单片机pid算法控制步进电机的电路图和程序

//P11(T0):Count They Distance

//P04:Tx

//P05:Rx

#include <C8051F310h> //SFR declarations

#include <stdioh> //Standard I/O definition file

#include <mathh> //Math library file

#include <Intrinsh>

#include <absacch>

unsigned int j,i;

char a=0;

unsigned int t=0;

//sbit led=P0^2;

//P00(PWM0):给定左轮速度

sbit vls=P0^4; //P04(GPIO):给定左轮方向

sbit vlf=P0^6; //P06(T0) :反馈左轮速度

sbit dlf=P1^0; //P10(GPIO):反馈左轮方向

//P02(PWM0):给定右轮速度

sbit vrs=P0^5; //P05(GPIO):给定右轮方向

sbit vrf=P0^7; //P07(T0) :反馈右轮速度

sbit drf=P1^1; //P11(GPIO):反馈右轮方向

int ol; //左轮给定值

int len;

int len_1,len_2;

int lyn_1,lyn_2;

int vl1,vl2; //反馈左轮速度值(取样周期内的方波数)

int lfz; //运算后赋给PWM的值

int lyn,lynn;

int lun=0,lun_1=0; //偏差校正值 即校正PWM输出

int lunp,luni,lund; //PID 校正值

int or; //右轮给定值

int ren;

int ren_1,ren_2;

int ryn_1,ryn_2;

int vr1,vr2; //反馈右轮速度值(取样周期内的方波数)

int rfz; //运算后赋给PWM的值

int ryn,rynn;

int run=0,run_1=0; //偏差校正值 即校正PWM输出

int runp,runi,rund; //PID 校正值

float kp=20; //比例系数18

float kd=02; //微分系数04

float lki; //积分系数

void pio_init(void);

void sys_init(void);

void t01_init(void);

void TIME3_INT(void);

void PID(void);

void interrupt_init(void);

void delay(unsigned int x);

void pwm1_1(void);

void main(void)

{

PCA0MD &= ~0x40; //关闭

pio_init(); //P11为测距输入端

sys_init();

t01_init();

pwm1_1();

TIME3_INT();

interrupt_init();

vls=1;vrs=0;

while(1)

{

ol=50;

or=50;

delay(1000);

ol=100;

or=100;

delay(1000);

ol=-50;

or=50;

delay(1000);

}

}

void PID(void)

{

/左轮PID调节/

if(dlf==1)

{

lyn=(vl2256+vl1); //dlf是左轮反馈方向，0表示向前 vl=TL0

}

else

{

lyn=-(vl2256+vl1); //dlf=1表示是向后退，速度应该为负值

}

len=ol-lyn; //误差=给定速度-反馈速度(取样周期内的方波数)

if(abs(len)<8)//30

{

lki=14; //ki值的确定14

}

else

{

lki=005; //积分系数：如果 | 给定值-反馈值 | 太大

} //则就可以不引入积分，或者引入的很小005

lunp=kp(len-len_1); //比例校正

luni=lkilen; //积分校正

lund=kd(len-2len_1+len_2); //微分校正

lun=lunp+luni+lund+lun_1; //总校正

/新旧数据更新/

len_2=len_1;

len_1=len; //len:当前取样周期内出现的速度偏差;len_1:上次取样周期内出现的速度偏差

lun_1=lun; //lun:当前取样周期内得出的PWM校正值;lun_1:上次取样周期内得出的PWM校正值

/新旧数据更新/

if(lun>255)

{

lun=255; //正速度

}

if(lun<-255)

{

lun=-255; //负速度

}

if(lun<0)

{

vls=1;

PCA0CPH0=-lun;

}

if(lun>=0)

{

vls=0;

PCA0CPH0=lun;

}

/右轮PID调节/

if(drf==0)

{

ryn=(vr2256+vr1); //drf是右轮反馈方向，0表示向前 vl=TL0

}

else

{

ryn=-(vr2256+vr1); //dlf=1表示是向后退，速度应该为负值

}

ren=or-ryn; //误差=给定速度-反馈速度(取样周期内的方波数)

if(abs(ren)<8)//30

{

lki=14; //ki值的确定14

}

else

{

lki=005; //积分系数：如果 | 给定值-反馈值 | 太大

} //则就可以不引入积分，或者引入的很小005

runp=kp(ren-ren_1); //比例校正

runi=lkiren; //积分校正

rund=kd(ren-2ren_1+ren_2); //微分校正

run=runp+runi+rund+run_1; //总校正

/新旧数据更新/

ren_2=ren_1;

ren_1=ren; //len:当前取样周期内出现的速度偏差;len_1:上次取样周期内出现的速度偏差

run_1=run; //lun:当前取样周期内得出的PWM校正值;lun_1:上次取样周期内得出的PWM校正值

/新旧数据更新/

if(run>255)

{

run=255; //正速度

}

if(run<-255)

{

run=-255; //负速度

}

if(run<0)

{

vrs=1;

PCA0CPH1=-run;

}

if(run>=0)

{

vrs=0;

PCA0CPH1=run;

}

//因为这里的PCA0CPH0越大，对应的电机速度越小，所以要255来减一下

}

void pio_init(void)

{

XBR0=0x00; //0000 0001

XBR1=0x72; //0111 0010 时能弱上拉 T0T1连接到脚口P06、P07 CEX0、CEX1连接到脚口P00、P01

P0MDIN=0xff; //模拟(0);数字(1) 1111 0011

P0MDOUT=0xc3;//开漏(0);推挽(1) 1111 1111

P0SKIP=0x3c; //0011 1100

P1MDIN=0xff; //1111 1111

P1MDOUT=0xfc;//

P1SKIP=0x00; //1111 1111

}

void sys_init(void) //12MHz

{

OSCICL=0x43;

OSCICN=0xc2;

CLKSEL=0x00;

}

void pwm1_1(void) //PWM的初始化

{

PCA0MD=0x08; //PCA时钟为12分频

PCA0CPL0=200; //左轮

PCA0CPM0=0x42; //设置左轮为8位PWM输出

PCA0CPH0=200;

PCA0CPL1=200; //平衡校正

PCA0CPM1=0x42; //设置为8位PWM输出

PCA0CPH1=200;

PCA0CN=0x40; //允许PCA工作

}

void t01_init(void)

{

TCON=0x50; //计数器1、2允许

TMOD=0x55; //定时器1、2采用16位计数功能

CKCON=0x00;

TH1=0x00; //用于采集左轮的速度

TL1=0x00;

TH0=0x00; //用于采集右轮的速度

TL0=0x00;

}

void TIME3_INT(void)

{

TMR3CN = 0x00; //定时器3为16位自动重载

CKCON &= ~0x40;

TMR3RLL = 0xff;

TMR3RLH = 0xd7;

TMR3L = 0xff;

TMR3H = 0xd7;

TMR3CN |= 0x04;

}

void T3_ISR() interrupt 14 //定时器3中断服务程序

{

//led=~led;

EA=0;

TCON &=~0x50; //关闭计数器0、1

vl1=TL0; //取左轮速度值

vl2=TH0;

vr1=TL1; //取右轮速度值

vr2=TH1;

TH1=0x00;

TL1=0x00;

TH0=0x00;

TL0=0x00;

PID(); //PID处理

TMR3CN &=~0x80; //清中断标志位

TCON |=0x50; //重新开计数器0、1

EA=1;

}

void interrupt_init(void)

{ IE=0x80;

IP=0x00;

EIE1|=0x80;

EIP1|=0x80;

}

void delay(unsigned int m) //延时程序

{

for(i=0;i<2000;i++)

{

for(j=0;j<m;j++){_nop_(); _nop_();}

}

}

首先要搞清楚，双闭环调速只是一种新型的调速方法，一般会采用模糊控制算法，利用PID算法。

你所说的这个直流电机，应该就是带电刷的普通直流电机，它的调速是指在工业生产中，因为不同的生产需求，需要改变电机的转速。就相当于我们开车，需要开的快，或者慢，可以利用油门来调节。这个直流电机的调速是指改变转速。而双闭环调速一般用在无刷直流电机的控制方法。假如我们设定电机的转速为1000转，但是由于无刷电机的驱动和霍尔元件的误差，会导致电机的转速不能准确地在1000转上运转，所以我们就需要检测它的速度，并采取措施调节它。这就是现在的双闭环控制。所谓双闭环就是两环，其中一环是检测到电机转速后，与设定的速度比较，如果快了，就减小电压等方式降速；慢了就加压。但是这种传统的调节方法会产生较大的超调量，而且调节时间也很长，很难迅速使电机速度稳定在规定的转速，于是就出现了第二环，这一环利用先进的PID算发和模糊算法，使调速不再是传统的加压减压，而是科学地、函数式的。一般双闭环调速会基于DSP，或者dspic系列芯片。

PID是比例、积分、微分的简称，PID控制的难点不是编程，而是控制器的参数整定。参数整定的关键是正确地理解各参数的物理意义，PID控制的原理可以用人对炉温的手动控制来理解。

比例控制

有经验的 *** 作人员手动控制电加热炉的炉温，可以获得非常好的控制品质，PID控制与人工控制的控制策略有很多相似的地方。

下面介绍 *** 作人员怎样用比例控制的思想来手动控制电加热炉的炉温。假设用热电偶检测炉温，用数字仪表显示温度值。在控制过程中， ***

作人员用眼睛读取炉温，并与炉温给定值比较，得到温度的误差值。然后用手 *** 作电位器，调节加热的电流，使炉温保持在给定值附近。

*** 作人员知道炉温稳定在给定值时电位器的大致位置（我们将它称为位置L），并根据当时的温度误差值调整控制加热电流的电位器的转角。炉温小于给定值时，误差为正，在位置L的基础上顺时针增大电位器的转角，以增大加热的电流。炉温大于给定值时，误差为负，在位置L的基础上反时针减小电位器的转角，并令转角与位置L的差值与误差成正比。上述控制策略就是比例控制，即PID控制器输出中的比例部分与误差成正比。

闭环中存在着各种各样的延迟作用。例如调节电位器转角后，到温度上升到新的转角对应的稳态值时有较大的时间延迟。由于延迟因素的存在，调节电位器转角后不能马上看到调节的效果，因此闭环控制系统调节困难的主要原因是系统中的延迟作用。比例控制的比例系数如果太小，即调节后的电位器转角与位置L的差值太小，调节的力度不够，使系统输出量变化缓慢，调节所需的总时间过长。

比例系数如果过大，即调节后电位器转角与位置L的差值过大，调节力度太强，将造成调节过头，甚至使温度忽高忽低，来回震荡。增大比例系数使系统反应灵敏，调节速度加快，并且可以减小稳态误差。但是比例系数过大会使超调量增大，振荡次数增加，调节时间加长，动态性能变坏，比例系数太大甚至会使闭环系统不稳定。　单纯的比例控制很难保证调节得恰到好处，完全消除误差。

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