基于增量式PID控制的直流电机仿真实验创新设计

全瑞坤， 杨 浩

(重庆大学 电工电子技术基础教学实验中心，重庆 400044)

0 引 言

PID控制算法是一种极为经典的控制算法，目前广泛应用于工业控制领域，在电机调速系统中特别是要求鲁棒性较高的场合，PID算法起着举足轻重的作用[1]。PID控制系统是由比例，微分，积分三个控制单元组成的一种控制系统，极其适合多种情形下的控制[2]。直流电机具有良好的调速性能，如可以实现无级调速、调速范围宽、低速性能好、起动转矩大、高效率等。本实验通过设计以微控制器和NMOS场效应管组成的 H 桥为硬件基础而设计的PID算法的直流电机调速系统，通过改变电源电压占空比从而达到直流电机调速的目的。速度传感器采用编码器脉冲输出和定时计数进行速度计算，然后通过中断采集传感器产生的脉冲以实现速度闭环反馈控制。

通过使用仿真软件Proteus设计一种创新型直流电机调速实验，是一种对传统实验课程的有效补充[3]。该仿真软件有非常友好的人机界面，有丰富的操作菜单与工具，能方便地完成单片机系统的硬件设计、软件设计、单片机源代码级调试与仿真[4]。

1 增量式PID原理

电机速度闭环控制就是根据编码器的脉冲获取电机的位置信息，然后对位置求微分即可得到速度信息，通过比较实际值和目标的预设值得到控制偏差，再使用比例(P)，积分(I)，微分(D)对偏差进行控制，从而使偏差逐步趋于零的过程[5]。

图1 基本PID控制算法的示意图

比例响应单元本身取决于目标设定值和实际过程变量之间的差值，在目标设定值和实际过程变量中称这个差值为“误差”。……