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

作者: 時間: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

實現(xiàn)了電機轉(zhuǎn)速的測量,下面就要對電機轉(zhuǎn)速進行比例控制了。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時間更改為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

#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A的三個管腳,全部設(shè)置為輸出狀態(tài)

digitalWrite(9, LOW);//松開電機A的制動

digitalWrite(12, HIGH);//設(shè)置方向為正向旋轉(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)置定時器中斷時間,單位微秒

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

interrupts();//打開外部中斷

}

void loop()

{

long lTemp = 0; //定義臨時存儲數(shù)據(jù)變量

if(j==1)//判斷是否發(fā)生定時器中斷,即定時時間是否到達

{

j=0;//清除定時器中斷標(biāo)志位

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

{

lTemp = counter_val[1];//讀取數(shù)組第二個元素中的數(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)計數(shù)器,則上次頻率值存放在第一個元素中

{

lTemp = counter_val[0];//讀取數(shù)組第二個元素中的數(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;//每一個中斷加一

}

//定時器中斷處理函數(shù)

void timerIsr()

{

j=1;//定時時間達到標(biāo)志

CurCnt++; //切換計數(shù)數(shù)組

}

通過串口輸出的電機實際轉(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)剛啟動的時候,此時可以看出電機逐漸上升,達到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)運行一段時間之后的轉(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時轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)

圖12 PWM為255時轉(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。

除了上位機顯示程序之外,我們還需要對轉(zhuǎn)速的比例控制程序進行部分修改,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上位機前面板

圖14 LabVIEW上位機程序框圖

圖15數(shù)據(jù)解析程序框圖

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

圖16轉(zhuǎn)速和PWM顯示在LabVIEW上位機上


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