【正文】 。這是面向比例項(xiàng)用的變動(dòng)數(shù)據(jù)。累計(jì)偏差：∑e(t)= e(t) + e(t1) + e(t2)+…….+e(1),這是我們每一次測(cè)量到的偏差值的總和，這是代數(shù)和，考慮到正負(fù)符號(hào)的運(yùn)算，這是面向積分項(xiàng)用的變動(dòng)數(shù)據(jù)?；酒畹南鄬?duì)偏差：e(t) – e(t1)，用本次的基本偏差減去上一次的基本偏差，用于考察當(dāng)前控制的對(duì)象的趨勢(shì)，作為快速反應(yīng)的重要依據(jù)，這是面向微分項(xiàng)的一個(gè)變動(dòng)數(shù)據(jù)。 比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。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)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 PID的控制 開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)(openloopcontrolsystem)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量)對(duì)控制器(controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中,不依賴將被控量以形成任何閉反送回來的閉環(huán)回路。 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)(closedloopcontrolsystem)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象輸出(被控制量)會(huì)反送回來影響控制器的輸出,形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋,若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反,則稱為負(fù)反饋(NegativeFeedback),若極性相同,則稱為正反饋,一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋,又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng),眼睛便是傳感器,充當(dāng)反饋,人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒有眼睛,就沒有了反饋回路,也就成了一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。另例,當(dāng)一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈,并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源,它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。 階躍響應(yīng)　　階躍響應(yīng)是指將一個(gè)階躍輸入（stepfunction）加到系統(tǒng)上時(shí),系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差。控制系統(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability),一個(gè)系統(tǒng)要能正常工作,首先必須是穩(wěn)定的,從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的；準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、控制精度,通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(Steadystateerror)描述,它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差；快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性,通常用上升時(shí)間來定量描述。 PID控制的原理和特點(diǎn)　　在工程實(shí)際中,應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制,簡(jiǎn)稱PID控制,又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史,它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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,或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí),控制理論的其它技術(shù)難以采用時(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(chǎng)調(diào)試來確定,這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(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(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí),最適合用PID控制技術(shù)。PID控制,實(shí)際中也有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。 (1)比例（P）控制　　比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystateerror）。(2)積分（I）控制　　在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng),如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（SystemwithSteadystateError）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分,隨著時(shí)間的增加,積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣,即便誤差很小,積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大,它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小,直到等于零。因此,比例+積分(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。(3)微分（D）控制　　在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”,即在誤差接近零時(shí),抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說,在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的,比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”,它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì),這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,甚至為負(fù)值,從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象,比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。 PID控制器的參數(shù)整定 PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多,概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用,還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法,它主要依賴工程實(shí)驗(yàn),直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行,且方法簡(jiǎn)單、易于掌握,在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法,主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn),其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn),然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù),都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié),直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩,記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)是以AT89C52單片機(jī)為主控制器的智能化溫度控制系統(tǒng)。采用定時(shí)檢測(cè)和調(diào)節(jié)的方式。首先由定時(shí)器或軟件定時(shí)，定時(shí)時(shí)間到后啟動(dòng)智能溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量結(jié)果送CPU，并在CPU的控制下顯示結(jié)果。利用鍵盤輸入控制目標(biāo)。CPU把測(cè)量的結(jié)果與給定值比較，進(jìn)行PID計(jì)算，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果輸出DAC信號(hào)，并加上反相器使輸出電壓范圍為0～5V，通過在固態(tài)繼電器前端連入電阻使電壓變?yōu)?～，固態(tài)繼電器在該電壓范圍內(nèi)線性工作，輸出的電壓控制繼電器的通導(dǎo)，對(duì)爐溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而使?fàn)t溫控制在預(yù)定的范圍之內(nèi)。溫度采集部分采用DS18B20測(cè)溫，它是單線智能溫度傳感器，不需要A/D轉(zhuǎn)換，可以直接測(cè)量出數(shù)字式的溫度值送入主控制器。采集溫度時(shí)對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化，然后執(zhí)行ROM操作命令，再執(zhí)行暫存器操作命令，最后完成數(shù)據(jù)處理。通過鍵盤向CPU輸入用戶設(shè)定的報(bào)警溫度上限值和下限值，完成溫度轉(zhuǎn)換之后，DS18B20就把測(cè)得的溫度值同上下限值比較，如果超出所設(shè)定的范圍，將該器件的報(bào)警標(biāo)志位置位，并對(duì)CPU發(fā)出的報(bào)警搜索命令做出響應(yīng)。該傳感器使用同步串行總線接口技術(shù)，串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個(gè)地傳送，數(shù)據(jù)接收設(shè)備將接收到的串行形式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行形式進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的直接控制，使雙方達(dá)到完全同步。通過主控制器的定時(shí)器建立一個(gè)30μs的同步脈沖實(shí)現(xiàn)與溫度檢測(cè)回路的通信。CPU經(jīng)過單線接口訪問DS18B20，CPU對(duì)ROM操作完畢，即發(fā)出控制操作命令，使DS18B20完成溫度測(cè)量并將結(jié)果存入高速暫存器中，然后讀出該結(jié)果。由繼電器及其外部電路如D/A轉(zhuǎn)換等實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制功能。 AT89C52是低功耗、高性能的CMOS8位單片機(jī)，片上帶有8KFlash存儲(chǔ)器，且允許在系統(tǒng)改寫或用編程器編程。另外，AT89C51的指令系統(tǒng)和引腳80C52完全兼容。所以，AT89C52單片機(jī)應(yīng)用極為廣泛。單片機(jī)在開機(jī)時(shí)都需要復(fù)位，以便CPU以及其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。AT89C52的RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，持續(xù)時(shí)間要有24個(gè)時(shí)鐘周期以上。本系統(tǒng)中時(shí)鐘頻率為12MHz，復(fù)位脈沖寬度至少應(yīng)為2μs。 主控器與傳感器的連接電路由AT89C52根據(jù)總線的接口規(guī)范向智能溫度傳感器發(fā)送諸如啟動(dòng)轉(zhuǎn)換、設(shè)置配置寄存器、讀取溫度等命令。智能溫度傳感器則向AT89C52回送當(dāng)前溫度值等數(shù)據(jù)。二者之間的數(shù)據(jù)傳輸完全是串行的。主控制器與溫度檢測(cè)系統(tǒng)使用同步串行總線通信，串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個(gè)地傳送，數(shù)據(jù)接收設(shè)備將接收到的串行形式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行形式進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的直接控制，使雙方達(dá)到完全同步。此時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)的位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍，同時(shí)傳送的字符間不留間隙，即保持位同步關(guān)系，也保持字符同步關(guān)系。發(fā)送方對(duì)接收方的同步通過外同步來實(shí)現(xiàn)。發(fā)送方在每個(gè)比特周期都向接收方發(fā)送一個(gè)同步脈沖。接收方根據(jù)這些同步脈沖來完成接收過程。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。單線總線在空閑狀態(tài)下呈高電平。操作單線總線時(shí)，必須從空閑狀態(tài)開始。單線總線加低電平的時(shí)間超過480μs時(shí)，總線上所有的器件都被復(fù)位。通信協(xié)議規(guī)定了復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫0、寫讀0、讀1等幾種信號(hào)的時(shí)序。除了應(yīng)答脈沖，其余信號(hào)均由CPU控制。寫時(shí)序包括寫“0”時(shí)序和寫“1”時(shí)序。所有寫時(shí)序都至少需要60μs，且在兩次獨(dú)立的寫時(shí)序之間至少需要1μs的恢復(fù)時(shí)間。兩種寫時(shí)序均起始于主機(jī)拉低總線。對(duì)于寫“1”時(shí)序，主機(jī)在拉低總線后，接著必須在15μs內(nèi)釋放總線，由上拉電阻將總線拉至高電平；而對(duì)于寫“0”時(shí)序，在主機(jī)拉低總線后，只需要在整個(gè)時(shí)序內(nèi)保持低電平即可（至少60μs）。在寫時(shí)序開始后的15～60μs期間內(nèi)，保持單線器件采樣總線電平狀態(tài)。如果在此期間采樣為高電平，則對(duì)該器件寫入邏輯1，低電平則寫入邏輯0。只有在主機(jī)啟動(dòng)了讀時(shí)序后，器件才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。所以一般在主機(jī)給單線器件發(fā)送了讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便器件能傳輸數(shù)據(jù)。所有的讀時(shí)序需要至少60μs，且在兩次獨(dú)立的讀時(shí)序之間需要1μs的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，拉低總線至少1μs，然后釋放單線。在主機(jī)發(fā)起讀時(shí)序之后，單線器件開始在總線上發(fā)送0或1。若其發(fā)送1，則保持總線為高電平。若發(fā)送0，則器件拉低總線，在該時(shí)序結(jié)束后釋放總線，由上拉電阻將總線拉回空閑高電平狀態(tài)。從機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)在起始時(shí)序之后15μs內(nèi)保證可靠有效。因此主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且要在時(shí)序開始后的15μs內(nèi)完成采樣總線狀態(tài)。每次的命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)啟動(dòng)寫時(shí)序開始的，如果要求單線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行完寫命令后，主機(jī)需要啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。在對(duì)一位的“0”和“1”規(guī)定好時(shí)序后，命令字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)的發(fā)送就表現(xiàn)為多個(gè)“0”、“1”在時(shí)間上的排列。主CPU經(jīng)過單線接口訪問DS18B20的工作流程為：對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化，接著進(jìn)行ROM操作命令，然后進(jìn)行存儲(chǔ)器操作命令，最后對(duì)數(shù)據(jù)處理。CPU對(duì)ROM操作完畢即發(fā)出控制操作命令，使DS18B20完成溫度測(cè)量并將測(cè)量結(jié)果存入高速暫存器中，然后讀出結(jié)果。當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第2字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后。當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位S=1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。一旦CPU檢測(cè)到從屬器件的存在，就發(fā)出ROM命令。所有ROM操作命令均為8位字長(zhǎng)。主CPU對(duì)ROM的操作命令有以下5種：(1)讀ROM命令。該命令允許CPU讀取DS18B20中的8位產(chǎn)品系列編碼、48位序列號(hào)以及8位的CRC。只有在總線上存在DS18B20(溫度采集)的時(shí)候才能使用這個(gè)命令。(2)符合ROM命令。主CPU在發(fā)出“符合”ROM命令后，接著送出64位ROM數(shù)據(jù)序列，從而使CPU實(shí)現(xiàn)對(duì)單線總線上特定DS18B20的尋址。(3)搜索ROM命令。允許主CPU使用“消除法”識(shí)別總線上所有DS18B20的64位ROM編碼，完成整個(gè)系統(tǒng)的初始化工作。(4)跳過ROM命令。該命令使主CPU不必提供64位ROM編碼就能訪問DS18B20。在單線總線的情況下可以節(jié)省時(shí)間。(5)報(bào)警搜索命令。該命令僅在最近一次溫度測(cè)量出現(xiàn)報(bào)警的情況下，DS18B20才對(duì)該命令做出響應(yīng)。報(bào)警條件定義為溫度高于TH或者低于TL。只要DS18B20不掉電，報(bào)警狀態(tài)將一直保持，直到再一次測(cè)得的溫度值達(dá)不到報(bào)警條件。 D/A轉(zhuǎn)換由于計(jì)算機(jī)采集與處理的是數(shù)字量，而受控對(duì)象需要的是模擬量信號(hào)，所以需要進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。D/A轉(zhuǎn)換器是一種能把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的電子器件。DAC的種類繁多，DAC0832是常用的一種，由美國(guó)國(guó)民半導(dǎo)體公司研制，是一個(gè)8位單片D/A轉(zhuǎn)換器。 DAC0832的硬件電路DAC0832主要由兩個(gè)8位寄存器和一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器組成。8位輸入寄存器用于存放CPU送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由加以控制。8位DAC寄存器用于存放等待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，由控制。8位D/A轉(zhuǎn)換電路由8位T型電阻網(wǎng)絡(luò)和電子開關(guān)組成，