AVR單片機(jī)PID自動控制轉(zhuǎn)速

郝云鵬

(鞍山師范學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧鞍山114007)

PID是最常用的一種自動控制方式．PID是按偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)進(jìn)行自動控制的控制器．

比例環(huán)節(jié):即時成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，立即產(chǎn)生控制以減少偏差;

積分環(huán)節(jié):主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度;

微分環(huán)節(jié):能反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間［1］．

用單片機(jī)對直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動控制比起其它方法經(jīng)濟(jì)性好且系統(tǒng)簡單，而用AVR單片機(jī)比起51單片機(jī)對直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動控制更為簡便，因?yàn)锳VR單片機(jī)內(nèi)部有很好用的直接用TC產(chǎn)生PWM的方法．

調(diào)速的原理，取測速值與設(shè)定值的差值作為輸入值，用PWM的方法調(diào)節(jié)電壓的大小，使直流電機(jī)轉(zhuǎn)速趨近于設(shè)定值［2］．

轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)的精度與Kp，Ki，Kd3個系數(shù)有很大的關(guān)系，需經(jīng)反復(fù)調(diào)試才能得出．

轉(zhuǎn)速的顯示，采用了4位的數(shù)碼管．速度的調(diào)試采用了外部中斷的技術(shù)．PWM調(diào)速應(yīng)用了定時計(jì)數(shù)器的技術(shù)．PID算式采用了增量型的PID算式［3］．

系統(tǒng)框圖如圖1．

圖1 系統(tǒng)框圖

C程序如下:

#include ＜ iom16v．h ＞［4］

#include ＜ macros．h ＞［4］

#define F_CPU 8000000

unsigned char Duan［10］={0x3F，0x06，0x5B，0x4F，0x66，0x6D，0x7D，0x07，0x7F，0x6F};

unsigned char Data_Buffer［8］={0，0，0，0，0，0，0，0};

unsigned char i=0;

int e，e1，e2;

float uk;

int out=0;

unsigned int SpeedSet=150;

unsigned int Inpluse=0，num=0;

unsigned char time=0，bit=0;

#pragma interrupt_handler timer2_fun:5

void timer2_fun(void)

{

bit++;

time++;

if(bit＞7)bit=0;

PORTA=0XFF;

PORTC=Duan［Data_Buffer［bit］］;

switch(bit)

{

case 0:PORTA=0X7F;break;

case 1:PORTA=0XBF;break;

case 2:PORTA=0XDF;break;

case 3:PORTA=0XEF;break;

case 4:PORTA=0XF7;break;

case 5:PORTA=0XFB;break;

case 6:PORTA=0XFD;break;

case 7:PORTA=0XFE;break;

}

}

#pragma interrupt_handler int0_fun:2

void int0_fun(void)

{

Inpluse++;

}

void init()

{

DDRA=0XFF;PORTA=0X00;

DDRB=0X00;PORTB=0X00;

DDRC=0XfF;PORTC=0X00;

DDRD=0XF0;PORTD=0XFF;

TCCR1A=0XA3;

TCCR1B=0x0D;

TCCR0=0X6D;

TCCR2=0X05;

TCNT2=256－F_CPU/128/500;

TIMSK|=0X40;

MCUCR=0X02;

SEI();

GICR=0X40;

}

void PIDControl()

{

float Kp=50，Ki=30，Kd=3;

if(time==200)

{

time=0;

num=Inpluse*5;

Inpluse=0;

e=SpeedSet－num;

uk=uk+(Kp*(e－e1)+Ki*e+Kd*(e－2*e1+e2))/50;

out=(int)uk;

e2=e1;

e1=e;

if(out＞1022){ out=1022;

}

else if(out＜0)

{

out=0;

}

OCR1A=out;

}

}

void SetSpeed()

{

if((PIND＆0X01)==0)

{

SpeedSet+=10;

if(SpeedSet＞1500)

{

SpeedSet=1500;

}

while(!(PIND＆0X01));

}

if((PIND＆0X02)==0)

{

SpeedSet－=10;

if(SpeedSet＜0)

{

SpeedSet=0;

}

while(!(PIND＆0X02))

;

}

}

void SegRefre()

{

Data_Buffer［0］=SpeedSet/1000;

Data_Buffer［1］=SpeedSet%1000/100;

Data_Buffer［2］=SpeedSet%100/10;

Data_Buffer［3］=SpeedSet%10;

Data_Buffer［4］=num/1000;

Data_Buffer［5］=num%1000/100;

Data_Buffer［6］=num%100/10;

Data_Buffer［7］=num%10;

}

void main(void)

{

init();

while(1)

{

SegRefre();

SetSpeed();

PIDControl();

}

}

調(diào)速的難點(diǎn)是精度和響應(yīng)快慢，本文是采用反復(fù)試驗(yàn)的方法，不斷調(diào)整Kp，Ki，Kd3個參數(shù)，直到實(shí)現(xiàn)我們的要求．

本文先在Proteus仿真軟件上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，獲得通過后，又在實(shí)物上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)．

［1］江海波．深入淺出AVR單片機(jī)［M］．北京:中國電力出版社，2007．

［2］老楊．AVR單片機(jī)工程師是怎樣煉成的［M］．北京:電子工業(yè)出版社，2012．

［3］張軍．AVR單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例［M］．北京:中國電力出版社，2005．

［4］ATMEL Corporation．AVR 單片機(jī) ATmega16中文說明書［M］．USA:ATMEL Corporation，2001．