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鼠标PID控制学习资料

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ID:546934 发表于 2019-5-26 21:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
1.1
光电鼠标代替传统的检测器件的方法,通过AT89S51单片机实现现场的PID控制,使带传动速度达到满意的要求。1检测系统硬件组成 1.1 OM02光学 传感器芯片及鼠标控制器这款光学CMOS传感器是一款针对个人计算机所配置的非接触式光电鼠标芯片,集成有数字信号处理器DSP、双通道正交输出端口等。在芯片底部有一个感光眼,能够不断地对物体进行拍照,并将前后两次图像送入DSP中进行处理,得到移动的方向和距离。DSP产生的位移值,转换成双通道正交信号,配合鼠标控制器,将双通道正交信号转化成单片机能够处理的PS/ 2数据格式。设备安装在一套塑料的光学透镜设备上,并配有一个高强度的LED。此外,它可提供高达400点7 in的分辨率以及16 in/ s(1in=25.4mm)以内的检测速度。因OM02芯片为CMOS型传感器,因此必须配有与之相适应的高强度发光二极管, 发射角度与底板之间的夹角为30~45。在标准安装配合后,底板距离工作表面的有效距离在O~2 mm内,OM02芯片可进行正常的数据接收检测。
1.2
检测控制原理及系统硬件设计本系统采用全闭环控制方式,如图2所示。将鼠标检测到的位移增量反馈回单片机,并进行数字式PID控制,然后将运算结果通过D/ A转换芯片传给变频器,进而控制电机的转速。系统主要由电动机、传动部分、执行部分和控制部分组成。机械传动系统作为机器的重要组成部分,不仅应能实现预期功能,而且应具有良好性能。为此,采用三相交流异步电机Y2 --63M1--4型, O.12 kW、变频器富士FRNO.4C1S--4C、30: 1蜗轮蜗杆减速器、v型B相带传输装置、P204型球轴承及轴承座等作为模拟工业设备的主要传动及执行部分。通过单片机调整数模转换器的输出电压U,可改变变频器的输出频率,从而改变电机转速。

单片机片机的数据通信方式采用PS
鼠标的物理接口为6脚圆形接口。使用中只需第1引脚Data、第3引脚GND、第4引脚5VPower和第5引脚Clock这4个引脚即可。鼠标履行-种双向同步串行通信协议,在时钟信号的作用下串行发送或者接收数据。通常情况下,单片机在总线上具有总线控制优先权,可在任何时候抑制来自于鼠标的通信。从鼠标到单片机的数据在时钟的下降沿被读取;相反,单片机到鼠标的数据在时钟的上升沿被读取。时钟信号总由鼠标内部的芯片提供,时钟频率般在10~20kHz。1单片机对鼠标的通信根据协议要求,单片机对鼠标的控制只需把时钟线拉低最少100us以上来禁止其通信,并且单片机拉低数据线使之处于请求发送状态。时钟线升为高电平后被PS/2设备重新拉低,即可开始单片机向鼠标的通信。2鼠标对单片机的通信因单片机对总线具有控制权,当鼠标要向单片机发送信息时,必须先检查时钟线是否为高电平。当时钟线出现高电平、数据线出现低电平时,表明鼠标请求发送,单片机可以接收来自鼠标的数据。

第3楼3单片机发送的控制数据按照鼠标的PS/2协议规范,实际编程时先对鼠标发送Oxff使其复位,默认采样频率为100次/ s,缩放比例为1: 1,数据报告禁止。使用Oxea命令进入strearn模式,使用Oxe8、0x03命 令设置解析度为8点/mm,使用Oxf4命令使能数据报告。配合AT89S51单片机的定时器功能,将其时间常数设置为0.1 s,每次中断时发送Oxeb命令读取位移数据信息,每发出一次,单片机接收到的位移数据包都包含有位移信息和按键动作信息。具体格式如表1所列。编译时也只需提取X3的有效数据包即YA方向位移增量。
2.2
PID控制软件算法对该交流变频调速系统建模,首先取电压输入为一个随机值,再测得其转速值。取两个数值构成一个数据对,然后对大量数据对用Matlab仿真求得其幅频特性和相频特性,并且对其幅频特性和相频特性进行相似的拟合。根据拟合的曲线可以近似求得其传递函数为:使用神经网络PID自适应控制对系统进行Matlab的仿真测试,效果令人满意。但因其输入层、隐含层、输出层的多阶矩阵运算使得单片机的运算时间大幅度增加,造成时间上的不确定因素增大:同比使用增量型PID控制,尽管后者需调整3个控制参数,但同样可使精度达到预期的效果,运算时间也大幅度下降,为此选用增量型PID算法作为控制算法。增量式数字PID的控制算法为:其中k为比列系数,ki为积分系数,kd为微分系数;ek为当前位移增量与上一次位 移增量的变化量;同理,ek-1、ek 2各为往前时间问隔的位移变化量。利用单片机串行中断接收功能,可在PC机上实时在线调节PID的kp、ki、 kd参数。3上位机监测设计通过单片机的串口发送端,在LabVIEW中编写程序来完成PC机与数据通信设备的数据交换,直接通过串口接收外部数据并进行图形显示,并可将数据存放在xt文件当中。在LabVIEW中主要是使用VISA控件实现串行口直接数据通信,通过RS-232串行接口和LabVIEW实现数据的通信。使用read string控件对数据进行接收,并通过Waveform graph控件就可以显示实时波形。在LabVIEW中自带的范例中,数据的接收并非是连续不断的,而要通过一定的延时:因此,为了不间断地接收单片机发送的串口数据包,须将前面的写和延时都去掉。因串口接收到的数据是字符型的,而我们所需要的是整型数据,因此可通过强制转换将数据转换为单精度整型。创建数组,将数据和数组初始化相结合得到一个完整的数组,通过Waveform graph控件以及移位寄存器即可实现上位机的实时显示与记录。

第4楼4检测控制性能评价PS / 2接口最大的使用频率是33 kHz。本实验单片机使用12MHz的品振,可轻松实现接口功能。但受其芯片特性的影响,尽管OM02的鼠标芯片最高可使用的分辨率为400DPI,但在使用较高分辨率的情况下。鼠标传输的误码率将有所上升,其位移精度也将受到质疑。为保证位移量的准确性,采用200DPI的分辨率,配合看门狗,精度误差和程序稳定性将人为好转。测试结果如图5所示,图中纵坐标为位移增量点,每一点为0.125 mm。带在较低速的运行中尽管存在速度的上下跳动变化,但跳动量较小。图中带速度的设定值为32点,即40.00 mm/ s灵敏度为0.125 mm/ s,速度平均值为39. 987mm/ s测量数据引自速度曲线刚开始稳定时的前1000个时间点

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ID:140568 发表于 2023-7-10 15:39 | 显示全部楼层
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