畢業(yè)論文-基于51單片機(jī)和pid的恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-05-14 23:06 本頁(yè)面
【正文】 。 12 加溫控制電路 13 與上位機(jī)通訊 14 第 3 章 恒溫控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 14 PID 調(diào)節(jié)器控制原理 14 位置式 PID算法 15 數(shù)字 PID 參數(shù)整定 15 采樣周期的選擇 16 PID 參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響 17 PID 計(jì)算程序 18 第 4 章 MATLAB 仿真 29 SIMULINK 簡(jiǎn)介 29 系統(tǒng) 仿真 方框圖 30 穩(wěn)定邊界法整定 PID參數(shù) 30 結(jié)論 35 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) 36 致謝 37 附錄 38 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 章 緒論 引言 電加熱溫度控制具有升溫單向性、大慣性、大滯后性和時(shí)變性的特點(diǎn)。例如：其升 溫 單向 性是由于電加熱的升溫 、保溫主要是通過(guò)電阻加熱；降溫則通常是依靠自然冷卻，當(dāng)溫度一旦超調(diào)，就無(wú)法用控制手段使其降溫，因而很難用數(shù)字方法建立精確的模型， 并確定參數(shù)。應(yīng)用傳統(tǒng)的模擬電路控制方法，由于電路復(fù)雜，器件太多，往往很難達(dá)到理想的控制效果。由于無(wú)法用精確的數(shù)學(xué)方法來(lái)建立模型并確定參數(shù)，本設(shè)計(jì)采用 PID 控制。 目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為 衡量各行業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了經(jīng) 典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等；而自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。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。控制器的輸出經(jīng)過(guò)輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)加在被控系統(tǒng)上，控制系統(tǒng)的被 控量經(jīng)過(guò)傳感器、變送器通過(guò)輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)都不一樣。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器，而溫度控制系統(tǒng)要采用溫度傳感器。目前 PID 控制及其控制器或智 能PID 控制器已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用，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，其中 PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)是自動(dòng)調(diào)節(jié)是通過(guò)智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，有利用 PID調(diào)節(jié)控制實(shí)現(xiàn)壓力、溫度、流量、液位的控制。能實(shí)現(xiàn) PID 控制功能的有 PLC 和一些 PC機(jī)。 傳統(tǒng)的 PID 控制電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需配 合相應(yīng)的可控硅控制電路來(lái)完成功率的調(diào)控。針對(duì)它具有器件多、生產(chǎn)成本高、電路調(diào)試復(fù)雜的缺點(diǎn)，本恒溫自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)用 AT89S52 的單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字 PID 運(yùn)算，能充分發(fā)揮軟件系統(tǒng)的靈活性，在必要時(shí)針對(duì) PID 算法進(jìn)行修正，使其更加完善，固態(tài)繼電器的功率調(diào)節(jié)電路，極大地簡(jiǎn)化了執(zhí)行電路，與單片機(jī)的接口也變得十分的方便，同時(shí)只需要更換不同輸出功率的固態(tài)繼電器，就可滿足不同功率加熱系統(tǒng)的需要 由于設(shè)計(jì)的 系統(tǒng) 對(duì)溫度動(dòng)、靜態(tài)指標(biāo)要求要求不高 ，且 允許有一定的溫度偏差和允許調(diào)節(jié)的時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，最流行控制方法還是繼電接觸器控制系 統(tǒng)。 因此本設(shè)計(jì)采用 若繼電接觸器控制系統(tǒng) 。整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、實(shí)際應(yīng)用可達(dá)到理想的精度。 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片微型計(jì)算機(jī)的功能也不斷地增強(qiáng)，許多高性能的新型機(jī)種不斷的涌現(xiàn)出來(lái)，單片機(jī)以 其集成度高、功能強(qiáng)、體積小可靠性高、價(jià)格低和開發(fā)周期短等特點(diǎn)，成 為自動(dòng)化和各個(gè)測(cè)控領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中，稱為必不可少的器件，尤其是在當(dāng)要求控制精度高，而成本低的社會(huì)里，往往都是采用單片機(jī)作為數(shù)字控制器取代模擬控制器。在溫度控制系統(tǒng)中，單片機(jī)最是起到了不可替代的核心作用。 而 PID 控制技術(shù)在現(xiàn)在最 為成熟，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)容易調(diào)整，不必求出被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型就可以調(diào)節(jié)，所以在恒溫控制系統(tǒng)中通常采用 PID算法。PID 是比例（ proportional）、積分（ intergal）和微分 (derivative)三者的縮寫。 PID 調(diào)節(jié)器的三個(gè)基本參數(shù) kp(比例系數(shù) )、 ki（積分系數(shù)）、 kd(微分系數(shù) )是選擇非常重要，它將直接影響一個(gè)控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。而三個(gè) 環(huán)節(jié) 在實(shí)際控制中的作用： 比例調(diào)節(jié)作用：比例反映系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，用于減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差， 但過(guò)大的比例使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定； 積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除靜態(tài)誤差，提高無(wú)差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差，積分調(diào)節(jié)就停止。積分調(diào)節(jié)輸出為一常值，積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) Ti. Ti越小，積分時(shí)間就越強(qiáng)；反之 Ti 越大，積分時(shí)間就越弱。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢，積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成 PI 調(diào)節(jié)或 PID 調(diào)節(jié)； 微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)。因此能產(chǎn)生超前的控制作用。在偏差還沒(méi)有形成之 前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此微分調(diào)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在為時(shí)間選擇合適的情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪音干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的加微分環(huán)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外微分反映的是變化率，而當(dāng)輸入沒(méi)有變化時(shí)，微分作用的輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成 PI調(diào)節(jié)器或 PID 調(diào)節(jié)器。 大多數(shù)溫度控制系統(tǒng)均建立在模型上，難以滿足加工工藝要求，故引入模糊控制， 采用模糊 PID 算法，運(yùn)用 AT89S52 單片機(jī)對(duì)電阻爐溫度實(shí)現(xiàn)智能控制，可以解決上述種種不足，從而
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