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»论坛 › 嵌入式/单片机论坛 › 51单片机 › [原创]开源51单片机PID电机调速Proteus仿真与源码
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[原创]开源51单片机PID电机调速Proteus仿真与源码

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楼主
ID:405708 发表于 2018-10-10 12:32 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本代码采用Proteus仿真，采用51单片机模拟PWM，用定时器获取电机转速信息，用PID算法控制转速，转速、P、I、D都可以用按钮设置，LCD显示屏显示出电机的转速、差值、设定值、P、I、D，并可以粗调跟微调，还有闪烁提示，用来指示当前的设置项目。

仿真原理图如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下载）

不按设定键直接调整的是设定速度值因为速度值是以周期形式调整，所以速度值越小，转速越高，2秒钟无操作退出设置模式，非设置模式调节转速

单片机源程序如下:
  1. //************************项目信息**************************
  2. //项目名称:
  3. //客户名称:
  4. //************************文件信息**************************
  5. //文件名称:pi.c
  6. //作    者:Lebo
  7. //文件版本:
  8. //校 验 和:
  9. //************************硬件信息**************************
  10. //目标器件:
  11. //源 时 钟:
  12. //UCBA型号:
  13. //************************平台信息**************************
  14. //开发环境:
  15. //烧录环境:
  16. //配置内容:
  17. //************************功能信息**************************
  18. //程序功能:
  19. //函数列表:
  20. //************************修改记录**************************
  21. // <author>  <time>   <version> <desc>
  22. //1.Lebo    15/01/11    V1.0    build this moudle
  23. //2.
  24. //**********************************************************



  28. //**********************************************************
  29. //程序名称:头文件
  30. //程序说明:
  31. //**********************************************************

  33. #include "pid.h"
  34. //**********************************************************
  35. //程序名称:增量式PID初始化 函数
  36. //入口参数:*ptrPID
  37. //出口参数:e0, e1, e2, ka, kb, kc, kz, max_adjust, max_out, min_out
  38. //返回参数:
  39. //调用函数:
  40. //程序说明:
  41. //**********************************************************

  43. void PID_IncInit(PID_TypeDef *ptrPID){
  44.         (* ptrPID).e0 = 0;
  45.         (* ptrPID).e1 = 0;
  46.         (* ptrPID).e2 = 0;
  47.         
  48.         (* ptrPID).ka = 0;
  49.         (* ptrPID).kb = 0;
  50.         (* ptrPID).kc = 0;
  51.         (* ptrPID).kz = 0;
  52.         
  53.         (* ptrPID).maxAdjust = 0;
  54.         (* ptrPID).maxOut = 0;
  55.         (* ptrPID).minOut = 0;
  56. }
  57. //**********************************************************
  58. //程序名称:增量式PID系数设置 函数
  59. //入口参数:kp, ki, kd, z, *pid_ptr
  60. //出口参数:ka, kb, kc, kz
  61. //返回参数:
  62. //调用函数:
  63. //程序说明:
  64. /*
  65.     T--------采样周期
  66.     Ti-------积分时间
  67.     Td-------微分时间

  69.     Kp = Kp
  70.     Ki = Kp*T/Ti
  71.     Kd = Kp*Td/T

  73.     A = Kp+Ki+Kd = Kp*(1 + T/Ti + Td/T)
  74.     B = Kp+2*Kd = Kp*(1 + 2Td/T)
  75.     C = Kd = Kp*Td/T
  76. *///120,11,0,10
  77. //**********************************************************
  78. void PID_IncSetRatio(u8 kp, u8 ki, u8 kd, u8 kz, PID_TypeDef *ptrPID){
  79.         (* ptrPID).ka = kp + ki + kd;
  80.         (* ptrPID).kb = kp + (2 * kd);
  81.         (* ptrPID).kc = kd;
  82.         (* ptrPID).kz = kz;
  83. }

  85. //**********************************************************
  86. //程序名称:PID系数极限设置 函数
  87. //入口参数:max_ajst, max_outval, min_outval, *pid_ptr
  88. //出口参数:max_adjust, max_out, min_out
  89. //返回参数:
  90. //调用函数:
  91. //程序说明:
  92. //**********************************************************
  93. void PID_IncSetRatioLimit(s8 maxAdjust, u8 maxOut, u8 minOut, PID_TypeDef *ptrPID){
  94.         (* ptrPID).maxAdjust = maxAdjust;
  95.         (* ptrPID).maxOut = maxOut;
  96.         (* ptrPID).minOut = minOut;
  97. }

  99. //**********************************************************
  100. //程序名称:增量式PID 函数
  101. //入口参数:nonce_error, pid_ptr, out_ptr
  102. //出口参数:*out_ptr
  103. //返回参数:
  104. //调用函数:
  105. //程序说明:
  106. /*
  107. ////位置式PID控制算式
  108. ////    离散的PID表达式:
  109. ////    U(n) = Kp*{e(n) + (T/Ti)*Sum[e(0)+e(1)...+e(n)] + (Td/T)*[e(n)-e(n-1)]}
  110. ////    U(n) = Kp*e(n) + Ki*Sum[e(0)~e(n)] + Kd*[e(n)-e(n-1)]
  111. ////    说明:
  112. ////    n--------采样序号，n＝0，1，2，…… 。
  113. ////    U(n)-----第n次采样时刻的计算输出量
  114. ////    e(n)-----第n次采样时刻输入的偏差值
  115. ////    e(n-1)---第n-1次采样时刻输入的偏差值
  116. ////    T--------采样周期
  117. ////    Ti-------积分时间
  118. ////    Td-------微分时间
  119. ////    Kp-------比例系数
  120. ////    Ki-------积分系数，Ki = Kp*T/Ti
  121. ////    Kd-------微分系数，Kd = Kp*Td/T

  123. 增量式PID控制算式(广泛应用)
  124.     增量式PID控制算法公式:
  125.     dU(n) = U(n)-U(n-1)
  126.     dU(n) = Kp*[e(n)-e(n-1)] + Ki*e(n) + Kd*[e(n)-2*e(n-1)+e(n-2)]
  127.     dU(n) = (Kp+Ki+Kd)*e(n) - (Kp+2*Kd)*e(n-1) + e(n-2)*Kd
  128.     dU(n) = A*e(n) - B*e(n-1) + C*e(n-2)
  129.     说明:
  130.     T--------采样周期
  131.     Ti-------积分时间
  132.     Td-------微分时间

  134.     Kp = Kp
  135.     Ki = Kp*T/Ti
  136.     Kd = Kp*Td/T

  138.     A = Kp+Ki+Kd = Kp*(1 + T/Ti + Td/T)
  139.     B = Kp+2*Kd = Kp*(1 + 2Td/T)
  140.     C = Kd = Kp*Td/T

  142. 由于单片机的处理速度和ram 资源的限制，一般不采用浮点数运算，而将所有参数全部用整
  143. 数，运算到最后再除以一个2的N次方数据（相当于移位），作类似定点数运算，可大大提高
  144. 运算速度，根据控制精度的不同要求，当精度要求很高时，注意保留移位引起的“余数”，做
  145. 好余数补偿。
  146. */
  147. //**********************************************************

  149. void PID_IncCompute(s16 offset, u8 *ptrOut, PID_TypeDef *ptrPID){
  150.         s16 outResult = (s16)(* ptrOut);
  151.         s32 median;
  152.         s8 adjust;
  153.         (* ptrPID).e2 = (* ptrPID).e1;
  154.         (* ptrPID).e1 = (* ptrPID).e0;
  155.         (* ptrPID).e0 = offset;
  156.         median = (s32)(* ptrPID).ka * (* ptrPID).e0 -\
  157.                                          (s32)(* ptrPID).kb * (* ptrPID).e1 +\
  158.                                          (s32)(* ptrPID).kc * (* ptrPID).e2;
  159.         median = median >> (* ptrPID).kz;
  160.         if(median < -(* ptrPID).maxAdjust)
  161.                 adjust = -(* ptrPID).maxAdjust;
  162.         else if(median > (* ptrPID).maxAdjust)
  163.                 adjust = (* ptrPID).maxAdjust;
  164.         else
  165.                 adjust = (s8)median;

  167.         outResult += adjust;
  168.         if(outResult > (* ptrPID).maxOut)
  169.                 outResult = (* ptrPID).maxOut;
  170.         else if(outResult < (* ptrPID).minOut)
  171.                 outResult = (* ptrPID).minOut;
  172.         *ptrOut = (u8)outResult;
  173. }        
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C51, Proteus, PID, 电机, Proteus, Proteus

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沙发
ID:153008 发表于 2018-10-17 11:51 | 只看该作者
原理图文件和源程序文件都打不开，能不能从发一份
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板凳
ID:110278 发表于 2018-10-17 15:26 | 只看该作者
正是需要的材料。
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地板
ID:20345 发表于 2018-10-28 09:14 | 只看该作者
Proteus仿真图没有单片机，仿真不起来。
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5#
ID:417062 发表于 2018-10-29 13:56 | 只看该作者
楼主好厉害
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6#
ID:501385 发表于 2019-6-22 14:01 | 只看该作者
sdwxysc 发表于 2018-10-28 09:14
Proteus仿真图没有单片机，仿真不起来。

楼主仿真文件是多层图纸的需要切换在加载仿真程序
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7#
ID:653751 发表于 2019-12-15 18:14 | 只看该作者
楼主，可以发一份hex 文件吗，急需，谢谢啦
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8#
ID:649857 发表于 2019-12-23 20:33 | 只看该作者
malonglong33 发表于 2019-6-22 14:01
楼主仿真文件是多层图纸的需要切换在加载仿真程序

您好，这个多层图纸怎么切换？
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9#
ID:693716 发表于 2020-3-9 10:48 | 只看该作者
学习下，这个站长给了这么高的黑比，必须学习
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10#
ID:368708 发表于 2020-3-17 15:47 | 只看该作者
世界很安静 发表于 2019-12-23 20:33
您好，这个多层图纸怎么切换？

proteus界面Desig->下拉列表中会出现Rootsheet1和Rootsheet2，这两个就是来回切换图纸的。
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11#
ID:711846 发表于 2021-6-25 17:43 | 只看该作者
z是什么参数？duty怎么看想用示波器看一下
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12#
ID:65956 发表于 2021-6-26 08:13 | 只看该作者
谢谢分享，跟高手学习是一件让人长进的事
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13#
ID:228452 发表于 2023-8-11 22:58 | 只看该作者
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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