【正文】 uct quality increasing the plexity of modern environmental and industrial process control systems have bee essential equipment in the production . PID control is the most widespread and mon control , PID controller is its simple structure , good stability , reliable , and easy to adjust and bee one of the industrial control . Although a variety of modern control technology is frequent, but did not weaken the application of the PID controller . On the contrary, the emergence of new technologies for the development of the PID control technology played an important role in promoting .On the one hand , among the variety of new control ideas continue to be applied to the PID controller design or use of thought control to design a new controller with PID structure , the PID control technology has injected new vitality . On the other hand , the development of some of the new control technology requirements for more accurate PID control , thereby stimulating the development of PID controller design and parameter tuning technology . This paper based on the design of a PID controller in 8051 , including the power supply , display , button and reset circuit crystal oscillator circuit , the A / D and D / A conversion circuit , and finally the simulation on Proteus and Keil simulation platform . Keywords: PID controller。 8051SCM 。 PID parameters 。 目 錄 1 緒論 ............................................. 1 概述 ....................................... 1 PID 控制的發(fā)展和趨勢 ....................... 2 論文研究的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排 ................... 4 2 PID 控制 ........................................ 6 PID 控制的特點(diǎn)和原理 ....................... 6 PID 控制器 ................................. 7 PID 控制的自整定 ........................... 9 3 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案 .............................. 12 系統(tǒng)整體方案 .............................. 12 系統(tǒng)的性能要求 ............................ 12 主控模塊 .................................. 13 單片機(jī) .............................. 13 8051 單片機(jī) ......................... 16 單片機(jī)的引腳 簡介 .................... 20 8051 單片機(jī)的工作原理 ............... 22 4 電路設(shè)計(jì) ........................................ 23 電源電路設(shè)計(jì) .............................. 23 按鍵電路設(shè)計(jì) .............................. 24 顯示電路的設(shè)計(jì) ............................ 25 AD 轉(zhuǎn)換電路 ............................... 29 復(fù)位電路和晶振電路 ........................ 34 5 軟件設(shè)計(jì) ........................................ 36 Proteus 軟件簡介 .......................... 36 Keil 軟件 ................................. 36 設(shè)計(jì)思路 .................................. 37 程序設(shè)計(jì) ............................ 37 顯示子程序 .......................... 38 按鍵子程序 .......................... 39 PID 參數(shù)設(shè)置 子 程序 .................. 40 PID 算法 子 程序 ...................... 40 6 結(jié)束語 .......................................... 46 參考文獻(xiàn) .......................................... 47 附錄 .............................................. 48 英文原文 .......................................... 53 中文譯文 .......................................... 59 致 謝 ............................................ 65 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 1 1 緒論 概述 目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展主要經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹑輸入輸出接口這幾個(gè)部分。控制器的輸出經(jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，它們的傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前， PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的 PID 控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有 PID 參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器 (intelligent regulator)，其中 PID 控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。有利用 PID 控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn) PID 控制功能的可編程控制器 (PLC)，還有可實(shí)現(xiàn) PID 控制的 PC 系統(tǒng)等等。 PID 控制是最實(shí)用化的控制方式，指的是一項(xiàng)流行的線性控制策略，它是對(duì)偏差信號(hào) e(t)進(jìn)行比例、積分、 微分運(yùn)算變換后形成的一種控制規(guī)律，基本思想是“利用偏差、消除偏差”。 PID 控制被證明是一種非常好的控制模式。它的 產(chǎn)品已經(jīng)在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，很多大公司都開發(fā)了具有 PID 參數(shù)自整定功能的智能控制器。 PID 控制器至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或者當(dāng)使用者得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)很難采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)用 PID 控制技術(shù)是最方便的。即使當(dāng)我們 不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過有效的測量手 段來得到系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用的也是 PID 控制技術(shù)。 PID 控制，實(shí)際中有 PI 和 PD控制。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。模擬 PID 控制系統(tǒng)的原理框圖（如圖 所示），系統(tǒng)由模擬 PID 控制器和被控對(duì)象組成。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 2 圖 模擬 PID 控制系統(tǒng)原理框圖 PID 控制的發(fā)展和趨勢 PID 控制技術(shù)的發(fā)展可以分為兩個(gè)階段。 20 世紀(jì)的 30 年代晚期微分 控制的加入標(biāo)志著 PID 控制成為一種標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) ,也是 PID 控制兩個(gè)發(fā)展階段的分水嶺。第一個(gè)階段為發(fā)明階段 ( 1900 ～ 1940 ) 。 PID 控制的思想逐漸明確，氣動(dòng)反饋放大器被發(fā)明 ,儀表工業(yè)的重心被放在實(shí)際 PID 控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上。 1940 年以后則是第二階段 —— 革新階段。在革新階段， PID 控制器已經(jīng)發(fā)展成一種魯棒的、可靠的、易于應(yīng)用的控制器。儀表工業(yè)的重心是使 PID控制技術(shù)能跟上工業(yè)技術(shù)的最新發(fā)展。從氣動(dòng)控制到電氣控制到電子控制再到數(shù)字控制 , PID 控制器的體積逐漸縮小 ,性能不斷的提高。一些處于世界領(lǐng)先 地位的自動(dòng)化儀表公司對(duì) PID 控制器的早期發(fā)展做出重要貢獻(xiàn) ,甚至可以說 PID 控制器完全是在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中被發(fā)明并逐步完善起來的。值得提出的是 , 1939 年 Taylor 儀器公司推出的一款帶有所謂“ Pre2act”功能的名為“ Fulscope”的氣動(dòng)控制器以及同時(shí)期 Foxboro 儀器公司推出的帶有所謂“ Hyper2re2set”功能的“ Stabilog”氣動(dòng)控制器都是最早出現(xiàn)的具有完整結(jié)構(gòu)的 PID 控制器?！?Pre2act”與“ Haper2re2set”功能實(shí)際都是在控制器中加入了微分控制。 1974 年英國倫敦大學(xué) 教授 是國外最早取得應(yīng)用成果的，他先利用模糊控制語句組的模糊控制器，用于鍋爐和汽輪機(jī)的運(yùn)行控制； 我國的模糊控制理論和研究工作是在 1979 年開始的，如對(duì)模糊控制系中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 3 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模糊推理算法、自學(xué)習(xí)或自組織模糊控制器以及模糊控制器的穩(wěn)定性方面的研究； 80 年代末對(duì)模糊控制器和 PID 控制器的關(guān)系進(jìn)行研究， 1985 年，徐承偉提出模糊控制器輸出與被控對(duì)象之間存在積分作用； 1987 年胡家耀在這基礎(chǔ)上提出 FuzzyPI 調(diào)節(jié)器，用于退火爐燃燒過程中； 1988 年，河北廊坊市工具廠李利民、王金奎研制的高溫 鹽浴爐微機(jī)控制系統(tǒng)以磁性調(diào)壓器作為執(zhí)行元件，采用 MPID 調(diào)解方式，當(dāng)爐溫在 11001300攝氏度范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)誤差小于 20 度； 1989 年，武漢鋁廠鄭恭恒、沈協(xié)和用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)爐溫控制，采 BangBang和 PID 相結(jié)合的算法，達(dá)到升溫速度快，超調(diào)量小的升溫效果； 1997 年，吉林工業(yè)大學(xué)呂俊偉、王文成、黃海東研制的模糊 PI 開關(guān)混合控制器用于滲炭爐溫度控制系統(tǒng)，縮短了升溫時(shí)間，大大提高了控制精度最大超調(diào)量小于 1 度； DESBOROUGH 和 MILLER 在 2020 年的一次統(tǒng)計(jì)報(bào)告中指出，目前在美國有超過 11600 個(gè)有 PID 控制器結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)器在工業(yè)控制中應(yīng)用，有一些復(fù)雜的控制律其基本控制也用的 PID 控制算法，有大部分的反饋回路都是用的 PID 控制算法。但是，只有三分之一的控制器在應(yīng)用中能夠讓人滿意，剩下的控制器都不能讓用戶對(duì)它的控制滿意，這給我們現(xiàn)在研究控制理論的學(xué)者帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 PID 控制的優(yōu)點(diǎn)很多： 首先， PID 應(yīng)用范圍廣。雖然很多工業(yè)過程是非線性或時(shí)變的，但通過對(duì)其簡化可以變成基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，這樣 PID 就可控制了。 第二， PID 參數(shù)較易整定。也就是， PID 參數(shù) Kp， Ki 和 Kd 可以根 據(jù)過程的動(dòng)態(tài)特性及時(shí)整定。如果過程的動(dòng)態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化， PID 參數(shù)就可以重新整定。 第三， PID 控制器在實(shí)踐中也不斷的得到改進(jìn)。在一些情況下針對(duì)特定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 PID控制器控制得很好，但仍不可