1、88 工业仪表与自动化装置 2011年第2期 基于A M9的直流电机PID控制实验系统 刘远东刘林，张瑞秋 (华南理工大学机械与汽车5f-程学院，广州510641) 摘要：讲述了以$3C2440A为核心处理器，L298N作为电机驱动的直流电机控制系统，编程实 现对电机速度的检测，并用PID算法实现速度的闭环控制。通过在此系统上做实验，可使得学生亲 身实践PID控制电机的具体过程。 关键词：$3C2440A；PID；控制 中图分类号：TP391 文献标志码：B 文章编号：10000682(2011)02008803 Experimental system of controlling DC mo
2、tor with PID method based on ARM9 LIU Yuandong，LIU Lin，ZHANG Ruiqiu (School oJ Machanical and Automotive Engineering，South China University 0厂Technology，Guangzhou 510641，China) Abstract：This paper nanales all experimental system of controlling DC motor which are consist of the core processorS3 C2440
3、A and the driver moduleL298 NThis system can detect the speed of the DC motor and implete the PID close contro1Students can practice the specific process of controlling DC motor with PID method Key words：$3C2440A；PID；controlling 0 引言 进行速度采样，实现闭环控制。 三星公司的$3C2440A处理器，主频可达40O MHz， 具有5个16位定时器，其中定时器0、l、2
4、、3具有脉 宽调制功能(PWM)，且定时器时钟可设置为外部时 钟，具有接收外部脉冲的功能，故可实现直流电机 PWM脉宽调速和接收编码信号实现电机的闭环控 制。另外，$3C2440A支持带触摸屏的LCD，可实现 直流电机的调速界面。 1整个系统的结构 系统主要由$3C2440A、I298N驱动芯片、直流 电机、编码盘和LCD组成，如图l所示 。 $3C2440A作为核心控制器，负责接收触摸屏的输 入、LCD显示、进行PWM控制和接收编码信号进行 速度采样。 其中，以$3C2440A的定时器Timer2作为PWM 发生器，PWM脉冲信号通过光耦和专用的电机驱动 芯片L289N后驱动电机；Timer
5、3作为采样周期定时 器；Timer4作为外部脉冲即编码信号捕获定时器， 收稿日期：201lO128 作者简介：刘远东，硕士研究生，研究方向为数字化设计，嵌入式 系统。 图1系统组成框图 2系统的软件设计 21程序流程图 整个系统的程序流程如图2所示。 序 fj断程序 毫JJ始化定时器2、3、4 雨I PlD参数 Timer2 PWM定It,j器 1 业新1标述度值 1t 示I10 L速度 采样周期到。Timer3中断发生 。 凄取Time1“4接收编码器的 脉 I数，并调艇PID处理程序 调槎PWM脉宽并输出 图2系统程序流程图 22主程序及分析 主程序中，首先初始化Timer2、Timer3
6、、Timer4 和PID控制参数等，然后循环显示电机速度。 Timer2初始化程序如下： 2011年第2期 【 业仪表与自动化装置 89 void Timer2lnit(void) 启用管脚为定时器功能 rGPBCON&=0xffffffef； 设置预分频器，f=100 MHz(24+1)4 rTCFGO&=0xfffl00ff； rTCFG0+=24：256： rTCFG1&=0xfffff0ff； rTCFG1 I=0x000001 00： 没置PWM周期和脉宽 rTCNTB2=80； PWM频率为125 kHz rTCMPB2=0： 设置初始脉宽为0 手动更新，肩动定时器，并且自动装载
7、rTCON=rTCON&(0xf000)10x2000； rGPBCON=IGPBCON 1 0x20： rTCON=rTCON&(OxfO00)10x9000； 程序中设置PWM载波周期为125 kHz，一般 小型卣流电机在频率段l020 kHz运行时，噪声比 较小 。 Timer3的初始化和Timer2市H似，只是Timer3的 周期要根据所需采样周期进行设置，系统设置的速 度采样周期为20 1IIS，在初始化后要确定Timer3中 断服务程序并开肩Timer3定时器中断 Timer3初始化程序如下： void Timer3 lnit(void) f rl、CFG1&=0xffff0fff
8、； 设置采样周期 rTCNTB3=10000； 周期=10000：l：2=20 1IIS 手动更新 rTCON=rTCON&(0x幻000)IOx20000； 启动定时器，并且自动装载 r11C0N=rTCON(0x000)10x90000： 把巾断服务程序地址放入中断 J量 pISRTIMER3=(uint32)Timer3一ISR； rlNTMSK&=(180) PWM_out=80； rTCMPB2=PWMout； 文中PID处理程序为增量式处理，ERR一1、ERR _2和ERR一3分别记录最近3次的偏差，具体PID 理论公式可参考文献4。程序中也可以修改成积 分分离方式，在偏差ERR大
9、于某一设定值ERRm时 取消积分，采用PD控制，避免过大超调量；ERR小 于或等于ERRm，采用PID控制，保证系统精度。 3用户界面设计 CGUI是Micrium公司开发的通用的嵌入式 用户图形界面软件。它给任何使用图形LCD的应 用程序提供独立于处理器和LCD控制器之外的有 效的图形用户接口。可以应用于单一任务环境，也 可以应用于多任务环境中。I,zCGUI能够应用于任 何LCD控制器和CPU的任何尺寸的物理显示或者 模拟显示中。 图3用户主界面 图3是用户程序的主界面，里面可以设置要达 到的目标速度和显示电机实际速度；图4为PID参 数设置界面，调节参数 、 、 的值；图5用来显 示速度
10、响应曲线。实验时，学生通过改变PID参数， 观察速度响应曲线的异同，也可根据电机控制对象 的传递函数在MATLAB上进行仿真，观察系统实际 的响应曲线和仿真曲线的区别。 Td： Q 、 3 0K 图4 PID参数设置界面图5 PID速度响应曲线显示界面 4 结语 该文主要讲述了以$3C2440A为核心的直流电 机PID控制实验系统的程序设计以及用户界面设 计。该实验系统可以使学生充分体验和实践电机的 PID控制的过程，而不只是理论上的学习或仿真。 参考文献： 1邹中华，吴陈，曾庆军基于$3C2440的直流电机PWM 调速系统J微计算机信息，2008(42)：130131 2 宗光华，张慧慧机器
11、人设计与控制M北京：科学 出版社，2004：183184 3 韦东山嵌人式linux应用开发M北京：人民邮电出 版社，2008：162163 4 冯城，叶文华基于ARM处理器的数 PID伺服电机 调速系统J电工电器，2010(3)：4649 r， 一 0。 ；编辑部声明： i ； 1本刊收到稿件后，一般会在2个月内将处理意 i见通知作者，如果超过2个月而未收到任何通知，作者f ；可自行处理自己的稿件。 2通知作者进行修改的稿件，请及时返回，并注 明“修改稿”字样，逾期视为作者自行撤消稿件。 3经审稿后决定录用的稿件，本刊会发出录用通 知书，根据文稿内容和栏目设置情况安排刊出。在每 期交付排版前，向作者寄送当期用稿及收取版面费的 通知。 4本刊与多家数据库制作机构有合作关系，凡未 来信声明不同意将其论文收录数据库的，均视为将入 编数据库权利授予本刊编辑部，其作者提成与本刊印 刷版稿酬一次付清。稿件一经发表即按规定寄赠当期 杂志2本。 5不拟录用的稿件，本刊会尽早通知作者，如无 特殊要求，一般不退原稿，请作者自留底稿。
