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基于A(yíng)RM與PID算法的開(kāi)關(guān)電源控制系統

作者: 時(shí)間:2011-09-26 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏
PWM控制原理

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/178591.htm

  采樣控制理論中有一個(gè)重要結論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在慣性環(huán)節上時(shí),其效果基本相同。PWM控制技術(shù)就是以該結論為理論基礎,對半導體開(kāi)關(guān)器件的導通和關(guān)斷進(jìn)行控制,使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖,用這些脈沖列來(lái)代替正弦波或其他所需要的波形,并按照一定的規則對各個(gè)脈沖的寬度進(jìn)行調制。

  

  在本系統中,PWM波形由中央處理器S3C4480的時(shí)鐘TIMER0 輸出口T0UTO輸出。由于要求輸出頻率30kHz的PWM波,且精度在千分之一,所以通過(guò)設置TCFGO和TCFGl寄存器的設置,將4BIT分頻器設置為O.5,預定標寄存器設置為l,計數比較寄存器TCNTB0設置為1000,這樣,在S3C4480主頻于66MHz時(shí),TOUT0輸出的PWM波頻率為30kHz。當TIMER0 開(kāi)始計時(shí)后,每次TCNTB0的值與定時(shí)器的向下計數器值相同時(shí),定時(shí)器控制PWM波電平改變。使得修改TC-NTB0的值可以控制PWM波的占空比,增加或者減少1,則PWM輸出占空比增加或者減少千分之一,從而達到千分之一精度。圖2為輸出的PWM波形圖,我們可以看出,通過(guò)專(zhuān)用的定時(shí)器輸出口 TOUTO輸出的PWM波形,波形很好,經(jīng)過(guò)測試,上升沿與下降沿均在ns級。與軟件流程

  3.1主程序軟件流程

  由于采用了嵌入式芯片,使得在系統軟件實(shí)現中主要以C語(yǔ)言進(jìn)行驅動(dòng)和應用程序的開(kāi)發(fā),僅在CPU初始化階段使用匯編語(yǔ)言。使用S3C44BO芯片外擴了 2MFLASH,8MSDRAM大容量存儲器,完全滿(mǎn)足了系統程序運行和數據的存儲,這樣充分發(fā)揮了S3C4—480ARM嵌入式系統存儲器容量大,軟件編程簡(jiǎn)單,速度快,精度高的優(yōu)勢。數字軟件流程如圖3所示。在系統開(kāi)機后,首先要檢測系統外圍設備的狀態(tài)是否正常,以免出現故障。在系統運行中,為了防止軟件跑飛,還需要開(kāi)啟看門(mén)狗功能,加入喂狗程序,這樣軟件上保證系統的可靠性和穩定性。在A(yíng)DC部分對采樣值進(jìn)行均值濾波,保證采樣值的正確與穩定。

  3.2控制

  在自動(dòng)控制技術(shù)中,應用最為廣泛的調節器控制規律為比例(P)、積分(I)、微分(D)控制,簡(jiǎn)稱(chēng)控制,又稱(chēng)Pm調節。其原理的關(guān)鍵是測量、比較和執行。PID控制器將測量受控對象(在本系統中即電壓電流值)與設定值相比較,用這個(gè)誤差來(lái)調節系統的響應。

  

  在電源數字PID中,使用比例環(huán)節控制電壓電流的輸出與輸入誤差信號成比例改變,但是實(shí)際值與給定值通常會(huì )存在偏差,這個(gè)偏差稱(chēng)作穩態(tài)誤差。因此,需要引入積分環(huán)節的消除穩態(tài)誤差功能提高精度,但是考慮到電源系統開(kāi)機、關(guān)機或大幅增加電壓電流工作設定值時(shí),產(chǎn)生積分積累,就會(huì )引起電壓電流超調,甚至在給定值上下振蕩。所以為減小在運行過(guò)程中積分環(huán)節對電壓電流動(dòng)態(tài)性能的影響,采用了積分分離PID控制電壓電流,即當電壓電流與設定工作值的誤差小于一個(gè)范圍時(shí),再采用積分環(huán)節去消除系統比例環(huán)節產(chǎn)生的穩態(tài)誤差。

  積分分離PID控制需設定積分分離閥ε,當le(k)│>ε時(shí),即偏差值較大時(shí),僅采用PD控制環(huán)節,減少超調量,使系統有較快響應;當le(k)l≤ε時(shí),即偏差值比較小時(shí),采用PID 控制,以保證電壓電流精度和穩定度。在開(kāi)機后,按照固定步長(cháng)打開(kāi)PWM波寬度,使得電壓升高。在達到設定值一定范圍后,為防止電壓過(guò)沖,需要加入積分分離 PID控制算法進(jìn)行控制,防止電壓超調。在電壓達到千分之一進(jìn)度范圍后,需要加入積分環(huán)節,完成電源開(kāi)機時(shí)迅速穩定的輸出。PID算法流程如圖3所示。

結論

  該系統經(jīng)現場(chǎng)調試證明,設計合理、運行可靠,為廠(chǎng)家實(shí)現了5l系列8位單片機到ARM32位系統的升級,降低了成本并提高了產(chǎn)品的性能。


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