运动控制系统基于Kinetis微控制器的PID单闭环PWM调速系统

上位机驱动控制主板电机键盘 图8 系统框图

测速 系统框图：目前来说整个系统框图就分为六个大块，主控板，各种电源模块，接口电路，程序烧写模块等等。上位机软件，使用虚拟示波器，可同时观看四路波形，使用串口与下位机通信。键盘作为人机交互的一部分，同时也是必不可少的一部分。

4.2 PID算法

P*e(t)IDT* 图9 PID结构图

软件算法采用传统的PID控制算法，PID控制器中，比例环节的作用是对偏差瞬间作出反应。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏

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差的方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数，比例系数越大，控制作用越强，则过渡过程越快，控制过程的静态偏差也就越小；但是越大，也越容易产生振荡，破坏系统的稳定性。故而，比例系数选择必须恰当，才能过渡时间少，静差小而又稳定的效果。从积分部分的数学表达式可以知道，只要存在偏差，则它的控制作用就不断的增加；只有在偏差e(t)=0时，它的积分才能是一个常数，控制作用才是一个不会增加的常数。可见，积分部分可以消除系统的偏差。积分环节的调节作用虽然会消除静态误差，但也会降低系统的响应速度，增加系统的超调量。积分常数Ti越大，积分的积累作用越弱，这时系统在过渡时不会产生振荡；但是增大积分常数会减慢静态误差的消除过程，消除偏差所需的时间也较长，但可以减少超调量，提高系统的稳定性。当Ti较小时，则积分的作用较强，这时系统过渡时间中有可能产生振荡，不过消除偏差所需的时间较短。所以必须根据实际控制的具体要求来确定Ti。

实际的控制系统除了希望消除静态误差外，还要求加快调节过程。在偏差出现的瞬间，或在偏差变化的瞬间，不但要对偏差量做出立即响应（比例环节的作用），而且要根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正。为了实现这一作用，可在PI控制器的基础上加入微分环节，形成PID控制器。

微分环节的作用使阻止偏差的变化。它是根据偏差的变化趋势（变化速度）进行控制。偏差变化的越快，微分控制器的输出就越大，并能在偏差值变大之前进行修正。微分作用的引入，将有助于减小超调量，克服振荡，使系统趋于稳定，特别对髙阶系统非常有利，它加快了系统的跟踪速度。但微分的作用对输入信号的噪声很敏感，对那些噪声较大的系统一般不用微分，或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波。

4.3 PID程序流程图

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开始 设定速度 r 测速 t 计算偏差 e (t ) 积分项I 比例项 P 累加u k Uk> u max Ui =u i -m ax Uk< max Ui =u i -m in PI 输出 结束 图10 PID流程图

在这部分中，只用到了PI控制，同时采集的是两个轮子的速度值，进行求取平均值。再将设定的速度值与采集回来的速度值偏差送入调节器，输出量是对应的某一速度范围，再通果PWM周期的放大，既是要给定电机的PWM占空比。通过调节PI来时的超调量最小，调节时间最短，在这个过程，将速度采集放在中断中，每5ms采集一次速度值，同时，调节周期也是5ms，

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4.4主程序流程图

开始初始化上位机发送NONO是否中断YES是否有按键按下YES中断返回速度采集读取速度设定调用PID 图11 主程序流图

所有的有用的程序的调用均放在中断内部，控制周期为5ms,1ms的中断在复位之后，主程序开始，所有初始化，进入大循环，在中断到来时进入中断采集速度值，同时通过无线将原始的速度只发到上位机显示出来，再将速度反馈值预设定送入PID调节器，用于调节当前速度值。

4.5 PID参数整定

PID参数整定原则，先比例后积分的原则，比例可以快速减小偏差，实现系

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