基于NiosⅡ的直流电机PID调速控制系统

(1)比例(P)控制

取采样周期T=0．1 s，KP=0．5，实验结果如图7所示。

在P控制中，比例环节的作用是对偏差作出快速响应，Kp，越大，控制能力越强，但跟过大的Kp会增大超调量，另外比例环节可以减少稳态误差，但不能完全消除。从图7中可以看出比例环节使得电机的转速从零提升到设定值的过程比较快，但出现了比较明显的超调，且存在一定的稳态误差。

(2)比例积分(PI)控制取采样周期T=O．1 s，Kp=0．5，T1=2，实验结果如图8所示。

在PI控制中，积分环节的作用的是消除累计下来的偏差(即稳态误差)，在控制过程中，只要有偏差存在，积分环节的输出就不断增大，直到偏差为零，输出才可能稳定在某一值上。但积分环节会降低响应速度，增加超调量，T1越大，积分作用越弱。从图8中可以看出，在比例环节上加上积分环节，先前的稳态误差得到消除，电机转速趋于设定值，但同时也增加了另一段超调量。

(3)比例积分微分(PID)控制取采样周期T=O．1 s，Kp=O．5，T1=2，TD=O．1，实验结果如图9所示。

在PID控制中，微分作用是根据偏差的变化趋势进行控制的，偏差变化得越快，微分环节输出就越大，并且能在偏差值变大前进行修正。微分环节有利于减小超调量，克服振荡，TD越大，微分作用越大。从图9中可以看出，加入微分环节后，超调量明显得到有效抑制。

从图7～图9中可以看出，用PID控制算法控制基于NiosⅡ的直流电机控制效果还是不错的，有一定的稳定性，即便在转速出现跳变时，也能进行良好的跟踪。PID控制算法已经相当成熟，参数可以通过整定很容易得到，实验表明，此方案具有一定的可行性。

4 结语

提出一种直流电机的新型控制方式，即利用NiosⅡ软核和FPGA芯片对其控制。通过实验验证，将PID增量式算法应用到此系统中，能进行良好的闭环控制。在电机控制中如遇更复杂的电机，如无刷电机等，用NiosⅡ软核进行控制，可以将其扩展为双核乃至多核，一个CPU用来控制算法，另一个CPU用来控制外围系统，互不干扰，发挥NiosⅡ处理器的最大优势。