車輛自平衡座椅電動控制系統——軟件部分_畢業設計論文-資料下載頁

【導讀】根據相似原理，本設計提出一種新的車輛自平衡座椅控制裝置，將車輛行駛或道路對其。境中獲得一個相對舒適的駕乘效果。I.典型51內核的單片機系統軟件。III.2路座椅自平衡調節電機控制算法。IV.3-6鍵坐姿及位置調節子程序。V.常規可靠性設計。I.熟練掌握專業電工、電子（模、數）技術。II.了解掌握車輛自平衡座椅電動控制系統結構、控制原理等。V.系統軟件通過計算機編輯、編譯。VI.在通過仿真軟調的基礎上，進行系統聯機調試。VII.寫出畢業論文（電子版）。說明：1本表一式二份，一份由學生裝訂入附件冊，一份教師自留。2帶*項可根據學科特點選填。當今社會，汽車已經成為我們生活中不可缺少的交通工具。傳統的汽車座椅整體相對車身是比較固定的，當汽車在轉彎行駛或者在。客，從而極大的影響了駕駛員和乘客的舒適性和安全性。通車輛座椅的不足，在汽車行駛過程中，通過系統電動控制，使座椅自動調整，座椅橫向、縱向的四種角度調節，從而確保駕駛員的書舒適性和安全性。

　　

【正文】 0 1 0 選擇 作為 A/D輸入來用 0 1 1 選擇 作為 A/D輸入來用 1 0 0 選擇 作為 A/D輸入來用 1 0 1 選擇 作為 A/D輸入來用 1 1 0 選擇 作為 A/D輸入來用 1 1 1 選擇 作為 A/D輸入來用 表 西安工業大學北方信息工程學院畢業設計（論文） 21 A D 中 斷 入 口讀 取 數 值 并 存 儲 讀 取 數 值 并 存 儲 讀 取 數 值 并 存 儲清 轉 換 結 束 標 志 位 清 轉 換 結 束 標 志 位i = 5 ? i = 5 ?i = 5 ?( A D C _ C O N T R | 0 x F 8 ) = = 0 x F 8 ?清 轉 換 結 束 標 志 位i = i + 1 i = i + 1i = i + 1( A D C _ C O N T R | 0 x F 8 ) = = 0 x F 9 ?A D C _ C O N TR = 0 x F 9A D C _ C O N TR = 0 x F A置 數 據 更 新 標 志 位YNYNYNYNYN重 啟 A D退 出 中 斷圖 A/D采集中斷流程圖 AD 數據處理 對數據進行處理選用中值濾波法。 中值 濾波 是基于排序統計理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號處理技術，中值濾波的基本原理是把數字圖像或數字序列中一點的值用該點的一個鄰域中各點值的中值代替，讓周圍的 像素 值接近的真實值，從而消除孤立的噪聲點。 對傳感器每個方 向上的數據采集 5 次，進行排序，然后去掉最大和最小的數值，中間三個數值取平均值。流程圖下圖。 西安工業大學北方信息工程學院畢業設計（論文） 22 開 始k = 0i = i + 1去 除 最 大 值 和 最 小值 求 和 ， 除 以 3i = 0返 回k = k + 1交 換 數 據i 5 ?K 5 i ?P [ k ] p [ k + 1 ] ?YYYNNN 圖 數據處理流程圖 采樣周期定時中斷 課題設置采樣周期為 50ms，采用定時器 T0，方式 2 進行定時中斷 ,在初始化時。先給定時器賦初值， TH0=（ 6553650000） /256,TL0=(6553650000)%256,初始化時，開啟定時中斷。當計時溢出，產生中斷，對端口進行一次采集。 鍵盤子程序 本課題設計有三個模式鍵，用來人為性的選 擇座椅調節方式。方式 0 為全西安工業大學北方信息工程學院畢業設計（論文） 23 調節，對座椅進行橫縱兩個方向上的調節；方式 1 為半調節，只進行橫向調節；方式 2 為不調節，即選擇方式 2 后，座椅不自動調節。考慮按鍵比較少，所以設計使用獨立式鍵盤接法，三個按鍵分別接與單片機的 ,。流程圖如下。 讀 鍵 盤 端 口數 據 邏 輯 或 0 E 3 H輸 出 按 鍵 狀 態 K 1輸 出 按 鍵 狀 態 K 3輸 出 按 鍵 狀 態 K 2延 時 去 抖讀 鍵 盤 端 口返 回是 否 為 0 E F H ？數 據 相 同 嗎 ？是 否 為 0 F 7 H是 否 為 0 F B H是 否 為 0 F F HNYNNYYNYYN 圖 鍵盤子程序流程圖 電機驅動程序設計 驅動步進電機轉動，就要對步進電機定子的各相繞組以適當的時序進行通西安工業大學北方信息工程學院畢業設計（論文） 24 電。電機轉動中，脈沖個數決定電機轉的步數，脈沖輸出高低電位決定電機正反轉向。本設 計使用兩個步進電機，兩路脈沖分別驅動座椅橫向和縱向轉動。當縱向電機不驅動時，脈沖占空比設置為零。流程圖如圖 。 讀 取 速 度 傳 感 器 采 集 數 據開 始判 斷 電 機 正 反 轉 ？電 機 正 轉 N 步Y電 機 反 轉 N 步返 回N 圖 步進電機驅動流程圖 PID 控制算法 PID 控制算法概述 這個理論和應用自動控制的關鍵是，做出正確的測量和比較后，如何才能更好地糾正系統。 PID（比例 積分 微分）控制器作為最早實用化的控制器已有 70多年歷史，現在仍然是應用最廣泛的工業控制器。 PID 控制器 簡單易懂，使用中不需精確的 系統模型 等先決條件，因而成為應用最為廣泛的控制器。 PID 控制器由比例單元（ P）、積分單元（ I）和微分單元（ D）組成。其輸入 e (t）與輸出 u (t）的關系為 u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt] 式中積分的上下限分別是 0 和 t 因此它的傳遞函數 為： G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]其中 kp 為比例系數； TI為積分時間常數； TD 為微分時間常數 。 目前工業自動化水平已成為衡量各行各業現代化水平的一個重要標志。同時，控制理論的發展也經歷了古典控制理論、現代控制理論和 智能控制 理論三個階段。智能控制的典型實例是模糊 全自動洗衣機 等。 自動控制系統 可分為開環控制系統和 閉環控制系統 。一個控制系統包括控制器、傳感器、變送器、 執行機構 、輸入輸出接口。控制器的輸出經過輸出接口、執行機構，加到 被控系統 上；控制系統的被控量，經過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系西安工業大學北方信息工程學院畢業設計（論文） 25 統，其傳感器、變送器、執行機構是不一樣的。比如 壓力控制系統 要采用壓力傳感器。電加熱控制系統的傳感器是溫度傳感器。目前， PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器（儀表）已經很多，產品已在工程實際中得到了廣泛的應用，有各種各樣的 PID 控制器產品，各大公司均開發了具有 PID 參數自整定功能的智能調節器 (intelligent regulator），其中 PID 控制器參數的自動調整是通過智能化調整或自校正、自適應算法來實現。有利用 PID 控制實現的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現 PID 控制功能的 可編程控制器 (PLC），還有可實現 PID 控制的PC 系統等等。可編程控制器（ PLC) 是利用其閉環控制模塊來實現 PID 控制，而可編程控制器（ PLC）可以直接與 ControlNet 相連，如 Rockwell 的 PLC5 等。還有可以實現 PID 控制功能的控制器，如 Rockwell 的 Logix 產品系列，它可以直接與 ControlNet 相連，利用網絡來實現其 遠程控制 功能。 PID 控制算法系統分類 開環控制系統（ openloop control system）是指被控對象的輸出（被控制量）對控制器（ controller）的輸入沒有影響。在這種控制系統中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環回路。 閉環控制系統（ closedloop control system）是指被控對象的輸出（被控制量）會反送回來影響控制器的輸入，形成一個或多個閉環。閉環控制系統有正反饋和負反饋，若反饋 信號與系統 給定值信號相反，則稱為負反饋（ Negative Feedback），若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環控制系統均采用負反饋，又稱負反饋控制系統。閉環控制系統的例子很多。比如人就是一個具有負反饋的閉環控制系統，眼睛便是傳感器，充當反饋，人體系統能通過不斷的修正最后作出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個開環控制系統。另例，當一臺真正的全自動洗衣機具有能連續檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源，它就是一個閉環控制 系統。 階躍響應是指將一個階躍輸入（ step function）加到系統上時，系統的輸出。穩態誤差是指系統的響應進入穩態后，系統的期望輸出與實際輸出之差。控制系統的性能可以用穩、準、快三個字來描述。穩是指系統的穩定性（ stability），一個系統要能正常工作，首先必須是穩定的，從階躍響應上看應該是收斂的；準是指控制系統的準確性、控制精度，通常用穩態誤差來（ Steadystate error）描述，它表示系統輸出穩態值與期望值之差；快是指控制系統響應的快速性，通常用 上升時間 來定量描述。 原理特點 在工程實際中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，西安工業大學北方信息工程學院畢業設計（論文） 26 簡稱 PID 控制，又稱 PID 調節。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用 PID 控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得 系統參數 時，最適合用 PID 控制技術。 PID 控制，實際中也有 PI 和 PD 控制。 PID 控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差（ Steadystate error）。 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統，如果在進入穩態后存在穩態誤差，則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統（ System with Steadystate Error）。為了消除穩態誤差，在控制器中必須引入 “積分項 ”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例 +積分（ PI）控制器，可以使系統在進入穩態后無穩態誤差。 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是由于存在有較大慣性組件（環節）或有滯后（ delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化 “超前 ”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入 “比例 ”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是 “微分項 ”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例 +微分的控制器，就能夠提 前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例 +微分（ PD）控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。 參數整定 PID 控制器的參數整定是 控制系統設計 的核心內容。它是根據被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。 PID 控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算 整定法。它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際西安工業大學北方信息工程學院畢業設計（論文） 27 中被廣泛采用。 PID 控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、 反應曲線 法和衰減法。兩種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程 經驗公式 對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行最后調整與完善。現在一般采用的是臨界比例法。 利用該方法進行 PID 控制器參數的整定步驟如下： （ 1）首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作； （ 2）僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期； （ 3）在一定的 控制度 下通過公式計算得到 PID 控制器的參數。此條應該不屬于大的，抽象的 PID 控制理論的內容了，而是 PID 理論的具體應用。 預置調整 比例增益 ： 變頻器的 PID 功能是利用目標信號和反饋信號的差值來調節輸出頻率的，一方面，我們希望目標信號和反饋信號無限接近，即差值很小，從而滿足調節的精度：另一方面，我們又希望調節信號具有一定的幅度，以保證調節的靈敏度。解決這一矛盾的方法就是事先將差值信號進行放大。比 例增益 P 就是用來設置差值信號的放大系數的。任何一種變頻器的參數 P 都給出一個可設置的數值范圍，一般在初次調試時， P 可按中間偏大值預置．或者暫時默認出廠值，待設備運轉時再按實際情況細調。 積分時間 ： 如上所述．比例增益 P 越大，調節靈敏度越高，但由于傳動系統和控制電路都有慣性，調節結果達到最佳值時不能立即停止，導致 “超調 ”，然后反過來調整，再次超調，形成振蕩。為此引入積分環節 I ，其效果是，使經過比例增益 P 放大后的差值信號在積分時間內逐漸增大 ( 或減小 ) ，從而減緩其變化速度，防止振蕩。但 積分時間 I 太長，又會當反饋信號急劇變化時，被控物理量難以迅速恢復。因此， I 的取值與拖動系統的時間常數有關