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          基于Arduino與LabVIEW的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

          作者: 時(shí)間:2017-01-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          圖10PD控制基本原理

          3.2轉(zhuǎn)速比例控制的程序設(shè)計(jì)

          實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量,下面就要對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行比例控制了。為了提高控制系統(tǒng)響應(yīng)的速度,將程序代碼2轉(zhuǎn)速測量程序中的定時(shí)時(shí)間更改為10毫秒,也就是轉(zhuǎn)速的采樣頻率為100Hz,且由圖8和圖9可知,電機(jī)減速前的1秒鐘轉(zhuǎn)速在4500和12650之間,即10毫秒的轉(zhuǎn)速在45至127之間,此處將轉(zhuǎn)速設(shè)置為100,比例系數(shù)設(shè)置為3。轉(zhuǎn)速比例控制的程序設(shè)計(jì)如程序代碼3所示。

          程序代碼3:轉(zhuǎn)速比例控制的程序設(shè)計(jì)

          #include

          #define Kp 3

          #define set_point 100

          long counter_val[2] = {0,0};

          byte CurCnt = 0;

          int j=0;

          int output_value=0;

          void setup()

          {

          delay(2000);

          pinMode(12,OUTPUT);

          pinMode(3,OUTPUT);

          pinMode(9,OUTPUT);//啟用電機(jī)A的三個(gè)管腳,全部設(shè)置為輸出狀態(tài)

          digitalWrite(9, LOW);//松開電機(jī)A的制動(dòng)

          digitalWrite(12, HIGH);//設(shè)置方向?yàn)檎蛐D(zhuǎn)

          Serial.begin(115200);//初始化波特率為115200

          attachInterrupt(0, counter, RISING);//設(shè)置編碼器A相位上升沿中斷

          attachInterrupt(1, counter, RISING);//設(shè)置編碼器B相位上升沿中斷

          Timer1.initialize(10000); //設(shè)置定時(shí)器中斷時(shí)間,單位微秒

          Timer1.attachInterrupt( timerIsr ); //打開定時(shí)器中斷

          interrupts();//打開外部中斷

          }

          void loop()

          {

          long lTemp = 0; //定義臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)變量

          if(j==1)//判斷是否發(fā)生定時(shí)器中斷,即定時(shí)時(shí)間是否到達(dá)

          {

          j=0;//清除定時(shí)器中斷標(biāo)志位

          if((CurCnt&0x01) == 0) //當(dāng)前使用的是偶數(shù)計(jì)數(shù)器,則上次頻率值存放在第二個(gè)元素中

          {

          lTemp = counter_val[1];//讀取數(shù)組第二個(gè)元素中的數(shù)值

          counter_val[1]=0;//讀完清除原來的數(shù)值,以便下次使用

          }

          else//當(dāng)前使用的是奇數(shù)計(jì)數(shù)器,則上次頻率值存放在第一個(gè)元素中

          {

          lTemp = counter_val[0];//讀取數(shù)組第二個(gè)元素中的數(shù)值

          counter_val[0]=0;//讀完清除原來的數(shù)值,以便下次使用

          }

          Serial.print("A");//發(fā)送轉(zhuǎn)速幀頭大寫A

          Serial.print( lTemp);//發(fā)送轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)

          output_value =( set_point -lTemp)*Kp+ output_value;//比例計(jì)算得到控制量

          if(output_value >255) //限制PWM在0-255范圍內(nèi)

          output_value =255;

          if(output_value <0) //限制PWM在0-255范圍內(nèi)

          output_value =0;

          analogWrite(3, output_value);//將計(jì)算得到的控制量輸出

          Serial.print("B");//發(fā)送PWM幀頭大寫B(tài)

          Serial.println(output_value);//發(fā)送PWM數(shù)據(jù)

          }

          }

          //外部中斷處理函數(shù)

          void counter()

          {

          counter_val[CurCnt& 0x01] += 1;//每一個(gè)中斷加一

          }

          //定時(shí)器中斷處理函數(shù)

          void timerIsr()

          {

          j=1;//定時(shí)時(shí)間達(dá)到標(biāo)志

          CurCnt++; //切換計(jì)數(shù)數(shù)組

          }

          通過串口輸出的電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與PWM值的數(shù)據(jù)如圖11和圖12所示。其中圖11為系統(tǒng)剛啟動(dòng)的時(shí)候,此時(shí)可以看出電機(jī)逐漸上升,達(dá)到128之后逐漸降至100以下,這屬于系統(tǒng)初期的振蕩;圖12是系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間之后的轉(zhuǎn)速和PWM數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在100±2,PWM穩(wěn)定在145左右。

          圖11 PWM為80時(shí)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)

          圖12 PWM為255時(shí)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)

          圖11和圖12中的串口輸出數(shù)據(jù)看起來沒有圖形那么直觀,為此我們使用LabVIEW2012和VISA 5.3編寫一個(gè)轉(zhuǎn)速顯示程序。前面板如圖13所示,程序框圖如圖14所示,其中的數(shù)據(jù)解析子VI的程序框圖如圖15所示,其功能是解析出串口數(shù)據(jù)中的轉(zhuǎn)速值和PWM值。

          除了上位機(jī)顯示程序之外,我們還需要對轉(zhuǎn)速的比例控制程序進(jìn)行部分修改,具體如下:

          Serial.print( lTemp);//發(fā)送轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)

          修改為

          if((lTemp/100) ==0)

          {

          Serial.print( 0);

          if((lTemp0/10) == 0)

          Serial.print( 0);

          }

          Serial.print( lTemp);

          Serial.println(output_value);//發(fā)送PWM數(shù)據(jù)

          修改為

          if((output_value /100) ==0)

          {

          Serial.print( 0);

          if((output_value 0/10) == 0)

          Serial.print( 0);

          }

          Serial.print(output_value);

          圖13 LabVIEW上位機(jī)前面板

          圖14 LabVIEW上位機(jī)程序框圖

          圖15數(shù)據(jù)解析程序框圖

          在LabVIEW上位機(jī)軟件上選擇Arduino Uno控制器對應(yīng)的串口號,即可將電機(jī)的轉(zhuǎn)速和PWM值實(shí)時(shí)的顯示在LabVIEW前面板上,如圖16所示。

          圖16轉(zhuǎn)速和PWM顯示在LabVIEW上位機(jī)上


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