人工智能學(xué)院丨西安郵電大學(xué)DSP技術(shù)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)案例

院校簡(jiǎn)介

西安郵電大學(xué)是一所以工為主，以信息科學(xué)技術(shù)為特色，工、管、理、經(jīng)、文、法、藝多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的普通高等學(xué)校，是我國(guó)特別是西北地區(qū)信息產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代郵政業(yè)人才培養(yǎng)、科學(xué)研究的重要基地。

學(xué)校前身是1950年成立的陜西和甘肅兩省郵電人員訓(xùn)練班及隨后的西安郵電學(xué)校。1959年經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)設(shè)立西安郵電學(xué)院，是國(guó)家在西北地區(qū)重點(diǎn)建設(shè)的唯一郵電類普通高校，2012年更名為西安郵電大學(xué)。學(xué)校先后隸屬于郵電部和信息產(chǎn)業(yè)部，2000年劃轉(zhuǎn)到陜西省，現(xiàn)由陜西省人民政府與工業(yè)和信息化部共建，是陜西高水平大學(xué)建設(shè)高校、陜西省“一流大學(xué)、一流學(xué)科”建設(shè)高校、教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”實(shí)施高校、全國(guó)首批試辦邊防軍人子女預(yù)科班的高校、西北地區(qū)唯一承擔(dān)亞太電信組織和東盟培訓(xùn)任務(wù)的高校。

通信與信息工程學(xué)院（人工智能學(xué)院）是在原通信工程系基礎(chǔ)上組建而成，學(xué)科和專業(yè)建設(shè)的歷史可追溯至1959年西安郵電學(xué)院建院之初。擁有通信工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、人工智能、信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)、廣播電視工程、電信工程及管理7個(gè)本科專業(yè)。經(jīng)過(guò)60多年的建設(shè)與發(fā)展，學(xué)院已成為西安郵電大學(xué)學(xué)科實(shí)力突出、專業(yè)優(yōu)勢(shì)明顯、師資力量雄厚、歷史淵源深遠(yuǎn)的學(xué)院之一。學(xué)院先后榮獲陜西省教育系統(tǒng)精神文明建設(shè)先進(jìn)集體、陜西省師德建設(shè)先進(jìn)集體、陜西省教育系統(tǒng)先進(jìn)集體、陜西省師德建設(shè)示范團(tuán)隊(duì)、全省高校黨建“雙創(chuàng)”標(biāo)桿院系、陜西省高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革試點(diǎn)學(xué)院等稱號(hào)。

2?

培訓(xùn)情況

創(chuàng)龍教儀聯(lián)合西安郵電大學(xué)共同建設(shè)DSP課程相關(guān)實(shí)驗(yàn)室，在通信與信息工程學(xué)院（人工智能學(xué)院），DSP技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，針對(duì)DSP相關(guān)課程，探討了該課程的應(yīng)用方向并制定了學(xué)生課程學(xué)習(xí)的培養(yǎng)計(jì)劃。

參與培訓(xùn)的老師和學(xué)生們對(duì)TL28335-PlusTEB相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作表現(xiàn)出十足的熱情，并對(duì)創(chuàng)龍教儀專業(yè)的技術(shù)能力與認(rèn)真的工作態(tài)度表示了肯定。

3?

特色案例

實(shí)驗(yàn)名稱：

減速編碼電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>

（1）理解PID控制原理；

（2）學(xué)習(xí)增量式PID算法的原理；

（3）掌握PID閉環(huán)控制電機(jī)的實(shí)現(xiàn)。

實(shí)驗(yàn)原理：

模擬PID控制原理

在過(guò)程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進(jìn)行控制的PID控制器（亦稱PID調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器。PID控制器原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立，參數(shù)的選定比較簡(jiǎn)單。

模擬PID控制系統(tǒng)的常規(guī)原理框圖如下圖所示。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對(duì)象組成，r(t)是給定值，y(t)是系統(tǒng)的實(shí)際輸出值，給定值與實(shí)際輸出值構(gòu)成控制偏差e(t)。

e(t)=r(t)-y(t)

控制偏差e(t)是PID控制的輸入，u(t)是PID控制器的輸出和被控對(duì)象的輸入。模擬PID控制器的控制規(guī)律為

控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例，當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。在模擬PID控制器中，比例控制的作用是對(duì)偏差瞬間做出反應(yīng)。偏差產(chǎn)生后控制器立刻起控制作用，使偏差變小。比例系數(shù)Kp決定了控制作用的強(qiáng)弱，Kp越大，控制作用越強(qiáng)，過(guò)度越快，偏差也就越小。但是Kp越大，也更加容易產(chǎn)生振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，比例系數(shù)Kp必須選擇適當(dāng)，才能使過(guò)渡時(shí)間變小，偏差小又穩(wěn)定。

增量式PID算法

數(shù)字式PID控制算法可以分為位置式PID和增量式PID控制算法。在本實(shí)驗(yàn)中使用的增量式PID算法。增量式PID控制算法只需要計(jì)算控制量的增量。

可得控制器在第k-1個(gè)采樣時(shí)刻的輸出值為：

如果采用恒定的采樣周期T，一旦確定了A、B、C，只要使用前后3次測(cè)量值的偏差，就可以求出控制增量。

除此之外，還有另一種算法：

PID算法程序解析

打開(kāi)光盤資料中的"Demo\KingBox\Application\DC_GEAR_MOT\main.c"文件，可查看相關(guān)代碼。比例常數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)和調(diào)控周期如下：

主函數(shù)中首先初始化系統(tǒng)控制，配置CPU主頻、寄存器和初始化PIE控制等。調(diào)用InitMeasureSpeed函數(shù)初始化時(shí)鐘、中斷等。InitMeasureSpeed函數(shù)如下：

InitMeasureSpeed函數(shù)中，cpu_timer0_isr定時(shí)器中斷函數(shù)中定時(shí)采集速度，并用于PID算法。freq.freqhz_pr為采集的電機(jī)脈沖數(shù)，M0_PWM_ON為高電平時(shí)間，M0_PWM_ON_NEW為新的高電平時(shí)間，PWM_ON_PID是經(jīng)過(guò)PID算法后的高電平時(shí)間。cpu_timer0_isr定時(shí)器中斷函數(shù)如下：

實(shí)驗(yàn)步驟

（1）對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行硬件部分連接，連接好仿真器和USB串口線（默認(rèn)為USB to UART串口輸出）并上電。

（2）右擊計(jì)算機(jī)圖標(biāo)，點(diǎn)擊“設(shè)備管理器->通用串行總線控制器”或者“設(shè)備->端口（COM和LPT）”，查看是否有對(duì)應(yīng)的仿真器的選項(xiàng)出現(xiàn)，如有說(shuō)明仿真器驅(qū)動(dòng)已經(jīng)正常安裝，否則請(qǐng)先正確安裝CCS。同時(shí)查看串口的端口號(hào)。

（3）打開(kāi)串口軟件并設(shè)置串口調(diào)試工具，波特率為115200。

（4）按照工程導(dǎo)入步驟導(dǎo)入光盤資料"Demo\KingBox\Application"路徑下的DC_DEAR_MOT工程。

（5）編譯工程生成DC_DEAR_MOT.out的可執(zhí)行程序。

（6）實(shí)驗(yàn)箱上電，確認(rèn)仿真文件（.ccxml 文件）配置，并連接CPU。

（7）加載DC_DEAR_MOT.out可執(zhí)行程序，并運(yùn)行程序，本實(shí)驗(yàn)的功能是實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán)控制電機(jī)。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

運(yùn)行程序之后，串口顯示如下圖所示：

同時(shí)，數(shù)碼管顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向（0是轉(zhuǎn)速，F(xiàn)代表順時(shí)針轉(zhuǎn)），如下：

第一次按下按鍵1后，減速直流電機(jī)開(kāi)始順時(shí)針（Forward）轉(zhuǎn)動(dòng)，占空比（DutyCycle）約為12%，轉(zhuǎn)速（Speed）約為60R/min，顯示如下圖所示：

按下按鍵3后，電機(jī)會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)串口打印電機(jī)轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針（Backward），電機(jī)轉(zhuǎn)向由順時(shí)針改為逆時(shí)針，如下：

4?

設(shè)備概述

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產(chǎn)品型號(hào)：TL28335-PlusTEB

處理器類型：TMS320F28335

應(yīng)用領(lǐng)域：測(cè)控、自動(dòng)化、工業(yè)控制、電力控制、電機(jī)控制