【正文】 2 標(biāo)度變換 ................................................................................................................... 23 偏差處理 ................................................................................................................... 24 較大偏差處理 ................................................................................................ 24 較小偏差處理 ................................................................................................ 24 不完全微分的 PID 算法設(shè)計 ................................................................................... 25 積分分離算法設(shè)計 ................................................................................................... 26 限幅程序設(shè)計 ........................................................................................................... 27 報警程序設(shè)計 ........................................................................................................... 28 鍵盤程序設(shè)計 ........................................................................................................... 29 鍵盤掃描 ........................................................................................................ 29 按鍵處理 ........................................................................................................ 30 第五章 調(diào)節(jié)器設(shè)計中遇到的問題 ........................................................................................ 33 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 數(shù)字 PID 控制器采樣周期的選擇 ........................................................................... 33 正反作用問題 ........................................................................................................... 33 手動 /自動無擾動切換 .............................................................................................. 34 控制規(guī)律的選擇 ....................................................................................................... 34 比例控制規(guī)律（ P） ...................................................................................... 34 比例積分控制規(guī)律（ PI） ............................................................................. 34 比例微分控制規(guī)律（ PD） ........................................................................... 34 比例積分微分控制規(guī)律（ PID） .................................................................. 35 PID 參數(shù)整定 ............................................................................................................. 35 PID 參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響 .......................................................................... 35 PID 參數(shù)整定 .................................................................................................. 35 調(diào)節(jié)器測試實驗 ....................................................................................................... 36 結(jié)束語 ...................................................................................................................................... 43 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 44 附錄 A 硬件圖 ........................................................................................................................ 45 附錄 B 源程序 ........................................................................................................................ 46 致 謝 ...................................................................................................................................... 57 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第一章 引 言 PID 控制器的現(xiàn)狀 在工業(yè)過程控制中， PID 控制是歷史最悠久，生命力最強(qiáng)的一種控制方式。據(jù)日本電氣計量器工業(yè)會先進(jìn)控制動向調(diào)查委員會統(tǒng)計，在日本有 91%的 控制回路采用的是 PID 控制器控制。對于時變對象和非線性系統(tǒng)，基本 的 PID 控制更是顯得無能為力。一個好的設(shè)計方法應(yīng)該滿足一系列工程指標(biāo)，如 ：負(fù)載擾動 抑制、設(shè)定值跟蹤以及控制器的非脆弱性等。 基本 PID控制系統(tǒng)原理圖如圖 所示： 比 例積 分微 分+_++被 控 對 象P ( t )+e ( t )y ( t )ys p( t ) 圖 PID控制系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)主要由 PID 控制器和被控對象組成。但 KP 增大將使系統(tǒng)的 穩(wěn)定性變差，容易產(chǎn)生振蕩。 微分作用 在微分控制中，控制器的輸出與輸入 偏 差信號的微分（即 偏 差的變化率）成正比關(guān)系。后半部分是比例積分電路， CI、 RI 構(gòu)成輸入電路， CM 為反饋電容，電阻 RI、電容 CM 構(gòu)成積分電路，電容 CI， CM 和運(yùn)算放大器 A2構(gòu)成比例電路。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 由于計算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量，因此必須 對 （ ）式 進(jìn)行離散化處理，用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，此時積分項和微分項可用求和及增量式表示： 0 00( ) ( ) ( )nnnje t d t E j t T E j?? ? ???? （ ） ( ) ( ) ( 1 ) ( ) ( 1 )d e t E k E k E k E kd t t T? ? ? ???? （ ） 可得到離散的 PID 表達(dá)式： 0( ) { ( ) ( ) [ ( ) ( 1 ) ] }k DPI jTTP k K E k E j E k E k?? ? ? ? ?? （ ） 式中：△ t=T 采樣周期，必須使 T 足夠小，才能保證系統(tǒng)有一定的精度； E(k) 第 k 次采樣時的偏差值； E(k1) 第 k1 次采樣時的偏差值 ； k 采樣序號， k=0， 1， 2， … .； P(k) 第 k 次采樣時調(diào)節(jié)器的輸出。對應(yīng)閥門實際位置的控制量，目前采用較多的是利用算式P(k)=P(k1)十△ P(k)通過 軟件來完成。 數(shù)字調(diào)節(jié)器的整體設(shè)計 功能和要求 本次設(shè)計的 數(shù)字調(diào)節(jié)器應(yīng)能達(dá)到以下功能 和 要求： (1)可以人為方便地設(shè)定被控變量的設(shè) 定值，調(diào) 節(jié)器能自動將被控變量調(diào)節(jié)至此設(shè)定值并能保持，直至重新設(shè)定為另一設(shè) 定值，即能自動調(diào)節(jié)； (2)能夠?qū)崿F(xiàn)被控變量的實時顯示功能 ； (3)能夠?qū)崿F(xiàn)輸入輸出處理，且具有 抗積分飽和 功能 ； (4)具有手動 /自動 無擾動切換功能； (5)設(shè)計簡單易懂，可靠性好，不 容 易出 現(xiàn)故障 ，易于維護(hù) 等優(yōu)點 。自 1975 年美國德 克薩斯儀器公司第一塊單片微型計算機(jī)芯片 TMS100 問世以來，在短短的二十多年間，單片機(jī)技術(shù)已發(fā)展成為計算機(jī)技術(shù)一個非常有前途的分支，他有自己的技術(shù)特征、規(guī)范、發(fā)展道路和應(yīng)用領(lǐng)域。 圖 AT89C51引腳圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） VCC：供電電壓。 P3 口除了可作為一般 I/O 引腳使用外，還具有 第二輸入輸出功能： RXD： 串行 數(shù)據(jù)接收（輸入）端； TXD： 串行 數(shù)據(jù)發(fā) 送（ 輸出 ）端 ； 0INT ： 外部中斷 0 輸入端 ； 1INT ： 外部中斷 1 輸出端； T0： 定時 /計數(shù)器 T0的 外部輸入 端 ； T1： 定時 /計數(shù)器 T1的 外部輸入 端 WR： 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ，低電平有效 ； RD ： 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ，低電平有效 ； RST：復(fù)位 信號 輸入 端 。另外，該引腳被略微拉高。 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換器用以實現(xiàn)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 TLC0832工作時序與多路器控制邏輯圖 TLC0832 的多路器可用軟件配置為單端 輸入 或差分輸入。經(jīng)過 8個時鐘后，轉(zhuǎn)換完成。 DAC0832 為一個 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器 ， 單電源供電 ， 在 +5V~+15V 范圍內(nèi)均可正常工作。 雙緩沖方式 ：主要在以下兩種情況下需要用雙緩沖方式的 D/A 轉(zhuǎn)換。只要電容 C 容量足夠大，即可保證 RST 高電平有效時間大于 24 個振蕩周期，單片機(jī) 就能可靠復(fù)位。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 鍵盤電路設(shè)計 鍵盤實際上是由排列成矩陣形式的一系列按鍵開關(guān)組成的，它是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的人機(jī)聯(lián)系的一種輸入設(shè)備 ， 可 分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。它使用了 8個 LED發(fā)光二極管 ， 其中 7 個用于顯示字符 ,1 個用于顯示小數(shù)點 ， 故通常稱之為 7 段 (也有稱作 8段 )發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。 對于多位數(shù)碼 管 來說 ， 為了簡化線路、降低成本 ， 往往采用以軟件為主的接口方法 ， 即不使用專門的硬件譯碼器 ，而采用軟件程序進(jìn)行譯碼。 靜態(tài)顯示