图10PD控制基本原理
3.2转速比例控制的程序设计
实现了电机转速的测量，下面就要对电机转速进行比例控制了。为了提高控制系统响应的速度，将程序代码2转速测量程序中的定时时间更改为10毫秒，也就是转速的采样频率为100Hz，且由图8和图9可知，电机减速前的1秒钟转速在4500和12650之间，即10毫秒的转速在45至127之间，此处将转速设置为100，比例系数设置为3。转速比例控制的程序设计如程序代码3所示。
程序代码3：转速比例控制的程序设计
#include
#define Kp 3
#define set_point 100
long counter_val[2] = {0,0};
byte CurCnt = 0;
int j=0;
int output_value=0;
void setup()
{
delay(2000);
pinMode(12,OUTPUT);
pinMode(3,OUTPUT);
pinMode(9,OUTPUT);//启用电机A的三个管脚，全部设置为输出状态
digitalWrite(9, LOW);//松开电机A的制动
digitalWrite(12, HIGH);//设置方向为正向旋转
Serial.begin(115200);//初始化波特率为115200
attachInterrupt(0, counter, RISING);//设置编码器A相位上升沿中断
attachInterrupt(1, counter, RISING);//设置编码器B相位上升沿中断
Timer1.initialize(10000); //设置定时器中断时间，单位微秒
Timer1.attachInterrupt( timerIsr ); //打开定时器中断
interrupts();//打开外部中断
}
void loop()
{
long lTemp = 0; //定义临时存储数据变量
if(j==1)//判断是否发生定时器中断，即定时时间是否到达
{
j=0;//清除定时器中断标志位
if((CurCnt&0x01) == 0) //当前使用的是偶数计数器，则上次频率值存放在第二个元素中
{
lTemp = counter_val[1];//读取数组第二个元素中的数值
counter_val[1]=0;//读完清除原来的数值，以便下次使用
}
else//当前使用的是奇数计数器，则上次频率值存放在第一个元素中
{
lTemp = counter_val[0];//读取数组第二个元素中的数值
counter_val[0]=0;//读完清除原来的数值，以便下次使用
}
Serial.print("A");//发送转速帧头大写A
Serial.print( lTemp);//发送转速数据
output_value =( set_point -lTemp)*Kp+ output_value;//比例计算得到控制量
if(output_value >255)//限制PWM在0-255范围内
output_value =255;
if(output_value <0)//限制PWM在0-255范围内
output_value =0;
analogWrite(3, output_value);//将计算得到的控制量输出
Serial.print("B");//发送PWM帧头大写B
Serial.println(output_value);//发送PWM数据
}
}
//外部中断处理函数
void counter()
{
counter_val[CurCnt& 0x01] += 1;//每一个中断加一
}
//定时器中断处理函数
void timerIsr()
{
j=1;//定时时间达到标志
CurCnt++; //切换计数数组
}
通过串口输出的电机实际转速与PWM值的数据如图11和图12所示。其中图11为系统刚启动的时候，此时可以看出电机逐渐上升，达到128之后逐渐降至100以下，这属于系统初期的振荡；图12是系统运行一段时间之后的转速和PWM数据，转速稳定在100±2，PWM稳定在145左右。
图11 PWM为80时转速数据
图12 PWM为255时转速数据
图11和图12中的串口输出数据看起来没有图形那么直观，为此我们使用LabVIEW2012和VISA 5.3编写一个转速显示程序。前面板如图13所示，程序框图如图14所示，其中的数据解析子VI的程序框图如图15所示，其功能是解析出串口数据中的转速值和PWM值。
除了上位机显示程序之外，我们还需要对转速的比例控制程序进行部分修改，具体如下:
将
Serial.print( lTemp);//发送转速数据
修改为
if((lTemp/100) ==0)
{
Serial.print( 0);
if((lTemp0/10) == 0)
Serial.print( 0);
}
Serial.print( lTemp);
将
Serial.println(output_value);//发送PWM数据
修改为
if((output_value /100) ==0)
{
Serial.print( 0);
if((output_value 0/10) == 0)
Serial.print( 0);
}
Serial.print(output_value);
图13 LabVIEW上位机前面板
图14 LabVIEW上位机程序框图
图15数据解析程序框图
在LabVIEW上位机软件上选择Arduino Uno控制器对应的串口号，即可将电机的转速和PWM值实时的显示在LabVIEW前面板上，如图16所示。
图16转速和PWM显示在LabVIEW上位机上
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