用PID准确控制小车的位移
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一、设计目的及意义
目的：
1）、理论联系实际，加强对理论的理解。
2）、熟悉MATLAB软件，掌握它在控制系统设计当中的应用，能熟练进行系统建模、性能分析、模型仿真等操作。
3）、用单片机进行编程，实现PID的控制算法。
意义：
1）、培养动手能力，通过模型的建立，将抽象思维与具体思维相结合。
2）、增强分析问题、解决问题的能力。
3）、开发创新意识，增进对科学的兴趣。
4）、培养严肃认真的科学态度。
二、设计方案及总体思路
根据设计大纲的要求，本次设计的系统框图如下：
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如上图所示，控制系统采用串级控制。分为主控回路（位置环）和副控回路（速度环），每个环节设计相应的控制器以及时纠正系统在工作过程中由于扰动或者其他因素引起的误差，确保系统精度和响应的快速性。如果只用最外环（位置环）进行控制，误差将得不到及时的反馈和纠正，影响加工精度。本设计运用PI控制方法（副控回路）和数字PID 控制方法（主控回路），分别对速度环和位置环进行设计，使系统满足设计要求的性能指标。
根据设计大纲的要求采用永磁式小惯量直流电动机作为系统的执行元件，并采用具有恒转矩调速特点的电枢电压控制方式。至于电机型号的选择，要根据生产现场的实际情况，进行电机功率估算、发热校核、转矩过载校核，确定电机相关参数，并查表选用最符合要求的电机型号。具体设计步骤大致为： 1．功率估算：2．发热校核。
3、直流伺服电机的动态特性
直流伺服电动机的动态特性是指当给电动机电枢加上阶跃电压时，转子转动随时间的变化规律，用ω=f(t)描述。
建立其平衡方程：
转矩T 与电流 I有关 ，电动势 e 与旋转速度有关，通过常数 Kt、Ke建立方程式。
在单输入单元中，Kt=Ke
根据牛顿定律和基尔霍夫定理，可列出下列方程式：...
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