【正文】 工業(yè)方面都有了很多便利之處。本文討論的電加熱爐爐溫控制系統(tǒng)由上下兩組爐絲進(jìn)行加熱，用上下兩組熱電偶檢測爐溫。本系統(tǒng)較理想地解決了爐溫控制中平穩(wěn)性、快速性與精度之間的矛盾。人們對熱能的需求質(zhì)量越來越大，電加熱爐的優(yōu)越性越發(fā)的突出來，這樣就出現(xiàn)了一個(gè)問題，由于傳統(tǒng)的電加熱爐存在一定的弊端而造成能源的浪費(fèi)，導(dǎo)致其生產(chǎn)效率低，其主要原因是缺少有效的調(diào)節(jié)設(shè)備，導(dǎo)致的浪費(fèi)。 各主要芯片的在電加熱爐溫度控制系統(tǒng)中的功能。此外還應(yīng)用了鎖存器74LS373。它含鍵盤輸入和顯示輸出兩種功能。這種熱電偶可在1600176。由于A/D轉(zhuǎn)換器接受的是電壓量，所以在溫度變送器的輸出端介入電阻網(wǎng)絡(luò)，把得到的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)：8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。全雙工串行口：8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。Pin18:時(shí)鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間，PROE將用于輸入編程脈沖。顯然，對內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器的8031,EA端必須接地。TMOD不能進(jìn)行尋址，只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置工作方式。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由硬件自動(dòng)清0。TR0定時(shí)器0運(yùn)行控制位。IE0外部中斷0請求標(biāo)志。如此時(shí)芯片的輸出控制端為OE低，即輸出三態(tài)門打開，鎖存器中的地址信息便可經(jīng)由三態(tài)門輸出。經(jīng)過我們對他們的分析最終我們采用74LS373。事實(shí)上，晶閘管不只是川來進(jìn)行可控整流．它還可以用作無觸點(diǎn)開關(guān)以快速接通或切斷電路，實(shí)現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種額率的交流電變成另—種頻率的交流電，等等。此時(shí)，如果從控制極G輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號，BG2便有基流ib2流過，經(jīng)BG2放大，其集電極電流ic2=β2ib2。由于BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋?zhàn)饔茫砸坏┛煽毓鑼?dǎo)通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。此時(shí)，可控硅會(huì)發(fā)生永久性反向擊穿。這時(shí)JJJ3三個(gè)結(jié)均處于正偏，可控硅便進(jìn)入正向?qū)щ姞顟B(tài)通態(tài)，此時(shí)，它的特性與普通的PN結(jié)正向特性相似，見圖2中的BC段（3) 觸發(fā)導(dǎo)通在控制極G上加入正向電壓時(shí)（見圖5）因J3正偏，P2區(qū)的空穴時(shí)入N2區(qū)，N2區(qū)的電子進(jìn)入P2區(qū)，形成觸發(fā)電流IGT。在門極開路，不加觸發(fā)信號，允許重復(fù)加在晶閘管陽極和陰極之間的正向峰值電壓(手冊規(guī)定重復(fù)率為50次／s，持續(xù)時(shí)間不大于10MS)，稱為正向阻斷峰值電壓Vdrm。(5)維持電流Ih。鍵盤輸入時(shí)它自動(dòng)掃描，能與64個(gè)按鍵或傳感器組成的矩陣相連，接收輸入信息，存入先進(jìn)先出/傳感器RAM；顯示輸出時(shí)它有一個(gè)顯示RAM，其內(nèi)容通過自動(dòng)掃描，可由8或16位LED數(shù)碼管顯示。（2）控制及定時(shí)寄存器和控制及定時(shí)控制及定時(shí)寄存器用于寄存CPU送來的命令字，在通過譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號。（4）輸入緩沖器和鍵盤消抖控制 輸入緩沖器用與鎖存SL7SL0上的信息。（5）FIFO/傳感器RAM和它的狀態(tài)寄存器 該RAM有8個(gè)單位。在傳感器方式時(shí)，RAM的每一單元存放傳感器矩陣中相應(yīng)列的狀態(tài)信息，當(dāng)某一傳感器狀態(tài)有變化，IRQ變高。8279復(fù)位后，該命令字為3FH。與上一命令字一樣：D4=1時(shí)，每次讀出后地址自動(dòng)加1。8279的狀態(tài)字的格式為：D7當(dāng)執(zhí)行清除命令字為1，此時(shí)寫顯示RAM無效。8279的數(shù)據(jù)格式為：在鍵盤方式下，DD6分別表示CNTL鍵和SHIFT鍵的狀態(tài)；DDD3表示掃描計(jì)數(shù)器的數(shù)值，也即鍵盤的行號；DDD0表示由RL7RL0確定的閉合鍵的列號。應(yīng)用單一+5V電源，其模擬量輸入電路的范圍為0~5V，對應(yīng)的數(shù)值量輸出為00H~FFH，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us,無須調(diào)零或調(diào)整滿量程。以上是設(shè)計(jì)系統(tǒng)中要用的主要芯片的簡介。 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)在這里討論的電加熱爐爐溫控制由上下兩組爐絲進(jìn)行加熱，用上下兩組熱電偶檢測爐溫，為了降低電加熱爐的成本，爐絲采用電阻絲直接加熱，系統(tǒng)要求采用實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制，控制溫度誤差范圍5℃，調(diào)節(jié)溫度的超調(diào)量小于30%，系統(tǒng)被測參數(shù)是溫度，由單片機(jī)PID運(yùn)算得出的控制量控制光控可控硅的導(dǎo)通和關(guān)斷，以便切斷或接通加熱電源，調(diào)整電功率，從而控制電加熱爐的溫度穩(wěn)定在設(shè)定的值上，并實(shí)時(shí)顯示爐內(nèi)溫度，記錄溫度的變化過程，以更好的控制電加熱爐工作。所謂的設(shè)計(jì)過程中的調(diào)試，就是按照公式計(jì)算出參數(shù)的數(shù)值，然后送入到微機(jī)中運(yùn)行，觀察效果，如果效果不好，則對相應(yīng)的值作部分修改，一直調(diào)試到滿意的控制效果為止。由于在各類工業(yè)控制中，時(shí)滯現(xiàn)象相當(dāng)普遍，對于許多大的時(shí)間常數(shù)系統(tǒng)，也可以用適當(dāng)?shù)臅r(shí)間常數(shù)加純滯后環(huán)節(jié)來近似。兩個(gè)系統(tǒng)的輸入輸出之間的相互影響看作是干擾。圖21 反饋控制系統(tǒng)圖中G(s)與Gc(s)分別為控制器和被控對象的傳遞函數(shù)模型，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為： (22)由以上公式得到PID的傳遞函數(shù)： (23) PID控制器的控制算法以下介紹了其中的一種積分分離PID控制的控制算法。由于位置式算法輸出在計(jì)算過程中容易產(chǎn)生積分飽和作用，導(dǎo)致控制器的響應(yīng)速度變慢，而且由于積分的累積作用，在手動(dòng)和自動(dòng)切換時(shí)，很難做到無擾動(dòng)切換。對于算法實(shí)現(xiàn)，可在積分項(xiàng)乘一個(gè)系數(shù)β，β按下式取值： (29) 當(dāng)|e(k)|ε時(shí)，即β=0，進(jìn)行PD控制，PD控制算法為： (210)當(dāng)|e(k)|≤ε時(shí)，即β=1，進(jìn)行PID控制，PID控制算法為： (211) PID調(diào)節(jié)器參數(shù)對控制性能的影響1）、比例控制Kp對系統(tǒng)性能的影響（1）對動(dòng)態(tài)性能的影響比例控制Kp加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，Kp偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長。2） 積分控制Ti對控制性能的影響積分控制通常與比例控制或微分控制聯(lián)合使用，構(gòu)成PI控制或PID控制。Ti太大，對系統(tǒng)性能的影響減少。3） 微分控制Td對控制性能的影響微分控制經(jīng)常與比例控制或積分控制聯(lián)合作用，構(gòu)成PD控制或PID控制。 PID控制器參數(shù)設(shè)定及其控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)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。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。在PID這三種控制作用中，比例部分與誤差信號在時(shí)間上是一致的，具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)，比例系統(tǒng)Kp越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度越高。積分時(shí)間常數(shù)Ti增大時(shí)，積分作用減弱，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能可能有所改善，但是消除穩(wěn)態(tài)誤差的進(jìn)度減慢。如果Td過大，系統(tǒng)輸出量在接近穩(wěn)態(tài)值時(shí)可能上升慢。（1）結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，使用方便PID控制器的結(jié)構(gòu)典型，程序設(shè)計(jì)簡單，計(jì)算工作量較小，各參數(shù)有明確的物理意義，參數(shù)調(diào)整方便，容易實(shí)現(xiàn)多回路控制、串級控制等復(fù)雜的控制。SIMULINK的含義相當(dāng)直觀，其明顯地表明該軟件的2個(gè)顯著功能：simu（仿真）與link（連接），亦即可以利用鼠標(biāo)器在模型窗口上“畫”出所需的控制系統(tǒng)模型，然后利用SIMULINK提供的功能來對系統(tǒng)進(jìn)行仿真或線形化分析。（2）采用屏蔽技術(shù)、隔離技術(shù)和接地技術(shù)。將數(shù)字地、模擬地分開，最后在電源板一點(diǎn)共地，可有效的防止A/D輸入對單片機(jī)產(chǎn)生的共摸干擾。（5）采用軟件濾波法，提高軟件的可靠性。PID控制器結(jié)構(gòu)簡單、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。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。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(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。 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)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+積分+微分(PID)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。當(dāng)最終確定為以上數(shù)據(jù)時(shí)，我們得出的控制系統(tǒng)的仿真圖如下：圖36 PID系統(tǒng)仿真圖由以上三組仿真出來的圖形，我們可以看出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能確實(shí)是逐步得到改善。對于隨動(dòng)控制系統(tǒng)，控制過程僅在時(shí)間上推遲了時(shí)間t ，這樣，系統(tǒng)的過度過程狀態(tài)與品質(zhì)和無時(shí)滯的完全相同。但隨著電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用，特別是DCS系統(tǒng)中事實(shí)跟尾方便。 占空比函數(shù)設(shè)定U(k)變化量是從10到10，占空比α為0%到100%，則得到變化量k的值： （31） （32）則α與U(k)的關(guān)系式為 （33） （34） （35）設(shè)電源導(dǎo)通周期為20ms，則在一個(gè)周期內(nèi)加熱的時(shí)間Ton=αT。則在實(shí)際電加熱爐控制系統(tǒng)中，我們可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置的數(shù)據(jù)運(yùn)算出占空比，然后根據(jù)占空比計(jì)算出加熱時(shí)間。這里以電加熱爐為被控對象，通過對電加熱爐對象的特性的分析來確定電加熱爐系統(tǒng)的構(gòu)成及控制方案，建立了電加熱爐數(shù)學(xué)模型，同時(shí)應(yīng)用PID控制算法來實(shí)現(xiàn)電加熱爐的溫度控制。當(dāng)然對于普通的PID算法，也存在著局限性。對于大時(shí)滯系統(tǒng)能夠采用PID控制規(guī)律，如果要求不高，則可以差強(qiáng)人意，如果希望有良好的控制品質(zhì)，就難于滿足。所以說對于非線性嚴(yán)重或時(shí)變增益的過程，這種線性史密斯預(yù)估器是不太適用的。在此我向默默給我?guī)椭睦蠋?、同學(xué)謹(jǐn)以最誠摯的感謝。不管是工作日還是周末，只要設(shè)計(jì)情況出現(xiàn)問題，羅老師就會(huì)放棄休息時(shí)間認(rèn)認(rèn)真真的幫我分析問題，指出問題的癥狀，直到我弄懂為止。在此向他表示我誠摯的感謝。此外還要感謝的是張道海，黃永忠,涂緒堅(jiān),徐猛華,黃河,高浪琴等老師在我大學(xué)期間對我的教導(dǎo)及幫助。大學(xué)即將結(jié)束，再次向大學(xué)階段我認(rèn)識和認(rèn)識我的人表示我最誠摯的問候。 Text Educational Publishers.[14] Thaler,..1973 .Design of Feedback Systems. California。子程序主要有：采樣子程序、數(shù)字濾波子程序、控制算法子程序、數(shù)制轉(zhuǎn)換子程序、顯示子程序等。 程序清單Dat8279 EQU 8000H ；8279數(shù)據(jù)命令口地址Com8279 EQU 8001H ；8279狀態(tài)命令口地址DISBUF EQU 20H ；顯示緩沖區(qū)起始地址EOC BIT ；ALARMU BIT 08H ；溫度超過上限報(bào)警標(biāo)志位ALARMD BIT 09H ；溫度超過下限報(bào)警標(biāo)志位ORG 0000HAJMP MAINORG 000BHAJMP INT1MAIN： CRL ；清報(bào)警聲音 CLR ；清紅燈 SETB ；綠燈亮SETB ；電爐加熱MOV SP， 60H ；設(shè)置堆指針CLR A ST： DPTR Com8279 ；送8279命令狀態(tài)口地址MOV A， 0D1H ；總清顯示RAM命令字MOVX DPTR， A ；總清除命令字寫入8279LP： MOVX A， DPTR ；讀8279內(nèi)容狀態(tài)字JB ， LP1 ；等待清除顯示RAMMOV A， 10H ；設(shè)置8279方式命令字（鍵盤顯示）MOVX DPTR，A ；命令字送入8279MOV A， 34H ；對CLK20分頻為100KMOVX DPTR， A ；分頻命令字寫入8279MOV DPTR， BISBH ；顯示提示符—BH—LCALL DISMOV 20H， 80H ；20H為鍵盤數(shù)據(jù)緩沖單元首址，設(shè)D7=1SETB IT1 ；INT1下降沿觸發(fā)SETB EA ；開放CPUSETB EX1 ；允許INT1中斷ATD： MOV B，03H ；擴(kuò)展程序入口地址表間隔RDKEY： MOV A，20H ；取鍵盤數(shù)據(jù)緩沖內(nèi)容JNB ， K0 ；=0已有鍵值轉(zhuǎn)K0SETB EA SJMP RDKEY ；鍵盤數(shù)據(jù)緩沖單元20HK0： MOV 20H， 80H ；鍵盤數(shù)據(jù)緩沖單元，置標(biāo)志D7=1CLR EA ；關(guān)中斷處理鍵值分類MOV DPTR，K1 ；K1