【正文】 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）免費(fèi)版論文（設(shè)計(jì)）題目：基于PIC單片機(jī)的改進(jìn)型PID控制器設(shè)計(jì)學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院＿專 業(yè)： 自 動(dòng) 化 班 級(jí)： *** 學(xué) 號(hào)： *** 學(xué)生姓名： *** 指導(dǎo)教師： *** 2012年 05月 26日貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信責(zé)任書(shū)本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均以明確注明出處。特此聲明。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 目 錄摘 要 ⅠABSTRACT Ⅱ第一章 緒論 1 1 1 PID控制概況 1 1 PID技術(shù)的不足 2 PID未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 意義和設(shè)計(jì)內(nèi)容 3 3第二章 PID控制器 5 PID控制原理 5 6 PID整定方法 8 9 12第三章 積分分離PID控制在MATLAB上的實(shí)現(xiàn) 14 MATLAB簡(jiǎn)介 14 積分分離PID控制器的M文件仿真 14 積分分離PID控制器的simulink仿真 18第四章 硬件選型及電路 20 20 PIC單片機(jī)PIC16F877A 20 溫度傳感器DS18B20 21 顯示器LCD1602 22 單總線技術(shù) 23 23 23 24 25 25 26 26第五章 軟件設(shè)計(jì) 28 28 主程序流程圖 28 DS18B20溫度采集程序流程圖 29 PID控制程序流程圖 30 鍵盤輸入子程序 31 LCD顯示子程序 32第六章 結(jié)論 33參考文獻(xiàn) 34致 謝 35附錄1： PID仿真程序 36附錄2： 單片機(jī)仿真程序 39原理圖及程序流程圖見(jiàn)大圖 基于PIC系列單片機(jī)的改進(jìn)型PID控制器設(shè)計(jì)摘 要在工業(yè)控制中，按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的 PID 調(diào)節(jié)器現(xiàn)在得到廣泛的應(yīng)用。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。對(duì)PID控制的改進(jìn)主要是參數(shù)整定的先進(jìn)技術(shù)，以及對(duì)控制結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和更新。參數(shù)整定的技術(shù)有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、自適應(yīng)控制等；控制結(jié)構(gòu)的改進(jìn)有積分分離、抗積分飽和、微分先行等。這其中應(yīng)用最多的是積分分離。論文主要研究積分分離PID控制器的設(shè)計(jì)及其在PIC單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，完成了以下工作：（1）首先普通PID控制和積分分離PID控制的原理。（2）其次，運(yùn)用MATLAB實(shí)現(xiàn)了對(duì)積分分離PID控制器的設(shè)計(jì)及仿真，進(jìn)行了M文件和simulink仿真。（3）再次，針對(duì)積分分離PID控制器，設(shè)計(jì)了基于PIC單片機(jī)的積分分離PID控制器。仿真結(jié)果表明，當(dāng)設(shè)定值與被控量之間的偏差較小時(shí)，取消積分作用，避免積分作用降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增大超調(diào)量；當(dāng)設(shè)定值與被控量接近時(shí)，引入積分作用，實(shí)現(xiàn)靜差的消除，提高了控制精度。關(guān)鍵詞 ：積分分離PID，MATLAB，M文件仿真，simulink仿真，PIC單片機(jī)Integration Separation PID control based on PIC microcontroller system39。s applicationABSTRACTPID regulator,according to the deviation of the proportional, integral and differential,has been widely used in industrial control,.It has been one of the most important technical and industrial control,with its simple structure, good stability, reliable, and easy to adjust The improvement of PID control is the high technology of parameter tuning , as well as the improvement of structure. Parameter tuning technology including neural networks, fuzzy control, adaptive control。 improvement of the control structure including integral separation, antiwindup . Which the most widely used is the integral separation.The thesis of the integral separation PID controller design and its application to the PIC microcontroller system, pleted the following work:(1) First, PID control and integral separation PID control principle.(2) Second, to achieve the integral separation PID controller design and simulation by MATLAB according Mfiles and simulink simulation.(3) Third ,for the integral separation PID controller, inventing the integral separation PID controller based on PIC microcontroller.The simulation results show that when the deviation between the set value and the amount charged is small, the integral action is canceled to avoid the integral action to reduce the stability of the control system, increases the overshoot。 when the deviation between settings and charged is nearly , the integral action will be introduced to eliminate static errors, and improve the control precision.Keywords: Integration Separation PID ，MATLAB ，Mfile simulation, simulink simulation, PIC microcontroller 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第62頁(yè)第一章 緒論在工業(yè)控制中，按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的 PID 調(diào)節(jié)器現(xiàn)在得到廣泛的應(yīng)用。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。通過(guò)對(duì)所以環(huán)節(jié)，比如被控對(duì)象、控制算法、單片機(jī)編程等的研究，加深了對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的理論知識(shí)并為以后的工程工作打下基礎(chǔ)。PID 控制器問(wèn)世至今已有近 70 年歷史，同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(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。人類的許多希望和夢(mèng)想，被科學(xué)和技術(shù)變成現(xiàn)實(shí)；其中自動(dòng)控制理論和技術(shù)已經(jīng)介入到許多學(xué)科，滲透到各個(gè)工程領(lǐng)域，如今異?；馃岬钠囯娮又械能嚿砜刂?、底盤控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、安全控制、娛樂(lè)系統(tǒng)；以及傳統(tǒng)工業(yè)控制中的電機(jī)控制、溫控系統(tǒng)、儀表設(shè)備、樓宇自控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)傳輸、軍用設(shè)備、航空航天等。行業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一就是工業(yè)的自動(dòng)化水平。溫度控制是智能控制的一個(gè)比較典型的實(shí)例。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器、輸入輸出接口。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。目前，各種PID控制器已經(jīng)很多，并在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。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(guò)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)間的大小嵌入式系統(tǒng)。它具有原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立，參數(shù)的選定比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn) PID控制概況PID控制是最早發(fā)展起來(lái)的控制策略之一，19151945年期間，PID控制器得到突破性發(fā)展，產(chǎn)生了現(xiàn)如今使用的PID控制器。在這之前，除了在最簡(jiǎn)情況下采用開(kāi)關(guān)控制外，PID控制是唯一的控制方法。雖然以后，許多新的控制方法不斷推出，然而由于PID控制方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、魯棒性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，使其仍為現(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的控制方法。尤其在工控中，在冶金、化工、機(jī)電、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用據(jù)統(tǒng)計(jì)，有90%以上的工業(yè)控制器采用PID控制器。日本的一位科學(xué)家提出一種重復(fù)控制，用于抑制周期性干擾和跟蹤信號(hào)輸入，進(jìn)行伺服重復(fù)軌跡的高精度控制。它的原理來(lái)源于內(nèi)模原理，是在將一個(gè)偏差加到被控對(duì)象的輸入信號(hào)處外，還疊加一個(gè)“過(guò)去的偏差”，將“過(guò)去的偏差”在現(xiàn)在反映出來(lái)，和“現(xiàn)在的偏差”一起控制被控對(duì)象。（Rudolph E. Kalman）命名的卡爾曼濾波的提出，成為控制、信號(hào)處理與通訊等領(lǐng)域的最重要和最基礎(chǔ)的計(jì)算方法和工具之一，人們?cè)诟纳瓶柭鼮V波的數(shù)值穩(wěn)定性和計(jì)算復(fù)雜性上進(jìn)行了大量的探索和研究，是模擬達(dá)爾文生物進(jìn)化論的自然選擇和遺傳學(xué)機(jī)理的生物進(jìn)化過(guò)程的計(jì)算模型，是模擬生物進(jìn)化論和自然界遺傳機(jī)制的最優(yōu)化方法。遺傳算法已被人們廣泛地應(yīng)用于組合優(yōu)化、機(jī)器學(xué)習(xí)、信號(hào)處理、自適應(yīng)控制和人工生命等領(lǐng)域。它是現(xiàn)代有關(guān)智能計(jì)算中的關(guān)鍵技術(shù)。1957 年, .Smith 提出了著名的 Smith 預(yù)估器 來(lái)控制含有時(shí)滯環(huán)節(jié)的對(duì)象，從理論上解決了時(shí)滯系統(tǒng)的控制問(wèn)題。smith控制方法前提是必須確切地知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，再次基礎(chǔ)上能得到精確地預(yù)估模型，得到很好的控制效果。 PID技術(shù)的不足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(guò)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)間的大小嵌入式系統(tǒng)。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(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。但目前的情況是，由于自身的缺點(diǎn)和技術(shù)的局限，使得在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，許多的被控過(guò)程復(fù)制，而且有著高度非線性和純滯后等特性，比如在負(fù)載擾動(dòng)、噪聲的影響下。其不足，主要是型號(hào)處理過(guò)于簡(jiǎn)單，不能發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)。比如積分反饋引入有很多的負(fù)作用，而對(duì)微分信號(hào)的產(chǎn)生和不好實(shí)現(xiàn)。 PID的未來(lái)雖然DCS控制的發(fā)展使得現(xiàn)場(chǎng)控制器的改進(jìn)有了新的機(jī)遇，但是PID控制還是以其操作簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)等獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)被人們應(yīng)用至今，如今的PID控制走的是融合發(fā)展的道路。（1）對(duì)單輸入單輸出的被控對(duì)象，為使其抗干擾性和魯棒性方面進(jìn)一步的提高，可以研究針對(duì)不穩(wěn)定對(duì)或有較強(qiáng)干擾下的被控對(duì)象下的PID參數(shù)整定。（2）對(duì)多輸入多輸出的被控對(duì)象，對(duì)于多變量的過(guò)程的PID參數(shù)整定方法的研究，可以進(jìn)一步完善繼電反饋法，減少檢驗(yàn)的信息量，使在線整定給位方便。（3）先進(jìn)控制理論對(duì)PID的促進(jìn)作用，將自整定、自適應(yīng)有機(jī)結(jié)合。自適應(yīng)控制中的MRAS，STR模型適應(yīng)與調(diào)節(jié)器適應(yīng)的思想的發(fā)展，可能會(huì)導(dǎo)致非線性自適應(yīng)PID控制器。、意義和主要內(nèi)容目的：掌握自動(dòng)控制理論、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真、單片機(jī)原理及應(yīng)用、Matlab控制系統(tǒng)仿真、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等相關(guān)專業(yè)知識(shí)。意義隨著數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，使我們?cè)诳刂破鞯脑O(shè)計(jì)上有了更大的靈活性，改進(jìn)型 PID 控制的研究，可以改善系統(tǒng)品質(zhì)，滿足不同控制系統(tǒng)的需要。而在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以把所學(xué)的東西用于實(shí)踐，進(jìn)一步升華理論知識(shí)。設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)改進(jìn)型PID控制器，通過(guò)Matlab進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)及分析；設(shè)計(jì)基于PIC系列單片機(jī)的改進(jìn)型PID控制器硬件電路，并編寫相關(guān)代碼。，整個(gè)系統(tǒng)由控制核心（即控制器，本設(shè)計(jì)中控制其選PIC單片機(jī)）、A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路、測(cè)量變送環(huán)節(jié)和調(diào)節(jié)器（即熱電偶冷卻器）組成。其溫度的控制過(guò)程為：經(jīng)過(guò)測(cè)量變送環(huán)節(jié)，將測(cè)量值與給定值的偏差送到控制器中，通過(guò)控制器輸出控制量給調(diào)節(jié)器，由調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)溫度。單片機(jī)的接口信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，要想用單片機(jī)獲取溫度等非電信號(hào)的信息，必須使用溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流或電壓信號(hào)輸出。如果轉(zhuǎn)換后的電流或電壓信號(hào)輸出是模擬信號(hào)，還必須進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，以滿足單片機(jī)接口的需要。 控制器原理圖第二章 PID控制器 PID控制原理 在控制系統(tǒng)中，最常用最基礎(chǔ)的控制規(guī)律是PID控制。他是將比例、積分和微分（P、I、D）通過(guò)線性結(jié)合構(gòu)成了控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。原理圖見(jiàn)下圖: PID控制原理圖PID控制器是一種線性控制器，系統(tǒng)由控制器和被控對(duì)象組成。它根據(jù)給定值r(t)