【正文】 LastError。 //Kd= = set。令。為了能夠進(jìn)一步了解系統(tǒng)，可以繼續(xù)增大，令。)其中，數(shù)組a中存放的是串口返回的數(shù)據(jù)值。endplot(time,b,39。Matlab程序如下：a=[]。 // PID控制量返回值 if(low_time=100) low_time=(unsigned char)(rout/6)。 //實(shí)際溫度 s=set。 ppLastError = Error。 Error = ppSetPoint NextPoint。 // 設(shè)定PID參數(shù) = 0。在程序調(diào)試方面，我遇到的最大的問題就是采樣時(shí)間的控制，例如多少秒進(jìn)行一次溫度采集，多少秒在LCD上畫一個(gè)點(diǎn)，多少秒向電腦返回一回?cái)?shù)據(jù)，經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)每一種功能不同的需要，我確定了不同的周期。隨后,我又查閱了一下單片機(jī)的手冊，單片機(jī)I/O口可以承受的電流為20mA左右，因此這種方案在理論上是可行的。為解決此問題，我首先想到的是換一個(gè)比我用的三極管8550放大倍數(shù)更大的管子，但是查閱了一些手冊后發(fā)現(xiàn)，8550在同等價(jià)格的三級管里放大倍數(shù)已經(jīng)不小了。在本報(bào)告的最后附有整完整的KEIL程序。這些數(shù)據(jù)再經(jīng)matlab處理，即可以畫出溫度變化曲線。利用該值計(jì)算低電平數(shù)，即加熱的時(shí)間。若大于2℃，直接令low_time=100。因此在設(shè)一個(gè)計(jì)數(shù)器。由于采用12864LCD，因此每一屏只能打128個(gè)點(diǎn)。因此，我設(shè)了一個(gè)計(jì)數(shù)器cycle。 軟件設(shè)計(jì) 主程序 在主程序中，先定義變量、并對中斷、顯示模塊、測溫DS18BPWM等模塊進(jìn)行初始化設(shè)置。 加熱電路圖83 加熱電路圖中R5即為加熱棒，三極管導(dǎo)通，繼電器吸合至常閉端，電路開始加熱。 繼電器電路圖82 繼電器電路，經(jīng)三極管8550放大電流后，與繼電器線圈端相連，與此同時(shí)，在線圈端，并上一個(gè)發(fā)光二極管，當(dāng)電路正在加熱時(shí)，二極管發(fā)光，這樣更加易于監(jiān)測電路。目前常用的有繼電器和光耦元件。目前常用的顯示裝置有兩種——LED和LCD，考慮到LED電路較為復(fù)雜，且無法直接繪出溫度曲線，故選用銘正同創(chuàng)12864顯示模塊。當(dāng)在10℃~+85℃范圍內(nèi)，℃，在55℃~+125℃范圍內(nèi)，測量誤差也不超過2℃；5) 通過編程可實(shí)現(xiàn)9~12位的數(shù)字讀數(shù)方式；6) 用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值；7) 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫；8) 負(fù)壓特性，即具有電源反接保護(hù)電路。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較DS18B20都有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便和更令人滿意的效果。使用DS1SB20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。 由上面介紹可知，該類型的單片機(jī)與普通C51相比，既有速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，且片內(nèi)集成PWM及A/D轉(zhuǎn)換電路，功能強(qiáng)大，且程序下載較普通單片機(jī)更為簡單，因此選用該型號(hào)的單片機(jī)。其中，子程序主要包括測溫子程序、顯示子程序、PID控制子程序、中斷子程序等等，其詳細(xì)功能在圖62中，在此不再贅述。此外，我們還可以利用單片機(jī)使數(shù)據(jù)的返回電腦，從而實(shí)現(xiàn)利用電腦做出溫度變化曲線以及數(shù)據(jù)的分析。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 按照題目要求，我們用單片機(jī)作為控制器，通過編程實(shí)現(xiàn)其對溫控控制系統(tǒng)的控制。但是，增量式算法的控制指令全量的累加需要用計(jì)算機(jī)外的其他的硬件，會(huì)增加實(shí)驗(yàn)成本，因此不選用。)。time(s)39。,time,yout,39。u_0=u(k)。u_4=u_3。 e2_1=e2(k)。 I=。 %輸入信號(hào) xm(k)=den1(2)*xm_1+num1(2)*u_1。ym_1=。e2=。u_3=。)。zoh39。sys1=tf([kp1],[Tp1,1],39。)。zoh39。sys=tf([kp],[Tp,1],39。圖513 溫度控制系統(tǒng)Simulink仿真圖（Kp=3,Ki=,Kd=0） Smith預(yù)估控制系統(tǒng) Smith預(yù)估控制系統(tǒng)Matlab程序Ts=1。error_2=error_1。errori=error2*error_1+error_2。ki=。圖510 水溫控制系統(tǒng)PID 仿真曲線圖（Kp＝5，Ki＝，Kd＝）上圖可以看出，系統(tǒng)超調(diào)約為11%，調(diào)節(jié)時(shí)間約為50s，基本滿足要求。rin,yout39。)xlabel(39。endplot(time,rin,39。 x(2)=error(k)2*error_1+error_2。 y_3=y_2。u_4=u_3。%增量式PID u(k)=u_1+du(k)。 Kp=6。error_2=0。y_2=0。u_4=0。)。z39。sys=tf([1],[60,1],39。若按原參數(shù)仿真，即令，系統(tǒng)發(fā)散。errord=(errorerror_1)/ts。kp=3。 Simulink仿真首先利用Simulink的集成模塊來進(jìn)行仿真。為改善調(diào)節(jié)效果，可以減小比例環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)。經(jīng)計(jì)算。b39。endfigure(1)。 x(1)=error(k)。u_1=u(k)。u_5=u_4。Kd=。 yout(k)=den(2)*y_1+num(2)*u_6。y_3=0。u_5=0。u_1=0。)。inputdelay39。如果足夠大，系統(tǒng)講不穩(wěn)定，這就是大延遲過程難于控制的本質(zhì)。Smith提出了一種純滯后補(bǔ)償模型，其原理為，與PID控制器并接一個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié)，該補(bǔ)償環(huán)節(jié)稱為Smith預(yù)估器。增量式算法帶來的主要問題是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置也就是控制指令全量的累加需要用計(jì)算機(jī)外的其他的硬件(如步進(jìn)電機(jī))實(shí)現(xiàn)。由式（13）可以得到（k1）次的PID輸出表達(dá)式： （14）由式（13）和（14）可得 （15）該式為增量式PID算法。由于要累計(jì)誤差，占用內(nèi)存較多，并且安全性較差。通過實(shí)驗(yàn)，不難得出延遲時(shí)間，其余數(shù)據(jù)如下表：參數(shù)組別12722426054故。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)用加熱棒加熱，會(huì)因加熱不均，而產(chǎn)生遲滯，故而，最終的傳遞函數(shù)應(yīng)為： （36）故水溫加熱環(huán)節(jié)為一階慣性遲滯環(huán)節(jié)。PIDZOH繼電器加熱裝置水溫PWMWMr(k)u(t)WM溫度傳感器Y(z)G(s)圖31 水溫控制系統(tǒng)原理圖為了對該系統(tǒng)進(jìn)行仿真，我們需要水溫加熱的傳遞函數(shù)。Matlab和Simulink主要做PID算法仿真，Protues做的是電路仿真，Keil做的是單片機(jī)的編程。(5)按計(jì)算所得參數(shù)投入在線運(yùn)行，觀察效果，如果性能不滿意，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和對P、I、D各控制項(xiàng)作用的理解，進(jìn)一步調(diào)節(jié)參數(shù)，直到滿意為止。 （3）選擇控制度。 (2)用選定的T使系統(tǒng)工作。在第2步整定的基礎(chǔ)上，逐步增大，同時(shí)相應(yīng)地改變和，逐步試湊以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果。(2)若穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則需加入積分控制。由于數(shù)字PID控制中，采樣周期比被控對象的時(shí)間常數(shù)要小得多，所以是準(zhǔn)PID控制，一般仍沿用連續(xù)PID控制的參數(shù)整定方法。 數(shù)字PID基本算法數(shù)字PID算法主要包括位置式PID算法和增量式PID算法。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，PID控制算法將由計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)。目前已出現(xiàn)一種高精度模糊控制器，可以很好的模擬人的操作經(jīng)驗(yàn)來改善控制性能，從理論上講，可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。并通過將智能控制與PID控制相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)溫度的智能控制。采用這種方法實(shí)現(xiàn)的溫度控制器，其控制品質(zhì)的好壞主要取決于三個(gè)PID參數(shù)（比例值、積分值、微分值）。由于PID調(diào)節(jié)器模型中考慮了系統(tǒng)的誤差、誤差變化及誤差積累三個(gè)因素，因此，其控制性能大大地優(yōu)越于定值開關(guān)控溫。若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值低，則開啟加熱器并同時(shí)關(guān)斷制冷器。恒值溫度控制的目的是使被控對象的溫度恒定在某一給定數(shù)值上，且要求其波動(dòng)幅度(即穩(wěn)態(tài)誤差)不能超過某允許值。近年來，溫度的檢測在理論上發(fā)展比較成熟，但在實(shí)際測量和控制中，如何保證快速實(shí)時(shí)地對溫度進(jìn)行采樣，確保數(shù)據(jù)的正確傳輸，并能對所測溫度場進(jìn)行較精確的控制，仍然是目前需要解決的問題。自然界中任何物理、化學(xué)過程都緊密的與溫度相聯(lián)系。. . . .. .溫度控制系統(tǒng)一、題目要求請?jiān)O(shè)計(jì)一套以單片機(jī)為控制裝置的溫度控制系統(tǒng)，可以是電熱爐溫度控制，水溫控制等，要求有合理的方案設(shè)計(jì)，總體結(jié)構(gòu)圖，算法選擇和驗(yàn)證分析。二、應(yīng)用背景與理論基礎(chǔ) 應(yīng)用背景溫度是生活及生產(chǎn)中最基本的物理量，它表征的是物體的冷熱程度。因此，溫度的測量與控制在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中均受到了相當(dāng)程度的重視。在工業(yè)生產(chǎn)中很多場合需要實(shí)現(xiàn)這一控制目標(biāo)，如在發(fā)酵過程控制，化工生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)溫度控制，冶金工廠中燃燒爐中的溫度控制等。若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值高，則關(guān)斷加熱器，或者開動(dòng)制冷裝置。 PID線性控溫法這種控溫方法是基于經(jīng)典控制理論中的PID調(diào)節(jié)器控制原理，PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用工業(yè)過程控制中，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。其中數(shù)字PID控制器的參數(shù)可以在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)在線整定，因此具有較大的靈活性，可以得到較好的控制效果。 智能溫度控制法為了克服PID線性控溫法的弱點(diǎn)，人們相繼提出了一系列自動(dòng)調(diào)整PID參數(shù)的方法，如PID參數(shù)的自學(xué)習(xí)，自整定等等。尤其是模糊控溫法在實(shí)際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。因此，PID控制器在工業(yè)控制中仍然得到廣泛的應(yīng)用，許多工業(yè)控制器仍然采用PID控制器。所以，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID算法獲得了廣泛的應(yīng)用。 PID調(diào)節(jié)參數(shù)的整定一個(gè)PID控制必須選擇幾個(gè)主要參數(shù)，如，以及采樣周期T等。系統(tǒng)若無靜差或靜差已小到允許范圍內(nèi)，并且響應(yīng)效果良好，那么只須用比例調(diào)節(jié)器即可。 (3)若使用PI調(diào)節(jié)器消除了穩(wěn)態(tài)誤差，但動(dòng)態(tài)過程仍不能滿意，則可加入微分環(huán)節(jié)。具體步驟如下:(1)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期T，通?？蛇x擇采樣周期為被控對象純滯后時(shí)間的1/10。記下此時(shí)的臨界比例度及系統(tǒng)的臨界振蕩周期 (即振蕩波形的兩個(gè)波峰之間的時(shí)間) 。(4)根據(jù)選定的控制度，查表21 ，求得、的值。軟件部分主要用到的軟件有Matlab、Simulink、Protues以及Keil。其原理圖如圖31所示。將帶入（32）整理得： （33）設(shè)為對象的供熱時(shí)間常數(shù)，為對象的供熱比例系數(shù)，則得對象特征的微分方程為 （34）對（34）作拉式變換，推出被測溫度與供熱之間的傳遞函數(shù)為 （35）由上式不難看出，水溫加熱為一階慣性環(huán)節(jié)。 先利用相關(guān)離散化公式將式（36）離散化，采樣時(shí)間T=1s，可以得到該系統(tǒng)的數(shù)字化時(shí)域形式： （37）其中為輸入功率，為輸出溫度。工業(yè)應(yīng)用時(shí)，采用PID位置算法是不夠方便