畢業(yè)論文-基于at89c51單片機的pid溫度控制系統(tǒng)設(shè)計-文庫吧
2025-05-17 10:45 本頁面
【正文】 ? 偏置電流 ≤ 30mADC max ? 輸入控制信號 15VDC或 420mA或 10k電位器 ? 輸出電壓變化范圍 0220VDC、 0380VAC ? 引出端與底板間、輸入與輸出電路間介質(zhì)耐壓 2500VAC min/50Hz 功率調(diào)控模塊 EUV10A? 的接線方式如下圖 2 所示。左圖為觸發(fā)電路的接線圖，右圖為交流電的輸入和輸出的連接圖。 圖 5 功率模塊的接法 、被控對象 本設(shè)計使用電熱水壺為被控對象，該對象具有大滯后、非線性、時變性等特點， 通過單閉環(huán)控制方式，實現(xiàn)對水壺溫度的恒溫控制。 若想使系統(tǒng)控制更加完善可加入 Smith預(yù)估 等控制算法，在此不作介紹。 、單片機實驗系統(tǒng) 單片機系統(tǒng)采用 STAR ES598PIC 實驗箱以及星研集成開發(fā)軟件。包括 A/D、 D/A、串口通信等一系列模塊。 紅 藍 綠 黃 棕 V b + 12 V D C 計算機 D / A 輸出 0 5V 0 5V 調(diào)節(jié)時的接法 420mA 調(diào)節(jié)時的接法 連接圖 圖 6 系統(tǒng)連接實物圖 四、 控制器設(shè)計 、 PID 控制器的設(shè)計 PID 控制器廣泛的應(yīng)用于各種工業(yè)控制。 其主要的優(yōu)點在于：原理簡單，使用方便；適應(yīng)性強；魯棒性好；對模型依賴少。它是將給定值與實際輸入值進行偏差計算得到 e(t),然后進行比例、積分、微分計算，通過線性組合構(gòu)成控制器，實現(xiàn)對被控對象的控制。 對于增量型的 PID 控制規(guī)律為： Uk=kp*ek+ki*∑ ek+kd*(ekek1) (2) Uk 為 PID 控制的輸出信號 、 PID 控制器流程圖 對 PID 的三個比例系數(shù)賦初始值，然后將采集的信號與給定值進行比較，得到偏差量，代入控制規(guī)律（ 2）式，求得控制信號。 圖 8 BangBang PID 算法流程圖 算法流程詳解： ek、 ek ei 初始值都為 0，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)化的數(shù)值與給定的 80 的偏差大于 10時， uk=255，控制電壓為 5V,即最大電壓進行加熱。當(dāng)溫度介于 70 和 80 之間時，進入 BangBang PID 控制。由于算法計算出來的控制量可能大于 D/A 轉(zhuǎn)化的范圍，所以當(dāng) uk255 時，令其輸出為 255.； uk0 時，輸出為 0。 、 PID 參數(shù)整定 本設(shè)計通過仿真圖的溫度控制效果進行 PID 各參數(shù)的調(diào)節(jié)，以使得控制系 統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間、超調(diào)量以及抗干擾能力達到比較良好的效果。還可以采用臨界比例度法、衰減曲線法等。 五、 PID 參數(shù)的整定 將兩臺 PC 機進行通信，并進行 MATLAB 對控制曲線進行仿真。以下是對PID 各參數(shù)進行調(diào)節(jié)得到的響應(yīng)曲線。 只對放大系數(shù) KP 進行調(diào)節(jié) Kp=10 Ki= Kd=0 Kp=20 Ki= Kd=0 Kp=30 Ki= Kd=0 如上圖所示，在只調(diào)節(jié)比例參數(shù)的情況下，系統(tǒng)均有不同程度的超調(diào)，隨著 Kp 的增加系統(tǒng)的上升時間逐漸縮短。隨著比例 Kp 的變大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也變差，穩(wěn)態(tài)誤差也隨之增大，總體控制精度不高。所以只控制系統(tǒng)的 Kp 是不夠的，故進一步對積分 Ki 進行整定。 只對 積分 系數(shù) Ki 進行調(diào)節(jié) Kp=30 Ki= Kd=0 Kp=30 Ki= Kd=0 如上圖所示，選取使系統(tǒng)超調(diào)較小較之穩(wěn)定的 Kp，在比例 Kp 不變的情況下，積分可以消除或者減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。但過大的積分作用使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性有所下降，抗干擾能力下降并使得系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)變慢了，所以積分 Ki 不是越大越好。 只對 積分 系數(shù) Ki 進行調(diào)節(jié) Kp=50 Ki= Kd=0 如上圖所示，系統(tǒng)在干擾作用下能夠較為迅速進行自我調(diào)節(jié)并逐步恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，說明系統(tǒng)具有較強的自我調(diào)節(jié)能力和抗干擾能力。 系統(tǒng) PID 參數(shù) 總體分析：從上述圖形我們可 以清楚的看到，加入比例可以使得系統(tǒng)加快調(diào)節(jié)，減小誤差，但是過大的比例使得系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。加入積分使得系統(tǒng)能夠較小甚至消除穩(wěn)態(tài)誤差，但是過強的積分作用會使得系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。由于沒有微分調(diào)節(jié)所以不做微分對系統(tǒng)作用的概述。 六、 結(jié)論與心得 本次為期 2 周的課程設(shè)計，讓我們從中受益匪淺，通過它我們對控制系統(tǒng)及PID控制以及 PID參數(shù)整定方法在工程應(yīng)用中的設(shè)計和分析有了進一步的認(rèn)識把握。 在本次課程設(shè)計當(dāng)中，從下發(fā)任務(wù)書起，我們小組團結(jié)一致，分工 合作 。具體流程如下 C51 軟件平臺設(shè)計 A/D,D/A 轉(zhuǎn)換 電路。 2. 制作并調(diào)試溫度變 送器 電路板。 3. 設(shè)計 PID 控制器，對 PID 參數(shù)進行整定 以及 MATLAB 實現(xiàn)溫度— 電壓數(shù)據(jù)的采集和仿真。 ，寫報告和總結(jié)。 。期間，不乏遇到各種問題，比如，溫度變送器電路板上的元件，當(dāng)用萬用測的參數(shù)與要求不符合，或者電路短路和斷路，這都需要我們細心的排查。然后在參數(shù)整定方面，根據(jù)自動控制原理，需要通過編程的方法，對比例，積分，微分進行反復(fù)的選擇，嘗試，和矯正，再加擾動觀測系統(tǒng)的穩(wěn)定性變化，最終選擇一個相對合理的 PID 控制參數(shù)，以完成預(yù)定的目標(biāo)。 總之 ，通過動手親自操作這個設(shè)計，提升了我們的能力，鞏固了對專業(yè)知識的掌握，對 PID 控制的用用和參數(shù)整定有了深刻的體會和相對全面的認(rèn)識。當(dāng)然還要感謝期間還有老師的其他小組的指點和幫助。 參考文獻 [1] 周正林 . 基于單片機的電爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 [J] . 信息技術(shù)， 2021:115 附錄 1： 系統(tǒng)設(shè)計元件清單 12V開關(guān)電源 1 個 電熱水杯 1 個 功率模塊 1 個 Pt100 一個 電源插座 1 個 萬能板 1 塊 小螺釘 4 套 烙鐵 1 把 焊錫若干 電源線 1 根 萬用表 1 個 小螺絲刀 1 把 溫度計 1 個 黑 色絕
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