　mov al,0dh ;ICW4，中斷正常結(jié)束方式</p><p>　　out 21h,al</p><p>　　mov al,0feh ;置操作命令字OCW1，僅IR0未被屏蔽</p><p>　　out 21h,al</p><p>　

37、　mov al,20h ;置操作命令字OCW2，令EOI為1，結(jié)束中斷</p><p>　　out 20h,al</p><p><b>　　pop ds</b></p><p>　　call timer0 ;調(diào)用計(jì)數(shù)器0初始化程序 </p><p>　　

38、call timer1</p><p><b>　　sti</b></p><p>　　mov al,0ffh </p><p>　　out 09h,al</p><p>　　out 08h,al</p><p>　　run: jmp run</p&

39、gt;<p><b>　　;</b></p><p>　　ring: cli ;關(guān)中斷，中斷服務(wù)子程序</p><p>　　push ds ;保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)</p><p><b>　　push ax</b></p><p

40、><b>　　push bx</b></p><p><b>　　push cx</b></p><p><b>　　push dx</b></p><p>　　mov ax,data ;載入數(shù)據(jù)段</p><p>　　mov ds,ax&

41、lt;/p><p>　　dec count ;中斷次數(shù)COUNT-1，判斷是否為0，為0，1秒到</p><p>　　jnz exit</p><p>　　mov count,38 ;恢復(fù)初值</p><p>　　call timer1 ;重置T1初值</p><p&

42、gt;　　dec waitt ;轉(zhuǎn)速采樣間隔WAITT-1，判斷是否為0，為0，1秒到</p><p>　　jnz exit</p><p>　　mov waitt,1 ;恢復(fù)WITT為1</p><p>　　call adjust</p><p>　　exit: pop dx

43、 ;恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)</p><p>　　pop cx </p><p><b>　　pop bx</b></p><p><b>　　pop ax</b></p><p><b>　　pop ds</b></p><p>　　mov

44、al,20h ;8259操作命令字OCW2中EOI置1，結(jié)束中斷</p><p>　　out 20h,al</p><p>　　sti ;中斷結(jié)束，返回</p><p><b>　　iret </b></p><p><b>　　;</b>&l

45、t;/p><p>　　adjust: in al,41h ;從T1采樣轉(zhuǎn)速值賦給GETSP，讀入值為99H-脈沖數(shù)</p><p>　　mov ah,al</p><p>　　mov al,99h</p><p>　　sub al,ah ;最 終為脈沖數(shù)，分高8位，低8位</p><p&g

46、t;　　das ;十進(jìn)制調(diào)整，結(jié)果為十進(jìn)制數(shù)</p><p>　　mov getsp,al </p><p>　　mov ax,cs ;顯示SETMESS的字符串</p><p>　　mov es,ax</p><p>　　mov bp,offset setme

47、ss</p><p>　　mov ah,4 ;串行通信中斷調(diào)用，發(fā)送ES：BP開始的字符串</p><p><b>　　int 14h</b></p><p>　　mov al,speed ;speed顯示十位</p><p>　　mov cl,4</p><

48、p>　　sar al,cl</p><p>　　add al,30h</p><p>　　mov ah,1</p><p><b>　　int 14h</b></p><p>　　mov al,speed ;speed顯示個(gè)位</p><p>　　and

49、 al,0fh</p><p>　　add al,30h</p><p>　　mov ah,1</p><p><b>　　int 14h</b></p><p>　　mov ax,cs ;顯示GETMESS的字符串</p><p>　　mov es,ax

50、</p><p>　　mov bp,offset getmess</p><p>　　mov ah,4</p><p><b>　　int 14h</b></p><p>　　mov al,getsp ;getsp十位數(shù)</p><p>　　mov cl,4&l

51、t;/p><p>　　shr al,cl</p><p>　　add al,30h</p><p>　　mov ah,1</p><p><b>　　int 14h</b></p><p>　　mov al,getsp ;getsp個(gè)位數(shù)</p>&l

52、t;p>　　and al,0fh</p><p>　　add al,30h</p><p>　　mov ah,1</p><p><b>　　int 14h</b></p><p>　　mov ax,cs ;顯示 RSMESS</p><p>　　

53、mov es,ax</p><p>　　mov bp,offset rsmess</p><p>　　mov ah,4</p><p><b>　　int 14h</b></p><p>　　mov al,speed ;碼制轉(zhuǎn)換</p><p>　　mov

54、 cl,4</p><p>　　shr al,cl</p><p>　　mov dl,10</p><p><b>　　imul dl</b></p><p>　　mov bl,al</p><p>　　mov al,speed </p><p>

55、　　and al,0fh</p><p>　　add bl,al</p><p>　　mov bh,bl</p><p>　　mov al,getsp ;碼制轉(zhuǎn)換</p><p>　　mov cl,4</p><p>　　sar al,cl</p><p&

56、gt;　　mov dl,10</p><p><b>　　imul dl</b></p><p>　　mov bl,al</p><p>　　mov al,getsp </p><p>　　and al,0fh</p><p>　　add bl,al</p>

57、<p>　　sub bh,bl</p><p>　　mov sub0,bh ;計(jì)算e（k）</p><p>　　mov al,bh</p><p>　　mov dl,a0 ;取a0</p><p>　　imul dl ;取a0*

58、e（k）放入AX</p><p>　　mov m0,ax ;a0*e（k）暫存單元</p><p>　　mov al, b1 ;取e（k-1）</p><p>　　mov dl,a1</p><p><b>　　imul dl</b></p>&

59、lt;p>　　mov m1,ax ;a1*e（k-1）暫存單元</p><p>　　mov al,b2</p><p>　　mov dl,a2</p><p><b>　　imul dl</b></p><p>　　add ax,m0</p><p>

60、;　　sbb ax,m1</p><p>　　add al,outp ;u(k-1)+a0*e(k)-a1*e(k-1)+e*(k-2)</p><p>　　adc ah,00h ;計(jì)算</p><p>　　cmp ax,0ffh ;上限值比較</p><p>　　jg adjst0

61、</p><p>　　cmp ax,40h ;下限值比較</p><p>　　jl adjst1</p><p>　　jmp adjst2</p><p>　　adjst0: mov al,0ffh</p><p>　　jmp adjst2</p><p>　

62、　adjst1: mov al,40h</p><p>　　adjst2: out 09h,al</p><p>　　out 08h,al</p><p>　　mov outp,al</p><p>　　mov al,b1</p><p>　　mov b2,al ;e(k-1)-&g

63、t;e(k-2)</p><p>　　mov al, b0</p><p>　　mov b1,al ;e(k)->e(k-1)</p><p><b>　　retn;</b></p><p>　　timer1: mov al,59h </p><p>　　

64、out 43h,al </p><p>　　mov al,99h</p><p>　　out 41h,al</p><p><b>　　retn</b></p><p>　　timer0: mov al,34h </p><p>　　out

65、43h,al </p><p>　　mov al,79</p><p>　　out 40h,al</p><p>　　mov al,245</p><p>　　out 40h,al</p><p><b>　　retn</b></p><p>　　

66、mtmess db "********** DC Motor **********",0</p><p>　　setmess db " speed=",0</p><p>　　getmess db "r/s realspeed=",0</p><p>　　rsmess db &quo