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基于RTOS通用PID控制器的研究

郝得宁

   本文主要研究了通用PID控制器的设计与实现,由于在工业控制领域主要采用PID算法,基于PID算法的控制器类型很多,功能上也有不少差异,另外就是被控对象也非常繁多,由于应用领域的不同,系统控制要求及关心的控制对象(电压、电流、视在阻抗)也不相同,本设计旨在提出一种通用PID控制器管理模式的设计思想及硬件实现,并给出了详细的硬件设计应用及软件设计思路,经过在实际三相全控桥电路的应用,证明了设计达到了通用管理平台的目的,具有广阔的前景。 通用PID控制器在硬件上采用了基于ARM7内核的S3C44BOX作为主控芯片,输入输出主要采用了4×4矩阵键盘以及640×480的液晶模块。另外采用了常用的串口通信。这里信号采集采用了S3C44BOX内部的10位ADC,可以满足一般情况下的应用,可以验证系统的可行性。设有两路反馈信号(电压、电流)接口。输出控制采用CPU内部的PWM模块,高频PWM信号经过一阶低通滤波器得到0~5V的控制信号用户触发主电路控制器。 通用PID控制器软件设计采用了功能强大的嵌入式实时操作系统内核(RTOS,Real Time Operating System)uC/OSⅡ作为核心,输入输出采用了GUI(GraphicsUser Interface)软件包uC/GUI,PID算法采用增量式数字PID算法,参数选取采用规一化算法。uC/OSⅡ主要负责管理各个子程序(在uC/OSⅡ中叫做任务函数)的执行,uC/GUI用于完成LCD显示控制以及键盘的扫描。操作系统中“同时”运行的任务有:主任务(负责管理各个子任务)、GUI任务(用于响应用户输入输出)、数字PID任务(用于进行PID调节)、串口通信任务(用于和上位机交换数据)、数据保存任务(用于读取和保存用户数据)。另外采用了C#语言进行上位机软件的编写。多任务之间通过邮箱完成通信,并且根据各自优先级不同分别获得运行时间。 通用PID控制器功能可以实现的控制模式有稳压限流、稳流限压、恒定负载阻抗,并且可以手动或者自动的在它们之间进行切换,另外,采用了RTC(Real TimeClock)作为系统时钟,可以实现系统的定时运行、定时模式切换等。另外在上位机上也可以方便的控制程序的执行,实现远程监控。 在论文的最后一章详细的介绍了系统在三相全控桥主电路的具体应用,实验证明设计具有良好的通用性能,并且给出了调试中遇到的问题及解决方法。……   
[关键词]:通用控制器RTOS;数字PID;uC/OSⅡ
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:北京交通大学2008年
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