【正文】 同時感謝我們的組員給我的幫助與大力支持，在我們的共同努力下解決了不少問題。由于仿真可快速、方便、多次的進行，從中找到較優(yōu)的方案。在MATLAB Command Window下鍵入一下代碼：%臨界增益Kp=； （） %臨界振蕩周期T= （）Kd=Kp1T （） Ki=Kp1/T （）Kp= （）其中等式左邊的Kp1均為臨界增益時的Kp1,此時的PID參數(shù)為Kd=Kp1T== （）Ki=Kp1/T=（）Kp=== （） . 穩(wěn)定邊界法整定的系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線由于該系統(tǒng)的響應(yīng)曲線調(diào)節(jié)時間為8s就，具有快速性,可超調(diào)量大于60%，通過對系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)節(jié)，如表所示，系統(tǒng)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能： PID參數(shù)與系統(tǒng)性能之間的關(guān)系PID參數(shù)系統(tǒng)性能KpKiKdess抖動次數(shù)系統(tǒng)不穩(wěn)定070%207s58%2108s48%3010s39%3015s30%3025s10%2025s5%1030s無0，可以得到系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)的參數(shù)，當(dāng)Kp=，Ki=，Kd=，系統(tǒng)無超調(diào)量，準(zhǔn)確性高且調(diào)節(jié)時間為30s具有快速性。在MATLAB Command Window下鍵如“Whos”:whosName Size Bytes ClassKd 11 8 double array Ki 11 8 double arrayKp 11 8 double arraySimout 1621 1296 double arraytout 1621 1296 double arrayGrand total is 491 elements using 3298 bytes此時，我們看到，PID參數(shù)Kd、Ki和Kp，系統(tǒng)仿真時間tout和仿真結(jié)果Simout都在當(dāng)前的Workspace下，可以用各種MATLAB函數(shù)進行仿真和分析。若系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行，則采用其它校正方式。模型分析工具包括線性化和平衡點分析工具、MATLAB的許多工具及MATLAB的應(yīng)用工具箱。用戶也可以定制和創(chuàng)建用戶自己的模塊。工作寄存器 R3，R2。正負數(shù)都是補碼表示，最后的計算以原碼輸出。計算機只能處理數(shù)字信號，若采樣周期為T第n次采樣的輸入誤差為，且，輸出為，PID算法用的微分由差分代替，積分由代替，于是得到 （）寫成遞推形式為△　　　= = = = = （）其中： （） （） （） 顯然，PID計算△只需要保留現(xiàn)時刻以及以前的兩個偏差量和。 采樣周期的經(jīng)驗數(shù)據(jù)表[10]被測參數(shù)采用周期T（s）備注流量1～5s優(yōu)先選用1s壓力3～10s優(yōu)先選用5s液位6～8s溫度15～20s或純滯后時間成分15～20s PID參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響 PID參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響參數(shù)圖作用缺點P加快調(diào)節(jié)，減少穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定I因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，提高無差度。 （2）從執(zhí)行機構(gòu)的特性要求來看，有時需要輸出信號保持一定的寬度。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。比例控制： Gc(s)= Kp （2） 積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收采用查詢方式，在發(fā)送時，先用輸入指令檢查發(fā)送器的保持寄存器是否為空。所以要進行通信電路的設(shè)計。用P2口作為段控碼輸出，并用74HC244作驅(qū)動。濾波電路常見的有電容濾波電路、電感濾波電路。用于將采集到的溫度送入單片機中處理，即可完成溫度采集部分硬件電路。 溫度傳感器溫度測量轉(zhuǎn)換部分是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，直接影響系統(tǒng)的可靠性。RST上的電壓必須保證在斯密特觸發(fā)器的閥值電壓以上足夠長時間，滿足復(fù)位操作的要求。 地線 +5V電源 AT89S52單片機時鐘和復(fù)位電路時鐘電路單片機內(nèi)部有一個高增益反向放大器，輸入端為芯片引腳，輸出端為引腳。所以可以降低成本。而主控器采用低功耗、高性能、片內(nèi)含8k byte可反復(fù)檫寫的Flash 、只讀程序器CMOS8位單片機AT89S52；溫度傳感器采用DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20；采用控制端TTL電平，即可實現(xiàn)對繼電器的開關(guān)，使用時完全可以用 NPN型三極管接成電壓跟隨器的形式驅(qū)動；單片機所需要的+5V工作電源是通過220V交流電壓通過變壓、整流、穩(wěn)壓、濾波得到。 計算機具有分時控制能力，可實現(xiàn)多回路控制。系統(tǒng)運行過程中的各種狀態(tài)參量均可由數(shù)碼管實時顯示。綜合各方面的意見，本設(shè)計采用單片機來實現(xiàn)溫度的控制。微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。積分調(diào)節(jié)輸出為一常值，積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù) Ti. Ti越小，積分時間就越強；反之Ti越大，積分時間就越弱。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片微型計算機的功能也不斷地增強，許多高性能的新型機種不斷的涌現(xiàn)出來，單片機以其集成度高、功能強、體積小可靠性高、價格低和開發(fā)周期短等特點，成為自動化和各個測控領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中，稱為必不可少的器件，尤其是在當(dāng)要求控制精度高，而成本低的社會里，往往都是采用單片機作為數(shù)字控制器取代模擬控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器和執(zhí)行機構(gòu)都不一樣。s, no overshoot, all targets were met design requirements. The system is simple, and hardware, but also the realtime temperature, with the particularity of the control process, The design of a PID algorithm based on the temperature control to achieve the temperature control system, the main aim is to achieve the production process for the temperature control speed, high accuracy. Keywords: Temperature control, microcontroller, PID algorithm, MATLAB 目 錄第1章 緒論 1 引言 1 方案論證 3 方案一利用單片機實現(xiàn)恒溫控制系統(tǒng) 3 方案二利用PLC實現(xiàn)恒溫控制系統(tǒng) 4 方案三利用模擬PID調(diào)節(jié)實現(xiàn)恒溫控制系統(tǒng) 4 設(shè)計方案 5第2章 恒溫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 6 AT89S52單片機簡介 6 AT89S52單片機資源簡介 6 AT89S52單片機信號引腳介紹 7 AT89S52單片機的時鐘電路和復(fù)位電路 8 溫度傳感器 9 電源電路 10 電源變壓器 10 整流濾波電路 10 穩(wěn)壓電路 10 鍵盤和顯示電路 12 加溫控制電路 13 與上位機通訊 14第3章 恒溫控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 14 PID調(diào)節(jié)器控制原理 14 位置式PID算法 15 數(shù)字PID參數(shù)整定 15 采樣周期的選擇 16 PID參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響 17 PID計算程序 18第4章 MATLAB仿真 29 SIMULINK簡介 29 系統(tǒng)仿真方框圖 30 穩(wěn)定邊界法整定PID參數(shù) 30結(jié)論 35參考文獻 36致謝 37附錄 38第1章 緒論 引言電加熱溫度控制具有升溫單向性、大慣性、大滯后性和時變性的特點。硬件電路以AT89S52單片機為微處理器，詳細設(shè)計了為單片機提供電的電源電路，溫度信號采樣電路，鍵盤及顯示電路，加溫控制電路等四大電路模塊。軟件部分主要對PID算法進行了數(shù)學(xué)建模和編程。例如：其升溫單向性是由于電加熱的升溫、保溫主要是通過電阻加熱；降溫則通常是依靠自然冷卻，當(dāng)溫度一旦超調(diào)，就無法用控制手段使其降溫，因而很難用數(shù)字方法建立精確的模型，并確定參數(shù)。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器，而溫度控制系統(tǒng)要采用溫度傳感器。在溫度控制系統(tǒng)中，單片機最是起到了不可替代的核心作用。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢，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)或PID調(diào)節(jié)；微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢。大多數(shù)溫度控制系統(tǒng)均建立在模型上，難以滿足加工工藝要求，故引入模糊控制，采用模糊PID算法，運用AT89S52單片機對電阻爐溫度實現(xiàn)智能控制，可以解決上述種種不足，從而實現(xiàn)高精度的控制。 方案一利用單片機實現(xiàn)恒溫控制系統(tǒng)利用單片機系統(tǒng)實現(xiàn)溫度恒定的控制。 方案二利用PLC實現(xiàn)恒溫控制系統(tǒng)利用PLC實現(xiàn)對溫度恒定的控制，：采用PLC控制實現(xiàn)電熱絲加熱全通、間斷導(dǎo)通和全斷加熱的自動控制方式，來達到溫度的恒定。 數(shù)字控制器具有靈活性。實時控制的顯示器、鍵盤通過單片機來完成鍵盤掃描與輸出動態(tài)顯示。主要功能特性： （1）兼容MCS51指令系統(tǒng)（2）32個雙向I/O口線（3）3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷（4）2個串行中斷口 （5）2個外部中斷源（6）2個讀寫中斷口線（7）低功耗空閑和掉電模式（8）8k可反復(fù)擦寫(1000次)Flash ROM（9）256x8 bit內(nèi)部RAM（10）時鐘頻率02