直流电机调速讲解.ppt

主讲：于涛 开始 PID智能小车直流电机调速 1 of 26 PID是什么 绕不开的理论公式 实际如何下手 演示 更进一步的深入 2 of 26 类比 例如一个底部有漏口的水池，如果我们要保持水位，在某一个刻度，需要通过水阀开度的大小来实现。 “高于刻度阀门就开小,低于刻度阀门就开大 “ 这本身就是PID里面的一部分: P，即比例控制--只使用了PID的P部分。 生活中的例子 题外话：使用开环也可以，pwm与转速对应表。 PID是什么? 为什么使用PID 一般的开关控制只能简单的起停。 即控制电机的转动与停止。 使用PID的效果： 实现更精细的控制。 1.保持转速恒定。 2.快速达到指定的转速。 常用单位 ：转/分钟 = RPM。 为什么我们不能告诉电机，按照我们要的速度转动? 电机的交互方式：PWM, 参数整定 3 of 26 P --比例 I --积分 D --微分 PID的前提是反馈 必须有反馈才能知道如何调整 4 of 26 PID是什么? PID Controller Motor 要求的速度 实际转速 (编码器测速) 调整 PWM err 速度反馈 闭环：带有反馈的系统 开环：没有反馈的系统 PID是什么? P--比例控制部分 ?这个很好理解.比如说,速度传感器发现,当前速度是1200/分.而我们设定的速度值为1000 /分,那么差就是200 /分,这时,如果我设定P为0.1,而电机速度的控制量是“电压”，就应该是Uo+0.1x200。 P的意思就是“倍数”,就是指你要把这个偏差放大多少倍.放大本身就是一个比例. 单单一个P控制就足够可以控制电机的速度. 5 of 26 Velocity P 单独控制效果： 有误差，但是保持不变 Time PID是什么? I--积分控制部分 它是一个积分运算.有的时候偏差不是很大,可以继续运行下去,但会使系统始终存在一个偏差.如果你使用I运算将这个偏差累加起来,到了一定大小的时候就进行处理.这样就能防止?系统的误差累计.其实,在程序中,这个过程就是对一个小偏差的连续累加. 5 of 26 Velocity PI 组合 消除了误差 带来了超调 Time PID是什么? D--微分控制部分 ?所谓的微分就是对变量求导,意思就是一个量的变化率.其微分部分就是能够将变量变化率放入计算中.这个量在编程中其实就是求上次偏差和这次偏差的差. 5 of 26 Velocity PID 黄金组合 加快进入稳态 减少超调 Time 绕不开的理论公式 误差： e(t) = 给定–测速结果 P控制器： 5 of 26 PI控制器： 绕不开的理论公式 5 of 26 PID控制器 本次的误差e(kT) ,上次的误差e[(k-1)T],2者的差值除以采样时间就是变化率 绕不开的理论公式 上面介绍的公式，叫做位置PID，也就是每次都使用整个系统的状态。可以理解为：偏差使用的是所有的全量偏差。 还有一种算法是增量式PID。 摘录网上的话：“位置式PID算法每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去误差的累加值，因此，容易产生较大的累积计算误差。而增量式PID只需计算增量，计算误差或精度不足时对控制量的计算影响较小。” 上一次的输出为u(k-1),这次的输出为u(k) ,变化量为^u(k) 5 of 26 实际如何下手 硬件准备： 1.N20直流电机，配有1：145的金属变速箱。电机必须带测速。 2.Aduino nano控制板，主控芯片atmel328p。 3.实现电机控制的H桥电路板，带pwm输入。 4.供电电池。 软件准备： 1.Arduino IDE开发环境。 2.串口猎人，用于收集数据，实时绘制可视化图像。 5 of 26 实际如何下手 要控制就要涉及到三个量： 设定值（控制目的）、被调量（控制什么）、输出量（控制结果）。 对应到直流电机上就是： 设定值：希望（给定）电机输出的转速 被调量：PWM占空比 输出量：实际电机输出的转速 编码器体现速度的数字量是 单位时间内的电平改变次数（ticks）。 我设置的是引脚变化触发计数，有改变就计数。因此，速度 = ticks。 对应的量就变为： 设定值：希望的单位时间内ticks 被调量：PWM占空比 输出量：实际单位时间内ticks 5 of 26 这个就是我们的控制目标，一般通过上位机命令给出 实际如何下手 代码实现 速度测定： 程序可以通过定时器来计数，利用单片机上的引脚变化中断实现。 问题是这个采样时间怎么取？ 这里针对我买的电机，测速是放在转轴上未减速前的，采样