数字PID算法与PWM在直流电机调速中的应用

数字PID算法与PWM在直流电机调速中的应用

摘要详细论述数字PID算法与其在直流电机调速中的应用,PID控制是一种相当成熟的控制方法,原理简单,控制效果好,容易实现,所以广泛的应用于各种工程当中。介绍数字PID算法配合PWM脉宽调制技术实现对直流电机的平滑调速。

关键词数字PID;PWM脉宽调制;AVR单片机

0引言

在转速算法设计中可供选择的算法有经典PID算法,神经网络算法,前馈控制算法。

PID算法的优点是算法理论成熟,不要求有精确的被控对象数学模型。所以采用PID算法可以极大地减少建模工作,而将工作重点转移到PID控制参数的整定上来。并且有非常成熟的参数整定方法可用。PID控制算法的性能稳定可靠,开发风险小。

由于计算机技术和微处理器的飞速发展,现代控制越来越倾向于采用数字化的方式来实现,数字PID算法配合PWM脉宽调制技术可以实现对直流电机进行平滑调速,本文采用AVR单片机输出PWM波,直接对直流电机进行速度控制。

1数字PID算法

系统框图:

模拟PID调节器:;(1)

数字PID调节器:数字PID调节器就是通过微处理器,这里采用AVR单片机对测速传感器采集的信息量进行量化处理,采样频率满足香农采样定理:,即:,对(1)进行量化(也可采用Z变换,这里用时域量化更容易说明问题)得:

(2)

K为采样的次数,Tsam为单片机采样周期,Kp,Ki,Kd,分别为比例,积分,微分的调节系数,这三个系数和PID调节器的性能指标息息相关,比例系数越大,响应速度越快,但比例系数太大将会影响被控过程的稳定性;积分时间越小,积分作用就越明显,加快偏差的调节速度,但如果积分时间过小,将会产生振荡,影响控制质量;微分调节是具有预测性质的调节部分,它通过检测量的变化率来施加控制,在数字PD中,它根据微处理器前后两次对偏差信号抽样值的差来产生相应的控制信号,在较小的微分时间下,可以加快响应速度,减小超调量,可以提高控制品质,但在较大的微分时间常数下,会对噪声进行放大,产生振荡,影响控制质量,所以如何选择这三个参数要综合被控对象的特性和控制目的、要求来考虑。