【正文】 and D / A conversion circuit , and finally the simulation on Proteus and Keil simulation platform . Keywords: PID controller。一方面 ,各種新的控制思想不斷被應(yīng)用于 PID 控制器的設(shè)計(jì)之中或者是使用新的控制思想設(shè)計(jì)出具有 PID 結(jié)構(gòu)的新控制器 ,PID 控制技術(shù)被注入了新的活力。 本人簽名： 日期： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 畢業(yè)論文指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū) 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) （①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握； ② 獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力；③ 研究?jī)?nèi)容的 理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤ 工作態(tài)度 及工作量；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑦存在問(wèn)題； ⑧ 是否同意答辯等）： 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 畢業(yè)論文評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū) 評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ) （ ①選題的意義； ② 基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力；④工作量的大??；⑤取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑥寫(xiě)作的規(guī)范程度；⑦總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)； ⑧ 存在問(wèn)題； ⑨ 是否同意答辯等 ）： 成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字： 年 月 日 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 畢業(yè)論文答辯及綜合成績(jī) 答 辯 情 況 提 出 問(wèn) 題 回 答 問(wèn) 題 正 確 基本 正確 有一般性錯(cuò)誤 有原則性錯(cuò)誤 沒(méi)有 回答 答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)及建議成績(jī)： 答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績(jī)： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日 摘 要 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷壯大，人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求日益提高，以及現(xiàn)代環(huán)境的復(fù)雜化，使工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)已成為生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料 。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體 ，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。 PID 控制是最為廣泛和通用的的控制方法， PID 控制器以其結(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。另一方面 ,某些新控制技術(shù)的發(fā)展要求更精確的 PID 控制 ,從而刺激了 PID 控制器設(shè)計(jì)與參數(shù)整定技術(shù)的發(fā)展。 8051SCM 。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。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。 PID 控制被證明是一種非常好的控制模式。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(guò)有效的測(cè)量手 段來(lái)得到系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用的也是 PID 控制技術(shù)。 中國(guó)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(shì) PID 控制技術(shù)的發(fā)展可以分為兩個(gè)階段。 1940 年以后則是第二階段 —— 革新階段。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(shuō) 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(lái)的。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(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。也就是， PID 參數(shù) Kp， Ki 和 Kd 可以根 據(jù)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性及時(shí)整定。最重要的是：如果 PID 控制器不能控制復(fù)雜過(guò)程，無(wú)論怎么調(diào)參數(shù)都沒(méi)用。一方面 ,各種新的好的控制思想不斷被應(yīng)用于 PID中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 4 控制器的設(shè)計(jì)當(dāng)中或者是使用新的控制思想設(shè)計(jì)出具有 PID 結(jié)構(gòu)的新控制器 ,PID 控制技術(shù)被注入了很多新的活力。隨著微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字智能式控制器的實(shí)際應(yīng)用，這種設(shè)想已變成了現(xiàn)實(shí)。國(guó)際著名自動(dòng)化儀表廠商都十分注意 PID 功能的應(yīng)用，如 20 世紀(jì) 70 年代至 80 年代中期，從 DCS 的 PID 組態(tài)，擴(kuò)大各種 PID 控制功能（如抗積分飽和、疊加邏輯狀態(tài)等）到推出自整定 PID 控制（如日本東芝公司的FuiiMicrer 自整定調(diào)節(jié)器、美國(guó) Foxboro 公司的 Exact 自整定調(diào)節(jié)器、日本橫河機(jī)電株式會(huì)社的 YS80 專家自整定調(diào)節(jié)器）。論文主要結(jié)構(gòu)，第一章緒論，簡(jiǎn)單介紹了 PID 控制在現(xiàn)在社會(huì)的應(yīng)用和 PID 控制的發(fā)展和趨勢(shì)。第五章主要是軟件設(shè)計(jì)，有軟件的介紹和程序的設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)有按鍵程序、顯示程序、 PID 參數(shù)設(shè)置程序和 PID 算法程序與各程序設(shè)計(jì)的流程圖和仿真圖。 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)算出控制量來(lái)進(jìn)行控制的。 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。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。主要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。 PID 控制的最大優(yōu)點(diǎn)就是控制機(jī)理完全獨(dú)立于對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，只用控制目標(biāo)與被控對(duì)象實(shí)際行為之間誤差來(lái)產(chǎn)生消除此誤差的控制策略，這也是PID 控制技術(shù)的精髓。 (2)誤差的微分信號(hào)的產(chǎn)生沒(méi)有太好的辦法 由于微分器物理不可實(shí)現(xiàn)，只能近似實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于 PID 存在的這些缺陷，相應(yīng)的解決辦法是： (1)安排合適的“過(guò)渡過(guò)程”； (2)合理提取“微分 “跟蹤微分器 ； (3)探討“擾動(dòng)估計(jì) 辦法 “擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器 ； (4)探討合適的組合方法 “非線性組合”； PID 控制器 PID 控制的本質(zhì)是一個(gè)二階線性控制器。 PID 參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響 作用 缺點(diǎn) P 加快調(diào)節(jié)，減少穩(wěn)態(tài)誤差。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)器或 PID 調(diào)節(jié)器。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)蓄料目結(jié)合，組成 PD 或 PID 控制。這個(gè)控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個(gè)參考值進(jìn)行比較，然后把這個(gè)差別用于計(jì)算新的輸入值，這個(gè)新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達(dá)到或者保持在參考值。近年來(lái)，國(guó)際自動(dòng)控制領(lǐng)域?qū)?PID 控制器參擾、提高魯棒性、加快算法的收斂速度等方向發(fā)展 。 另外也發(fā)展了一批專用的 PID 整定設(shè)備可以外接到工業(yè)控制回路上。 ③智能 PID 控制技術(shù)有待進(jìn)一步研究，將自適應(yīng)、自整定和增益計(jì)劃設(shè)定有機(jī)結(jié)合，使其具有自動(dòng)診斷功能；結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、直覺(jué)推理邏輯等專家系統(tǒng)思想和方法對(duì)原有 PID 控制器設(shè)計(jì)思想及整定方法進(jìn)行改進(jìn)；將預(yù)測(cè)控制、模糊控制和 PID 控制相結(jié)合，進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)性能，都是智能PID 控制發(fā)展的極有前途的方向。 整定的實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使其特性和過(guò)程特性相匹配，以改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)指標(biāo)，爭(zhēng)取最佳控制效果。 工程整定法：經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例度法、響應(yīng)曲 線法。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 12 3 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)整體方案 電 源 電 路按 鍵 電 路復(fù) 位 ， 晶振 電 路A / D 轉(zhuǎn) 換 電路單 片 機(jī)數(shù) 碼 管 顯 示 電路D / A 轉(zhuǎn) 換 電路 圖 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)總框圖 這次論文主要以單片機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的 PID 控制器，外圍電路中包括電源電路、按鍵電路、顯示電路、單片機(jī)的復(fù)位、晶振電路和 AD 轉(zhuǎn)換電路。 P,I,D 三個(gè)參數(shù)和參數(shù)的設(shè)定值。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 13 主控模塊 單片機(jī) 單片機(jī)的定義 單片機(jī)是一種把處理器 CPU、只讀存儲(chǔ)器 ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、多種 I/O 口等功能集成到一塊芯片上的完善而小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 特點(diǎn)：存儲(chǔ)器容量小，尋址范圍?。ú淮笥?4K），無(wú)串行接口，指令系統(tǒng)功能不算強(qiáng)?，F(xiàn)在 MCS51 已成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典種類 。片上還有 8 路 10 位 ADC、 1 路 PWM 輸出及高速 I/O 部件等。因此我們需要學(xué)好、掌握 MCS51 系列單片機(jī)技術(shù)。韓國(guó)及我國(guó)臺(tái)灣省的一些公司在引進(jìn)美國(guó)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以低價(jià)位的兼容產(chǎn)品搶占中國(guó)的市場(chǎng)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的思路上以前那種過(guò)多注重價(jià)格因素而使新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上不了檔次的弱點(diǎn)有所改善，開(kāi)始注意使用當(dāng)前最先進(jìn)的單片機(jī)開(kāi)發(fā)高檔次產(chǎn)品。 看單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有： 低功耗 CMOS 化 微型單片機(jī) 主流與多品種共存 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 15 單片機(jī)的特點(diǎn) (1) 控制性能好、可靠性高 可對(duì) I/O 端口直接操作，位操作能力更是其它計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入 /輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更加使其價(jià)格低廉，其性能價(jià)格比極高。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造 就一批又計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)不同的需求要選擇合適的單片機(jī)，選擇單片機(jī)時(shí)要注意下幾點(diǎn)： (1)單片機(jī)的基本性能參數(shù)； (2)單片機(jī)的增強(qiáng)功能； (3)單片機(jī)的存儲(chǔ)介質(zhì)； (4)芯片的封裝形 式； (5)芯片工作溫度范圍符合工業(yè)級(jí)、軍品級(jí)還是商業(yè)級(jí)； (6)單片機(jī)的工作電壓范圍； (7)單片機(jī)的抗干擾性能好； (8)單片機(jī)開(kāi)發(fā)是否支持高級(jí)語(yǔ)言以及編程環(huán)境要好用易學(xué)； 根據(jù)上面的原則和本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，我們選擇了 8051 單片機(jī)作為主控模塊的核心芯片。 （ 3）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM。 （ 7）中斷控制系統(tǒng)。 ALU 主要用于完成二進(jìn)制數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，并通過(guò)對(duì)運(yùn)算結(jié)果的判斷影響程序狀態(tài)字寄存器 PSW 中有關(guān)通道 0 驅(qū)動(dòng)器 通道 2 驅(qū)動(dòng)器 RAM地址鎖存器 RAM 通道0 鎖存器 通道2 鎖存器 ROM/ EPROM B 寄存器 程序地址寄存器 緩沖器 PC遞增器 程序計(jì)數(shù)器PC 數(shù) 據(jù) 指 針DPTR VCC GND ～ 堆棧指針SP ACC TMP2 PSW 通道 3 鎖存器 通道 1 鎖存器 通道 1 驅(qū)動(dòng)器 通道 3 驅(qū)動(dòng)器 TMP1 SCON TMOD PCON TCON TL0 TH1 TH0 TL1 IE SBUF(TX/RX) IP 中斷、串行口和定時(shí)器邏輯 振蕩器 ～ RST EA ALE PSEN XTAL2 XTAL1 ALU (+5V) 指令 寄存器 定時(shí)和 控制邏輯 指令 譯碼器 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)