楊新社先進個人材料

臨潼區(qū)斜口街辦楊新社同志地質(zhì)災(zāi)害防治

工作先進個人材料

二一三年十月

地質(zhì)災(zāi)害防治工作先進個人材料

楊新社，男，1960年出生，現(xiàn)年53歲，現(xiàn)就職于西安市臨潼區(qū)斜口街辦，任農(nóng)業(yè)科科長，主抓地質(zhì)災(zāi)害防治工作。被安排負責斜口街辦地質(zhì)災(zāi)害防治工作以來20多年以來，始終把群眾的利益看得高于一切，時刻關(guān)心著群眾的安危，經(jīng)常深入農(nóng)村、山、塬一線開展地質(zhì)災(zāi)害防治和群測群防工作，兢兢業(yè)業(yè)，任勞任怨，踏踏實實，埋頭工作，為臨潼區(qū)斜口街辦地質(zhì)災(zāi)害防治工作寫下了光輝的一頁。

一、始終把群眾的利益、安危放在第一位

地質(zhì)災(zāi)害防治工作是一項龐大的社會系統(tǒng)性工程，事關(guān)社會可持續(xù)發(fā)展和千家萬戶安全的大事。臨潼區(qū)斜口處在臨潼區(qū)西南部，渭河南岸，南依驪山，西臨灞橋區(qū)，地質(zhì)條件復雜，行政村多處山區(qū)，房屋臨山而建，黃土窯洞居多，土質(zhì)松軟、邊坡高陡，遇有強降雨等天氣，極易發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，對人民群眾居住安全構(gòu)成了嚴重威脅。加上近年來我區(qū)極端氣候不斷增加，地質(zhì)災(zāi)害防治工作難度大、任務(wù)重。

楊新社同志十分重視地質(zhì)災(zāi)害防治工作，通過采取宣傳、培訓、巡查、避險等措施，使各項工作一直走在全區(qū)各街辦前面。從事地質(zhì)災(zāi)害工作以來，他逐步完善了街辦轄區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害群測群防網(wǎng)絡(luò)，落實了各個地質(zhì)災(zāi)害隱患點的防災(zāi)責任人和監(jiān)測人。與隱患點群眾建立了深厚感情，他經(jīng)常深入基層，社區(qū)、村、組、農(nóng)戶，以嘮家常的形式，宣傳地質(zhì)災(zāi)害防治知識，有效提高了村組干部群眾的防災(zāi)意識。每年汛前、汛中、汛后，他都要逐點逐戶走訪，排查隱患點變動情況，核實防災(zāi)責任人、隱患點監(jiān)測人落實情況，查看隱患點各項防災(zāi)制度是否齊全，危險區(qū)內(nèi)群眾應(yīng)急撤離方案及措施是否可行等一些具體的工作。遇到陰雨天，有些隱患點坡陡路滑，行走極其艱難，但是每處都留下他的足跡，出現(xiàn)他的身影，他也從不叫苦叫累，特別是在出現(xiàn)災(zāi)險情時，他都第一時間奔赴現(xiàn)場，查看災(zāi)害成因，組織群眾做好撤離工作。

今年入汛以來，特大暴雨、風災(zāi)等災(zāi)害事件頻頻發(fā)生，當險情發(fā)生后，楊新社同志主動請纓，每次都親臨一線，把“家”安到辦公室，安排協(xié)調(diào)各項防災(zāi)措施的落實和值班，為此，沒少受家人的責備和埋怨。他努力實現(xiàn)黨員干部的帶頭作用，為其他同志樹立了楷模、作出了榜樣，更為可貴的是他在處置險情時不顧個人的安危，始終保持以國家的大義為重，心系人民，率先垂范，多次帶頭參加地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處置工作，并承擔了相關(guān)技術(shù)負責的重任，表現(xiàn)出一名共產(chǎn)黨員和領(lǐng)導干部的優(yōu)秀品質(zhì)。

二、善于學習，創(chuàng)新精細化管理

在地質(zhì)災(zāi)害防治工作中，楊新社同志善于借鑒兄弟單位好的做法，改變自己工作中的薄弱之處。為了將汛情及各類信息在第一時間傳送到政府相關(guān)街辦領(lǐng)導、隱患點村組相關(guān)責任人、監(jiān)測人手中，建立了地質(zhì)災(zāi)害預警預報信息系統(tǒng)，及時將天氣變化情況、雨情信息、地質(zhì)災(zāi)害防治知識等通過手機短信，發(fā)送到相關(guān)人員手中，使他們通過信息內(nèi)容，做好提前部署，有效地將地質(zhì)災(zāi)害可能造成的損失降低到最低點。

在日常工作中，為了使監(jiān)測人員能時刻提醒自己肩負的重任，按照領(lǐng)導的指示，他負責給每個監(jiān)測人制作了胸牌，要求掛牌上崗巡查，保持24小時通信暢通。對各隱患點的警示牌進行了更新，制做了高大、醒目、耐用、印有警示標語的水泥板，起到了很好的警示作用。為了提高防災(zāi)責任人、監(jiān)測人的業(yè)務(wù)素質(zhì)能力，每年汛期，他都要負責組織一次系統(tǒng)性的培訓，用生動形象的影像資料和資深老師的講解，教會防災(zāi)人員如何預警、防范、撤離，最終保證了人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

針對臨潼區(qū)汛期早，降雨量大，尤其是5月和6月份持續(xù)出現(xiàn)中大雨和強暴雨特點，楊新社同志對全區(qū)31個地質(zhì)災(zāi)害隱患點的情況，多次組織專家進行實地查看，根據(jù)災(zāi)害點的穩(wěn)定性、危險性和輕重緩急，他參與制定了隱患點搬遷、治理計劃，搬遷隱患點7處20戶；工程治理隱患點3處，達到徹底消除隱患點的目的。為了使地質(zhì)災(zāi)害隱患點基層單位和周邊群眾親身感受地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時，如何進行防、搶、撤等自救、互救能力，201*年6月20日，他組織南坡村舉行了地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急演練，演練過程從險情速報到應(yīng)急處置，再到災(zāi)民安置和醫(yī)療救護，各個環(huán)節(jié)各項工作井然有序，圓滿地完成了演練任務(wù)，收到了很好的效果。

三、廣泛宣傳，全力提高地質(zhì)災(zāi)害防治知識的普及率

楊新社同志充分利用在“4.22”地球日、“6.25”土地日、”、“12〃4法制日”宣傳和工作專題培訓等活動中，積極倡導，組織有關(guān)人員，編制相關(guān)材料，通過廣播電視播放節(jié)目，懸掛橫幅標語，設(shè)立咨詢臺，制作宣傳展板，印發(fā)地質(zhì)災(zāi)害防治知識手冊，播放地質(zhì)災(zāi)害防治知識專題片，今年來共發(fā)放宣傳資料1000多份，發(fā)放地質(zhì)災(zāi)害防治基本常識小冊子300多份，放發(fā)明白卡678份，發(fā)放農(nóng)村建房避讓地質(zhì)災(zāi)害建議信1000多份，培訓村民干部及學校師生2100余人次，極大地提高了群眾防災(zāi)減災(zāi)的意識和能力。

同時，他還積極與臨潼氣象臺等部門協(xié)商，共同承擔地質(zhì)災(zāi)害氣象預警預報工作，先后建立了預警預報會商制度和信息發(fā)布等地質(zhì)災(zāi)害防治制度，通過發(fā)布地質(zhì)災(zāi)害氣象預警預報，使地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的群眾盡早知道降雨和可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的信息，及早采取防范措施，今年以來，他與區(qū)氣象臺就會商發(fā)布了地質(zhì)災(zāi)害預警預報13次。

地質(zhì)災(zāi)害防治工作是一項需要極強責任心的工作，是一項需要用心去感知人民群眾的工作，是一項需要強健氣魄深入臨潼山山水水、溝溝坎坎去排查的工作，更是黨和政府為老百姓排憂解難的大事情，楊新社同志數(shù)年如一日的為臨潼區(qū)斜口地質(zhì)災(zāi)害防治工作做出應(yīng)有的貢獻，更是用實際行動踐行了黨的群眾路線教育實踐活動，“天若有情天亦老，人間有愛滿是情”我們?yōu)橛袟钚律邕@樣的好同志而自豪。

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中北大學計算機控制課程設(shè)計說明書

1引言

步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓�位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。步進電機的調(diào)速一般是改變輸入步進電機的脈沖的頻率來實現(xiàn)步進電機的調(diào)速，因為步進電機每給一個脈沖就轉(zhuǎn)動一個固定的角度，這樣就可以通過控制步進電機的一個脈沖到下一個脈沖的時間間隔來改變脈沖的頻率，延時的長短來具體控制步進角來改變電機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)步進電機的調(diào)速。在本設(shè)計方案中采用AT89C51型單片機內(nèi)部的定時器改變CP脈沖的頻率從而實現(xiàn)對步進電機的轉(zhuǎn)速進行控制，實現(xiàn)電機調(diào)速與正反轉(zhuǎn)的功能。

設(shè)計時考慮到CPU在執(zhí)行指令時可能受到干擾的沖擊,導致程序”跑飛”或者進入”死循環(huán)”,因此,設(shè)計了看門狗電路,使用的是MAXIM公司生產(chǎn)的微處理系統(tǒng)監(jiān)控集成芯片MAXI813。

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2步進電機的概述

2.1步進電機的特點：

1）一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。

2）步進電機外表允許的溫度高。步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。

3）步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。

4）步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。2.2步進電機的工作原理：

步進電機是一種用電脈沖進行控制,將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相位移的電機,其機械位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機繞組的脈沖個數(shù)和脈沖頻率成正比,每一個脈沖信號可使步進電機旋轉(zhuǎn)一個固定的角度.脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度,脈沖的頻率決定了電機運轉(zhuǎn)的速度.當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的�？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。2.3步進電機的技術(shù)參數(shù)：2.3.1步進電機的基本參數(shù)

1)空載啟動頻率:

即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負載的情況下，啟動頻率更低。如果要使電

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機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。

2)電機固有步距角：

它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，如86BYG250A型電機給出的值為0.9°/1.8°（表示半步工作時為0.9°、整步工作時為1.8°），這個步距角可以稱之為‘電機固有步距角’，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。

3)步進電機的相數(shù)：

是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72°。在沒有細分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分驅(qū)動器，則‘相數(shù)’將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細分數(shù)，就可以改變步距角。

4)保持轉(zhuǎn)矩（HOLDINGTORQUE）：是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如，當人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進電機。2.3.2步進電機動態(tài)指標及術(shù)語：

1)步距角精度：步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在15%以內(nèi)。

2)失步：電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。

3)失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。

4)最大空載起動頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。

5)最大空載的運行頻率：電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。

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6)運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。如下圖2.1所示：

圖2.1力矩頻率曲線

7)電機的共振點：

步進電機均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進電機的共振區(qū)一般在180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），電機驅(qū)動電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。

其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。電機一旦選定，電機的靜力矩確定而動態(tài)力矩卻不然，電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流（而非靜態(tài)流）平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。如下圖2.2所示：

圖2.2力矩頻率特性曲線

其中，曲線3電流最大、或電壓最高;曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負載的交點為負載的最大速度點。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動電壓，使采用小電感大電流的電機。

2.4步進電機的分類

2.4.1步進電機分為三大類：

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1)反應(yīng)式步進電機（VAriABleReluCtAnCe，簡稱VR）反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒有繞組。它的結(jié)構(gòu)簡單，成本距角可以做得很小，但動態(tài)性能較差。反應(yīng)式步進電機有單段式和多段式兩種類型。

2)永磁式步進電機（PermAnentMAgnet），簡稱PM永磁式步進電機的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個磁源。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步進角比較大，它輸出轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)性能好，消耗功率�。ㄏ啾确磻�(yīng)式），但啟動運行頻率較低，還需要正負脈沖供電。

3)混合式步進電機（HyBrid，簡稱HB）混合式步進電機綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點。混合式與傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻振動小。這種電動機最初是作為一種低速驅(qū)動用的交流同步機設(shè)計的，后來發(fā)現(xiàn)如果各相繞組通以脈沖電流，這種電動機也能做步進增量運動。由于能夠開環(huán)運行以及控制系統(tǒng)比較簡單，因此這種電機在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。2.4.2步進電機的內(nèi)外結(jié)構(gòu)

步進電機轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。0、1/3て、2/3て,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以て表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3て，C與齒3向右錯開2/3て，A"與齒5相對齊，（A"就是A，齒5就是齒1）下面是定轉(zhuǎn)子的展開如圖2.3所示：

圖2.3定子展開圖

電動機定子鐵心和一般電機一樣由硅鋼片疊成，鐵心內(nèi)孔表面有開口槽。轉(zhuǎn)子裝有一個軸向磁化永磁體用以產(chǎn)生一個單向磁場。永磁體產(chǎn)生的磁通，在每一個氣隙圓周上都是單方向通過氣隙的，這時作用在氣隙中的磁勢是同極性的，稱為單極磁勢。而轉(zhuǎn)子

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包括兩段，一段經(jīng)永磁體磁化成N極，另一段磁化為S極，每段轉(zhuǎn)子齒以一個齒距間隔均勻分布，但兩段轉(zhuǎn)子的齒相互錯開1/2個轉(zhuǎn)子齒距。A)N極段截面圖B)S極段截面圖如圖2.4所示:

A)N極段截面圖B)S極段截面圖

圖2.4三相混合式步進電機截面圖2.5步進電機詳細調(diào)速原理：

步進電機的調(diào)速一般是改變輸入步進電機的脈沖的頻率來實現(xiàn)步進電機的調(diào)速，因為步進電機每給一個脈沖就轉(zhuǎn)動一個固定的角度，這樣就可以通過控制步進電機的一個脈沖到下一個脈沖的時間間隔來改變脈沖的頻率，延時的長短來具體控制步進角來改變電機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)步進電的調(diào)速。具體的延時時間可以通過軟件來實現(xiàn)。

這就需要采用單片機對步進電機進行加減速控制,實際上就是改變輸出脈沖的時間間隔,單片機控制步進電機加減法運轉(zhuǎn)可實現(xiàn)的方法有軟件和硬件兩種,軟件方法指的是依靠延時程序來改變脈沖輸出的頻率,其中延時的長短是動態(tài)的,軟件法在電機控制中,要不停地產(chǎn)生控制脈沖,占用了大量的CPU時間,使單片機無法同時進行其他工作;硬件方法是依靠單片機內(nèi)部的定時器來實現(xiàn)的,在每次進入定時中斷后,改變定時常數(shù),從而升速時使脈沖頻率逐漸增大,減速時使脈沖頻率逐漸減小,這種方法占用CPU時間較少,在各種單片機中都能實現(xiàn),是一種比較實用的調(diào)速方法。

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3步進電機的控制原理

3.1四相步進電機的控制要求：

(1)能對四相步進電機的轉(zhuǎn)速進行控制；

(2)可實現(xiàn)對四相步進電機的正反轉(zhuǎn)控制；(3)能對四相步進電機的步數(shù)進行控制。3.2運動速度的控制

步進電機的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率。從圖1可以看出，當改變輸入脈沖的周期時，ABCD四相繞組高低電平的寬度將發(fā)生變化。這就導致通電和斷電變化的速率發(fā)生變化，使電機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。所以調(diào)節(jié)輸入脈沖的周期就可以控制步進電機的運動速度。

圖3.1脈沖分配波形圖

3.3正、反轉(zhuǎn)控制

步進電機的正、反轉(zhuǎn)控制可通過改變步進電機各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向，四相雙四拍步進電機通電順為ABBCCDDAAB時電機正轉(zhuǎn)；當繞組按ADDCCBBAAD順序通電時電機反轉(zhuǎn)．因此，可以通過PLC輸出的方向控制信號改變硬件環(huán)行分配器的輸出順序，或經(jīng)編程改變輸出脈沖的順序來改變步進電機繞組的通電順序?qū)崿F(xiàn)。

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4步進電機電路

圖4.1步進電機驅(qū)動電路

圖4.1中僅為一相的驅(qū)動電路。其余三相與之相同．在圖3中三極管T1起開關(guān)作用。當三極管截止時，無集電極電流流通，開關(guān)相當于斷開；當三極管飽和時，流過的集電極電流最大。開關(guān)相當于閉合，該開關(guān)“動作”可由加于基極的電流來控制。由T2、T3兩個三極管組成達林頓式功放電路，驅(qū)動步進電機的4個繞組．使電機繞組的靜態(tài)電流達到近2A。電路中使用光電耦合器將控制和驅(qū)動信號隔離。當控制輸入信號為低電平時，T1截止，輸出高電平，則紅外發(fā)光二極管截止，光敏三極管不導通．因此繞組中無電流流過；當輸入信號為高電平時，T1飽和導通，于是紅外發(fā)光二極管被點亮，使光敏三極管導通，向功率驅(qū)動級晶體管提供基極電流．使其導通，繞組被通以電流。

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5算法的設(shè)計：

算法對于步進電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計是一個相當重在的環(huán)節(jié)，因為只有確定了算法之后才能對步進電機的速度進行準確的控制，并時也能達到精確的調(diào)速目的。同時算法也是編寫軟件的前提與基礎(chǔ)�？刂扑惴ㄓ卸喾N，常用的兩種算法是PID和模糊控制算法。

PID控制與模糊控制是兩種常用的控制方法,但它們還存在一些不足,如一般PID控制容易產(chǎn)生超調(diào)、模糊控制的穩(wěn)態(tài)精度不高,在這兩種控制方法基礎(chǔ)上進行改進,可產(chǎn)生多種更好的控制方法。本文采用的復合PID控制算法和帶動態(tài)補償?shù)哪：�控制算法克服了以上缺�?取得了較好的實驗效果。5.1PID控制算法

PID調(diào)節(jié)的實質(zhì)就是根據(jù)輸入的偏差值,按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系,進行運算,將其運算結(jié)果用以輸出控制,將基本PID算式離散化可得到位置型PID控制算法,對位置型PID進行變換可得到增量型PID控制算法。對控制精度要求較高的系統(tǒng)一般采用位置型算法,而在以步進電機或多圈電位器做執(zhí)行器件的系統(tǒng)中,則采用增量型算法。PID是一種工業(yè)控制過程中應(yīng)用較為廣泛的一種控制算法，它具有原理簡單，易于實現(xiàn)，穩(wěn)定性好，適用范圍廣，控制參數(shù)易于整定等優(yōu)點。PID控制不需了解被控對象的數(shù)學模型,只要根據(jù)經(jīng)驗調(diào)整控制器參數(shù),便可獲得滿意的結(jié)果。其不足之處是對被控參數(shù)的變化比較敏感。但是通過軟件編程方法實現(xiàn)PID控制,可以靈活地調(diào)整參數(shù)。,盡管近年來出現(xiàn)了很多先進的控制算法，但PID控制仍然以其獨有的特點在工業(yè)控制過程中具有相當大的比重，且控制效果相當令人滿意。它的控制規(guī)律的數(shù)學模型如下：

\\*MERGEFORMAT\\*

MERGEFORMAT(5-1)

或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)形式：

\\*MERGEFORMAT(5-2)

式中，e(t)：調(diào)節(jié)器輸入函數(shù)，即給定量與輸出量的偏u(t)：調(diào)節(jié)器輸出函數(shù)。Kp：比例系數(shù)；T：積分時間常數(shù)；T：微分時間常數(shù)。

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將式（2-1）展開，調(diào)節(jié)器輸出函數(shù)可分成比例部分、積分部分和微分部分，它們分別是:

⑴比例部分比例部分的數(shù)學表達式是

\\*MERGEFORMAT,p在比例部分中，

Kp是比例系數(shù)，Kp越大，可以使系統(tǒng)的過渡過程越快，迅速消除靜誤差；但Kp過大，易使系統(tǒng)超調(diào)，產(chǎn)生振蕩，導致不穩(wěn)定。因此，此比例系數(shù)應(yīng)選擇合適，才能達到使系統(tǒng)的過渡過程時間短而穩(wěn)定的效果。

圖為比例調(diào)節(jié)器

（5-3）

比例調(diào)節(jié)器

其中：U控制器的輸出

\\*MERGEFORMAT比例系數(shù)

E調(diào)節(jié)器輸入偏差

\\*MERGEFORMAT控制量的基準

比例作用：迅速反應(yīng)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，過大容易引起不穩(wěn)定比例積分微分調(diào)節(jié)器如圖5.1所示:

圖5.1

但PID算法有兩種分別為:位置式、增量式.

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位置式PID控制算法

（5-4）

（5-5）由(5-5)與(5-6)式可以推出下式

（5-6）

位置式控制算法提供執(zhí)行機構(gòu)的位置uk，需要累計Ek.增量式PID控制算法

（5-8）

由(1)與(2)式可推出下式:（5-10）

(5-9)

增量式控制算法提供執(zhí)行機構(gòu)的增量\\*MERGEFORMAT只需要保持.現(xiàn)時以前3個時刻的偏差值即可.增量式算法不需做累加，計算誤差和計算精度問題對控制量的計算影響較小；位置式算法要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累計誤差。

控制從手動切換到自動時，位置式算法必須先將計算機的輸出值置為原始值\\*MERGEFORMAT時，才能保證無沖擊切換；增量式算法與原始值無關(guān)，易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。

在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)被控對象的實際情況加以選擇。一般認為，在以閘管或伺服電機作為執(zhí)行器件，或?qū)�控制精度要求較高的系統(tǒng)中，應(yīng)當采用位置式算法；而在以步進電機或多圈電位器作執(zhí)行器件的系統(tǒng)中，則應(yīng)采用增量式算法。

因本次設(shè)計對步進電機的調(diào)速范圍與控制精確的要求,應(yīng)采用增量式PID控制：系統(tǒng)的流程框圖如5.2所示:

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圖5.2步進電機調(diào)速系統(tǒng)的控制流程圖

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6步進電機程序設(shè)計梯形圖(部分)

(1)、轉(zhuǎn)速控制

由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生不同周期T的控制脈沖，通過脈沖控制器的選擇，再通過環(huán)形分配器使四個輸出繼電器Y0、Y1、Y2和Y3按照雙四拍的通電方式接通。

(2)、正、反轉(zhuǎn)控制

通過正、反轉(zhuǎn)驅(qū)動環(huán)節(jié)(調(diào)換相序)，改變Y0、Y1、Y2和Y3接通的順序．以實現(xiàn)步進電機的正、反轉(zhuǎn)控制。即

圖6.1(3)、步數(shù)控制

通過脈沖計數(shù)器，控制四拍時序脈沖數(shù)．以實現(xiàn)對步進電機步數(shù)的控制。系統(tǒng)控制步進電機的梯形圖(部分)如圖6.2所示。

圖6.2

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6.1正反轉(zhuǎn)程序流程圖

圖6.3正反轉(zhuǎn)程序流程圖

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6.2轉(zhuǎn)速快慢程序流程圖

圖6.4

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7方案的論證

7.1控制方式的確定

步進電機控制雖然是一個比較精確的，步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)具有成本低、簡單、控制方便等優(yōu)點，在采用單片機的步進電機開環(huán)系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的CP脈沖的頻率或者換向周期實際上就是控制步進電機的運行速度。系統(tǒng)可用兩種辦法實現(xiàn)步進電機的速度控制。一種是延時，一種是定時。延時方法是在每次換向之后調(diào)用一個延時子程序，待延時結(jié)束后再次執(zhí)行換向，這樣周而復始就可發(fā)出一定頻率的CP脈沖或換向周期。延時子程序的延時時間與換向程序所用的時間和，就是CP脈沖的周期，該方法簡單，占用資源少，全部由軟件實現(xiàn)，調(diào)用不同的子程序可以實現(xiàn)不同速度的運行。但占用CPU時間長，不能在運行時處理其他工作。因此只適合較簡單的控制過程。定時方法是利用單片機系統(tǒng)中的定時器定時功能產(chǎn)生任意周期的定時信號，從而可方便的控制系統(tǒng)輸出CP脈沖的周期。當定時器啟動后，定時器從裝載的初值開始對系統(tǒng)及其周期進行加計數(shù)，當定時器溢出時，定時器產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時中斷子程序。將電機換向子程序放在定時中斷服務(wù)程序中，定時中斷一次，電機換向一次，從而實現(xiàn)電機的速度控制。由于從定時器裝載完重新啟動開始至定時器申請中斷止，有一定的時間間隔，造成定時時間增加，為了減少這種定時誤差，實現(xiàn)精確定時，要對重裝的計數(shù)初值作適當?shù)恼{(diào)整。調(diào)整的重裝初值主要考慮兩個因素一是中斷響應(yīng)所需的時間。二是重裝初值指令所占用的時間，包括在重裝初值前中斷服務(wù)程序重的其他指令因。綜合這兩個因素后，重裝計數(shù)初值的修正量取8個機器周期，即要使定時時間縮短8個機器周期。用定時中斷方式來控制電動機變速時，實際上是不斷改變定時器裝載值的大小。在控制過程中，采用離散辦法來逼近理想的升降速曲線。為了減少每步計算裝載值的時間，系統(tǒng)設(shè)計時就把各離散點的速度所需的裝載值固化在系統(tǒng)的ROM中，系統(tǒng)在運行中用查表法查出所需的裝載值，這樣可大幅度減少占用CPU的時間，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度愿大多數(shù)步進電機運動控制系統(tǒng)都運行在開環(huán)狀態(tài)下，因為成本較低，并可提供運動控制技術(shù)固有的位置控制，無須反饋。但是，在某些應(yīng)用中，需要更多的可靠性、安全性或產(chǎn)品質(zhì)量的保證，因此，閉環(huán)控制也是一種選擇.以下是一些實現(xiàn)步進電機閉環(huán)控制的方法：

1)步進確認，這是最簡單的位移控制，使用一個低值的光學編碼器計算步進移動的數(shù)量。一個簡單的回路與指令校驗的步進電機比較，驗證步進電機移動到預計的位置；

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2)反電動勢,一種無傳感器的檢測方法，使用步進電機的反電動勢（eleCtromotiveforCe，emf）信號，測量和控制速度。當反電動勢電壓降至監(jiān)測探測水平時，閉環(huán)控制轉(zhuǎn)為標準開環(huán)，完成最終的位移移動；

3）全伺服控制，指全時間的使用反饋設(shè)備，用于步進電機--編碼器、解碼器、或其它反饋傳感器上，從而更為精確地控制步進電機位移和轉(zhuǎn)矩。

其它的方法包括各種不同的反電動勢控制電機參數(shù)測量和軟件技術(shù)，一些制造企業(yè)都會使用這些方法。這里，步進驅(qū)動監(jiān)控和測量電機線圈，使用電壓額電流信息提高步進電機控制。正阻尼使用這一信息阻擋振動的速度，產(chǎn)生更多的可用的轉(zhuǎn)矩輸出，降低轉(zhuǎn)矩的機械振動損耗。無編碼器安裝監(jiān)測采用信息檢測同步速度的損耗。

傳統(tǒng)步進電機控制通常采用反饋設(shè)備和非傳感方法，是有效的實現(xiàn)帶有安全需求、危險狀況或高精確度要求的運動應(yīng)用的方法。

大多數(shù)基于步進電機的系統(tǒng)，一般都運行在開環(huán)狀態(tài)下，這樣可提供一個低成本的方案。事實上，步進系統(tǒng)可提高位移控制的的性能，且不需要反饋。但是，當步進電機在開環(huán)時運行，在命令步幅和實際步幅之間會有同步損耗的可能。

閉環(huán)控制，是傳統(tǒng)步進控制的一個部分，能有效地提供更高地可靠性、安全性或產(chǎn)品質(zhì)量。在這些步進系統(tǒng)中，反饋設(shè)備或間接參數(shù)傳感方法的閉環(huán)能進行校正或控制失步、監(jiān)測電機停滯，以及確保更大的可用轉(zhuǎn)矩輸出。近期，步進電機的閉環(huán)控制（CLC）還能幫助執(zhí)行智能分布運動架構(gòu)。然而，開環(huán)操作會有失步的風險，這將產(chǎn)生定位失誤。但與伺服系統(tǒng)中使用的編碼器相比，閉環(huán)步進電機采用的編碼器成本更低。故選擇閉環(huán)控制。

7.2驅(qū)動方式的確定

并于步進電機的驅(qū)動一般有兩種方法，一種是通過CPU直接來驅(qū)動，這種方法一般不宜采用，因為CPU的輸出電流脈沖是特別小的它不能足以讓步進電機的轉(zhuǎn)動；別一種是通過CPU來間接驅(qū)動，就是把從CPU輸出的信號進行放大，然后直接驅(qū)動或是再通過光電隔離間接來驅(qū)動步進電機，這種方法比較安全可靠。固本次設(shè)計應(yīng)采用CPU間接驅(qū)動步進電機。用編碼器還的測速發(fā)電機作為轉(zhuǎn)速測量工具,因為選擇了閉環(huán)控制，就必須有反饋元件，反饋元件一般有兩種，一種是采用同軸的測速發(fā)電機，把步進電機的轉(zhuǎn)速反饋回來，然后通過顯示器顯示出來并對步進電機進行調(diào)節(jié)；別一種是通過光同軸的電編碼器把步進電機的轉(zhuǎn)速反饋回來對步進電機進行調(diào)節(jié)；兩者相比，后者的設(shè)計比較簡單，價格便宜，安全可靠，污染少。固一般采用后者，用光電騙碼器作為反饋元件。

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7.3驅(qū)動電路的選擇

步進電機的驅(qū)動電機有多種，但最為常用的就是單電壓驅(qū)動、雙電壓驅(qū)動、斬波驅(qū)動、細分控制驅(qū)動等。單電壓驅(qū)動是步進電機控制中最為簡單的一種驅(qū)動電路，它在本質(zhì)上是一個單間的反相器。它的最大特點是結(jié)構(gòu)簡單，因它的工作效率低，特別是在高頻下更顯的突出。它的外接電阻R要消耗相當一部分的熱量，這樣就會影響電路的穩(wěn)定性所以此種驅(qū)動方式一般只用在小功率的步進電機的驅(qū)動電路中。雙電壓驅(qū)動是電路一般采用兩種電源電壓來驅(qū)動，因這兩個電源分別是一個為高壓一個為低壓，因此也稱為高低壓驅(qū)動電路。雙電壓驅(qū)動電路的缺點是在高低壓連接處電流出現(xiàn)谷點，這樣必然引起力矩在谷點處下降。不宜于電機的正常運行。對于斬波電路驅(qū)動則可以克服這種缺點，并且還可以提高步進電機的效率。所以從提高效率來看這是一種很好的驅(qū)動電路，它可以用較高的電源電壓，同時無需外接電阻來限定期額定電流和減少時間常數(shù)。但由于其波形頂部呈現(xiàn)鋸齒形波動，所以會產(chǎn)生較大的電磁噪聲。細分驅(qū)動是用脈沖電壓來供電的，對于一個電壓脈沖，轉(zhuǎn)子就可以轉(zhuǎn)動一步，一般會根據(jù)電壓脈沖的分配方式，步進電機各相繞阻會輪流切換，固可以使步進電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。細分控制的電路一般分為兩類，一類是采用線性模擬功率放大器的方法獲得階梯形電流，這種方法簡單，但效率低。別一種是用單片機采用數(shù)子脈寬調(diào)制的方法獲得階梯電流，這種方法需要復雜的計算可使細分后的步距角一致。但因本次設(shè)計對步進電機的精度要求比較高轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍比較廣，固應(yīng)選用驅(qū)動芯片8713來驅(qū)動，并通過軟件來實現(xiàn)步進電機的調(diào)速。7.4基本方案的確定

因本次設(shè)計的要求，選用三相三拍步進電機，單片機選用89C51作為控制器。選取用8279來驅(qū)動顯示和鍵盤。選用8713作為步進電機的驅(qū)動芯片并通過光電耦合來驅(qū)動步進電機。然后由于步進電機同軸的光電編碼器作為反饋元件，并把反饋回的信號經(jīng)CPU處理后再由顯示器顯示出來。但由鍵盤輸入的速度數(shù)值了得通過顯示器來顯示，固本次設(shè)計要兩排顯示，一排來顯示給定的轉(zhuǎn)速一排來顯示實際的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)原理框如圖所示：

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圖7.1系統(tǒng)原理框圖

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8總結(jié)

在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，與同學分工設(shè)計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。

課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認真的進行課程設(shè)計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)．

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參考文獻

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