【正文】 感謝張老師對(duì)我們的耐心指導(dǎo)。為了驗(yàn)證此次設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，以電阻爐作為實(shí)例，利用MATLAB仿真與SIMULINK有機(jī)結(jié)合來(lái)完成，將設(shè)計(jì)結(jié)果用示波器的波形顯示出來(lái)。當(dāng)KP1=， 等幅振蕩的階躍響應(yīng)曲線此時(shí)Kp1=，從圖3可以讀出曲線兩峰值之間的距離約為2s多一點(diǎn)，因此取T=。希望通過(guò)PID校正，能夠使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無(wú)差，并且改善器快速性。利用飛升曲線法，可以求出K、和T，測(cè)得K=4，T=3min, = （）進(jìn)入SIMULINK環(huán)境，在元件庫(kù)里選擇所需要是元件，用鼠標(biāo)將器件連接起來(lái)，得到一個(gè)完整方框圖[6]。除此之外，用戶(hù)還可以在改變參數(shù)后來(lái)迅速觀看系統(tǒng)中發(fā)生的變化情況。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。其子程序如下：DSUM： MOV A， R4 ADD A， R2 MOV R6， A MOV A， R5 ADDC A， R3 MOV R7， A RET雙字節(jié)無(wú)符號(hào)乘法子程序：入口（R7R6）=被乘數(shù)；（R5R4）=乘數(shù)。下面對(duì)PID運(yùn)算加以說(shuō)明： 所有的數(shù)都變成定點(diǎn)純小數(shù)進(jìn)行處理。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. 綜上所述，（Kp、Ti、Td,）： Kp、Ti和Td對(duì)系統(tǒng)的影響影響KpTiTd穩(wěn)態(tài)性能可以減少靜差，但不能消除消除靜差，但不能太大配合比例控制，可以減少靜差動(dòng)態(tài)性能加快系統(tǒng)速度，但會(huì)引起震蕩太小會(huì)不穩(wěn)定，太大會(huì)影響性能太大和太小都會(huì)引起超調(diào)量大，過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)?？晒┰O(shè)計(jì)時(shí)參考。以達(dá)到控制器的特性與被控過(guò)程的特性相匹配,滿(mǎn)足某種反映控制系統(tǒng)質(zhì)量的性能指標(biāo)。位置式PID控制算法的缺點(diǎn)：當(dāng)前采樣時(shí)刻的輸出與過(guò)去的各個(gè)狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì)e(k)進(jìn)行累加，運(yùn)算量大；而且控制器的輸出u(k)對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如果計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，u(k)的大幅度變化會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化。即，控制器的輸出為： （）或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)的形式： （）左中， kp——比例系數(shù)；Ti——積分時(shí)間常數(shù)；T d——微分時(shí)間常數(shù)。由于從機(jī)MCS51的格式固定為四種方式，本設(shè)計(jì)采用方式3。三極管驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器工作接通加熱器工作，加熱器不工作。其中設(shè)置鍵與單片機(jī)的腳相連，、YES、NO用四行三列接單片機(jī)P0口，REST鍵為硬件復(fù)位鍵，與R、C構(gòu)成復(fù)位電路。然后再送去整流和濾波。DS18B20為3引腳， DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端。、C的值選擇不當(dāng)，使復(fù)位時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，單片機(jī)將處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。（a）上電復(fù)位： 在加電之后通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。RST 復(fù)位信號(hào)當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。這樣，1個(gè)89S52，承擔(dān)了3個(gè)專(zhuān)用接口芯片的工作；不僅使成本大大下降，而且優(yōu)化了硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)，給用戶(hù)帶來(lái)許多方便。為了使設(shè)計(jì)的成本低、抗干擾強(qiáng)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能好的前提下，：通過(guò)單片機(jī)對(duì)偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出控制D/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成0—8V電壓信號(hào)來(lái)控制可控硅觸發(fā)電路，從而控制可控硅通斷率，通過(guò)調(diào)節(jié)加熱功率即可達(dá)到控制溫度恒定的目的。 方案三的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 設(shè)計(jì)方案 控制模塊的選擇，數(shù)字比較器與模擬控制器相比較，數(shù)字比較器具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 模擬調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)能力有限，當(dāng)控制規(guī)律較為復(fù)雜時(shí)，就難以甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)。在溫度到達(dá)設(shè)定的目標(biāo)溫度后，由于自然冷卻而使其溫度下降時(shí)，單片機(jī)通過(guò)采樣回的溫度與設(shè)置的目標(biāo)溫度比較，作出相應(yīng)的控制，開(kāi)啟加熱器。這種數(shù)字溫度傳感器是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線。微分作用對(duì)噪音干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的加微分環(huán)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但過(guò)大的比例使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定；積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除靜態(tài)誤差，提高無(wú)差度。因此本設(shè)計(jì)采用若繼電接觸器控制系統(tǒng)。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。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，硬件要求不高，且能對(duì)溫度進(jìn)行時(shí)實(shí)顯示，具有控制過(guò)程的特殊性，本設(shè)計(jì)提出了一種基于PID算法來(lái)實(shí)現(xiàn)恒溫控制的溫度控制系統(tǒng)，主要是為了達(dá)到生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)溫度控制速度快，準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)。本課題針對(duì)溫度控制的特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確溫度控制的意義，設(shè)計(jì)了一種基于PID的恒溫控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)由鍵盤(pán)電路輸入設(shè)定溫度信號(hào)給單片機(jī)，溫度信號(hào)采集電路采集現(xiàn)場(chǎng)溫度信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入與反饋信號(hào)的偏差進(jìn)行PID計(jì)算，輸出控制信號(hào)給加溫控制電路，實(shí)現(xiàn)加溫和停止。由于無(wú)法用精確的數(shù)學(xué)方法來(lái)建立模型并確定參數(shù)，本設(shè)計(jì)采用PID控制。能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的有PLC和一些PC機(jī)。PID是比例（proportional）、積分（intergal）和微分(derivative)三者的縮寫(xiě)。在偏差還沒(méi)有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。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，因此本次設(shè)計(jì)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為有效。 方案一的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖溫度采集電路以數(shù)字量形式將現(xiàn)場(chǎng)溫度傳至單片機(jī)。若溫度升的過(guò)快，PLC也將輸出關(guān)斷電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為可控硅電路相匹配的輸入信號(hào)。 采用計(jì)算機(jī)除實(shí)現(xiàn)PID數(shù)字控制外，還能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)字顯示等其他功能。 AT89S52單片機(jī)簡(jiǎn)介 AT89S52單片機(jī)資源簡(jiǎn)介。此外由于ALE是以六分之一晶振頻率的固定頻率輸出正脈沖,因此可作為外部定時(shí)脈沖使用。震蕩電路產(chǎn)生的震蕩脈沖并不直接是使用，而是經(jīng)分頻后再為系統(tǒng)所用，震蕩脈沖經(jīng)過(guò)二分頻后才作為系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)。按鍵復(fù)位又分按鍵脈沖復(fù)位（）和按鍵電平復(fù)位。DS18B20支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度的范圍為55176。 DS18B20溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換表LS ByteBit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit02322212021222324MS ByteBit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8SSSSS262524這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，；如果溫度小于0，這5位為1。集成穩(wěn)壓器、使用方便、性能穩(wěn)定、更重要的是考慮到它的價(jià)格低廉，因而我在此使用。用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制，被控對(duì)象為電熱杯，采用對(duì)加在電熱杯兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水加熱功率的調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)水溫控制的目的。由于1448的輸出端不能相互并聯(lián)，故加上一個(gè)二極管進(jìn)行隔離 [2]。 PC機(jī)通信軟件框圖第3章 恒溫控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PID調(diào)節(jié)器控制原理在控制系統(tǒng)中,控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制。微分控制： Gc(s) =KpT ds 位置式PID算法 基本PID控制器的理想算式為 () 式中u(t)——控制器(也稱(chēng)調(diào)節(jié)器)的輸出；e(t)——控制器的輸入（常常是設(shè)定值與被控量之差，即e(t)=r(t)c(t)）；Kp——控制器的比例放大系數(shù)；Ti ——控制器的積分時(shí)間；Td——控制器的微分時(shí)間。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(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。 （4）從微機(jī)的工作量和每個(gè)調(diào)節(jié)回路的計(jì)算來(lái)看，一般要求采樣周期大些。D反映系統(tǒng)偏差信號(hào)變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用。本設(shè)計(jì)采用ZieglerNichols提出的 PID歸一調(diào)整法，調(diào)整參數(shù)，主要是為了減少在線整定參數(shù)的數(shù)目，常常人為假定約束條件，以減少獨(dú)立變量的個(gè)數(shù)，令： （） （） （）式中稱(chēng)為臨界周期。為了便于實(shí)現(xiàn)對(duì)晶閘管的通斷處理，PID的輸出現(xiàn)在在0～250之間。 雙字節(jié)帶符號(hào)程序流程圖MULT1： MOV A， R7 RLC A MOV SIGN1， C JNC POS1 MOV A， R6 CPL A ADD A， 01H MOV R6， A MOV A， R7 CPL A ADDC A， 00H MOV R7， APOS1： MOV A， R5 RLC A MOV SIGN1， C JNC POS2 MOV A， R4 CPL A ADD A， 01H MOV R4， A MOV A， R5 CPL A ADDC A， 00H MOV R5， APOS1： MOV 2BH， R0 LACALL MULT MOV C， SIGN1 ANL C， SIGN2JC TPLMOV C， SIGN1ORL C， SIGN2JNC TPLMOV RO， 2BHMOV A， ＠R0CPL AADD A, 01HMOV RO, AINC ROMOV A, ROCPL AADDC A, 00HMOV R0, AINC ROMOV A, R0CPL AADDC A, 00HMOV RO, AINC R0MOV A, R0CPL AADDC A, 00HMOV R0, ATPL: RET第4章 MATLAB仿真 SIMULINK的簡(jiǎn)介SIMUL