[原創]開源51單片機PID電機調速Proteus仿真與源碼

ID:405708 · 發表于 2018-10-10 12:32

本代碼采用Proteus仿真，采用51單片機模擬PWM，用定時器獲取電機轉速信息，用PID算法控制轉速，轉速、P、I、D都可以用按鈕設置，LCD顯示屏顯示出電機的轉速、差值、設定值、P、I、D，并可以粗調跟微調，還有閃爍提示，用來指示當前的設置項目。

仿真原理圖如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下載）

不按設定鍵直接調整的是設定速度值因為速度值是以周期形式調整，所以速度值越小，轉速越高，2秒鐘無操作退出設置模式，非設置模式調節轉速

單片機源程序如下:

//************************項目信息**************************
//項目名稱:
//客戶名稱:
//************************文件信息**************************
//文件名稱:pi.c
//作者:Lebo
//文件版本:
//校驗和:
//************************硬件信息**************************
//目標器件:
//源時鐘:
//UCBA型號:
//************************平臺信息**************************
//開發環境:
//燒錄環境:
//配置內容:
//************************功能信息**************************
//程序功能:
//函數列表:
//************************修改記錄**************************
// <author> <time> <version> <desc>
//1.Lebo 15/01/11 V1.0 build this moudle
//2.
//**********************************************************
//**********************************************************
//程序名稱:頭文件
//程序說明:
//**********************************************************
#include "pid.h"
//**********************************************************
//程序名稱:增量式PID初始化函數
//入口參數:*ptrPID
//出口參數:e0, e1, e2, ka, kb, kc, kz, max_adjust, max_out, min_out
//返回參數:
//調用函數:
//程序說明:
//**********************************************************
void PID_IncInit(PID_TypeDef *ptrPID){
(* ptrPID).e0 = 0;
(* ptrPID).e1 = 0;
(* ptrPID).e2 = 0;
(* ptrPID).ka = 0;
(* ptrPID).kb = 0;
(* ptrPID).kc = 0;
(* ptrPID).kz = 0;
(* ptrPID).maxAdjust = 0;
(* ptrPID).maxOut = 0;
(* ptrPID).minOut = 0;
}
//**********************************************************
//程序名稱:增量式PID系數設置函數
//入口參數:kp, ki, kd, z, *pid_ptr
//出口參數:ka, kb, kc, kz
//返回參數:
//調用函數:
//程序說明:
/*
T--------采樣周期
Ti-------積分時間
Td-------微分時間
Kp = Kp
Ki = Kp*T/Ti
Kd = Kp*Td/T
A = Kp+Ki+Kd = Kp*(1 + T/Ti + Td/T)
B = Kp+2*Kd = Kp*(1 + 2Td/T)
C = Kd = Kp*Td/T
*///120,11,0,10
//**********************************************************
void PID_IncSetRatio(u8 kp, u8 ki, u8 kd, u8 kz, PID_TypeDef *ptrPID){
(* ptrPID).ka = kp + ki + kd;
(* ptrPID).kb = kp + (2 * kd);
(* ptrPID).kc = kd;
(* ptrPID).kz = kz;
}
//**********************************************************
//程序名稱:PID系數極限設置函數
//入口參數:max_ajst, max_outval, min_outval, *pid_ptr
//出口參數:max_adjust, max_out, min_out
//返回參數:
//調用函數:
//程序說明:
//**********************************************************
void PID_IncSetRatioLimit(s8 maxAdjust, u8 maxOut, u8 minOut, PID_TypeDef *ptrPID){
(* ptrPID).maxAdjust = maxAdjust;
(* ptrPID).maxOut = maxOut;
(* ptrPID).minOut = minOut;
}
//**********************************************************
//程序名稱:增量式PID 函數
//入口參數:nonce_error, pid_ptr, out_ptr
//出口參數:*out_ptr
//返回參數:
//調用函數:
//程序說明:
/*
////位置式PID控制算式
//// 離散的PID表達式:
//// U(n) = Kp*{e(n) + (T/Ti)*Sum[e(0)+e(1)...+e(n)] + (Td/T)*[e(n)-e(n-1)]}
//// U(n) = Kp*e(n) + Ki*Sum[e(0)~e(n)] + Kd*[e(n)-e(n-1)]
//// 說明:
//// n--------采樣序號，n＝0，1，2，…… 。
//// U(n)-----第n次采樣時刻的計算輸出量
//// e(n)-----第n次采樣時刻輸入的偏差值
//// e(n-1)---第n-1次采樣時刻輸入的偏差值
//// T--------采樣周期
//// Ti-------積分時間
//// Td-------微分時間
//// Kp-------比例系數
//// Ki-------積分系數，Ki = Kp*T/Ti
//// Kd-------微分系數，Kd = Kp*Td/T
增量式PID控制算式(廣泛應用)
增量式PID控制算法公式:
dU(n) = U(n)-U(n-1)
dU(n) = Kp*[e(n)-e(n-1)] + Ki*e(n) + Kd*[e(n)-2*e(n-1)+e(n-2)]
dU(n) = (Kp+Ki+Kd)*e(n) - (Kp+2*Kd)*e(n-1) + e(n-2)*Kd
dU(n) = A*e(n) - B*e(n-1) + C*e(n-2)
說明:
T--------采樣周期
Ti-------積分時間
Td-------微分時間
Kp = Kp
Ki = Kp*T/Ti
Kd = Kp*Td/T
A = Kp+Ki+Kd = Kp*(1 + T/Ti + Td/T)
B = Kp+2*Kd = Kp*(1 + 2Td/T)
C = Kd = Kp*Td/T
由于單片機的處理速度和ram 資源的限制，一般不采用浮點數運算，而將所有參數全部用整
數，運算到最后再除以一個2的N次方數據（相當于移位），作類似定點數運算，可大大提高
運算速度，根據控制精度的不同要求，當精度要求很高時，注意保留移位引起的“余數”，做
好余數補償。
*/
//**********************************************************
void PID_IncCompute(s16 offset, u8 *ptrOut, PID_TypeDef *ptrPID){
s16 outResult = (s16)(* ptrOut);
s32 median;
s8 adjust;
(* ptrPID).e2 = (* ptrPID).e1;
(* ptrPID).e1 = (* ptrPID).e0;
(* ptrPID).e0 = offset;
median = (s32)(* ptrPID).ka * (* ptrPID).e0 -\
(s32)(* ptrPID).kb * (* ptrPID).e1 +\
(s32)(* ptrPID).kc * (* ptrPID).e2;
median = median >> (* ptrPID).kz;
if(median < -(* ptrPID).maxAdjust)
adjust = -(* ptrPID).maxAdjust;
else if(median > (* ptrPID).maxAdjust)
adjust = (* ptrPID).maxAdjust;
else
adjust = (s8)median;
outResult += adjust;
if(outResult > (* ptrPID).maxOut)
outResult = (* ptrPID).maxOut;
else if(outResult < (* ptrPID).minOut)
outResult = (* ptrPID).minOut;
*ptrOut = (u8)outResult;
}

復制代碼

所有資料51hei提供下載:

PID Proteus.rar (172.39 KB, 下載次數: 392)

ID:153008 · 發表于 2018-10-17 11:51

原理圖文件和源程序文件都打不開，能不能從發一份

ID:110278 · 發表于 2018-10-17 15:26

正是需要的材料。

ID:20345 · 發表于 2018-10-28 09:14

Proteus仿真圖沒有單片機，仿真不起來。

ID:417062 · 發表于 2018-10-29 13:56

樓主好厲害

ID:501385 · 發表于 2019-6-22 14:01

sdwxysc 發表于 2018-10-28 09:14
Proteus仿真圖沒有單片機，仿真不起來。

樓主仿真文件是多層圖紙的需要切換在加載仿真程序

ID:653751 · 發表于 2019-12-15 18:14

樓主，可以發一份hex 文件嗎，急需，謝謝啦

ID:649857 · 發表于 2019-12-23 20:33

malonglong33 發表于 2019-6-22 14:01
樓主仿真文件是多層圖紙的需要切換在加載仿真程序

您好，這個多層圖紙怎么切換？

ID:693716 · 發表于 2020-3-9 10:48

學習下，這個站長給了這么高的黑比，必須學習

ID:368708 · 發表于 2020-3-17 15:47

世界很安靜發表于 2019-12-23 20:33
您好，這個多層圖紙怎么切換？

proteus界面Desig->下拉列表中會出現Rootsheet1和Rootsheet2，這兩個就是來回切換圖紙的。

ID:711846 · 發表于 2021-6-25 17:43

z是什么參數？duty怎么看想用示波器看一下

ID:65956 · 發表于 2021-6-26 08:13

謝謝分享，跟高手學習是一件讓人長進的事

ID:228452 · 發表于 2023-8-11 22:58

MotorControl.hex file included for Proteus simulation
in Proteus go to Design /go to next sheet(page-down) click on CPU/ properties and select
MotorControl.hex

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