【正文】 （21） （22）對式（21）離散化，可得 （23）通常，計算機輸出的控制指令是直接控制執(zhí)行機構(gòu)（如控制流量的閥門），的值與執(zhí)行機構(gòu)輸出的位置（如閥門的開度）相對應(yīng)，隨意將式（23）稱為PID位置算法。設(shè)水溫為T，環(huán)境溫度（干擾）為，供熱量 （31）式中：為散熱系數(shù)，為散熱面積。表21 擴充臨界比例度法整定參數(shù)控制度控制規(guī)律PIPID—PIPID—PIPID—PIPID—三、題目分析題目要求是以單片機為控制裝置的溫度控制系統(tǒng)，考慮到成本、時間與安全等諸多因素，我選擇做水溫加熱控制。這時，去掉數(shù)字控制器的積分作用和微分作用，只保留比例作用。整定時先置積分時間TI為一較大值，并將經(jīng)第1步整定得到的減小些，然后減小，并使系統(tǒng)在保持良好動態(tài)響應(yīng)的情況下，消除穩(wěn)態(tài)誤差。除此之外，還有一些改進算法，包括抗積分飽和算法、微分改進算法等等。 理論基礎(chǔ)PID控制策略是最早發(fā)展起來的控制策略之一，現(xiàn)使用的PID控制器產(chǎn)生并發(fā)展于19151940年期間。只要PID參數(shù)選取的正確，對于一個確定的受控系統(tǒng)來說，其控制精度是比較令人滿意的。這種開關(guān)控溫方法比較簡單，在沒有計算機參與的情況下，用很簡單的模擬電路就能夠?qū)崿F(xiàn)。溫度控制技術(shù)按照控制目標(biāo)的不同可分為兩類：動態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制?？梢砸攒浖崿F(xiàn)。在很多生產(chǎn)過程中，溫度的測量和控制都直接和安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)相聯(lián)系。從工業(yè)控制器的發(fā)展過程來看，溫度控制技術(shù)大致可分以下幾種： 定值開關(guān)控溫法所謂定值開關(guān)控溫法，就是通過硬件電路或軟件計算判別當(dāng)前溫度值與設(shè)定目標(biāo)溫度值之間的關(guān)系，進而對系統(tǒng)加熱裝置(或冷卻裝置)進行通斷控制。前者稱為模擬PID控制器，后者稱為數(shù)字PID控制器。其中應(yīng)用較多的有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專家系統(tǒng)等。此外，計算機還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、顯示、報警和打印功能，便于管理和造作。比例系數(shù)由小變大，觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直到得到反應(yīng)快，超調(diào)小的響應(yīng)曲線。適用于具有自平衡能力的被控對象，不需要準(zhǔn)確知道對象的特性。工程經(jīng)驗給出了整定參數(shù)和控制度的關(guān)系，數(shù)字控制與模擬控制效果相當(dāng)；控制度為2時，數(shù)字控制效果比模擬控制差得多。水溫控制系統(tǒng)的基本原理為：將設(shè)定溫度與實際水溫進行比較，它們的差值經(jīng)PID計算后得到控制量，控制執(zhí)行機構(gòu)的輸出功率，從而控制給水加熱的能量大小，并且實時檢測水溫。我們先做好了部分硬件，意圖通過實驗來完成數(shù)學(xué)模型的建立?？紤]到這種情況，在工業(yè)應(yīng)用中，還采用一種增量式算法。因此，如果系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)具有這個功能，采用增量算法是很方便的。ts=1。v39。y_1=0。 Kp=。u_3=u_2。%參數(shù)D x(3)=x(3)+error(k)*ts。按照上面介紹的步驟，增大使系統(tǒng)發(fā)生等幅振蕩。圖53 水溫控制系統(tǒng)PID 仿真曲線圖（Kp＝3，Ki＝，Kd＝）從上圖可以看出，超調(diào)量小于5%，對應(yīng)5%誤差度，調(diào)節(jié)時間約為25s。kd=0。當(dāng)，時，系統(tǒng)穩(wěn)定，且無超調(diào)，控制效果好。[num,den]=tfdata(dsys,39。u_6=0。 yout(k)=den(2)*y_1+num(2)*u_6。 u_6=u_5。y_1=yout(k)。,time,yout,39。 Matlab仿真結(jié)果首先，按照上回計算的，令。 error=u2。令，時，系統(tǒng)穩(wěn)定，且無超調(diào)，控制效果好。,tol)。Tp1=Tp。[num1,den1]=tfdata(dsys1,39。u_5=。 for k=1:1:350 time(k)=k*Ts。 ei=ei+Ts*e2(k)。u_2=u_1。)。 Smith預(yù)估控制系統(tǒng)Simulink仿真Simulink仿真圖圖516所示：圖516 Smith預(yù)估Simulink仿真當(dāng)，加入Smith的相應(yīng)和為加入的響應(yīng)如圖517和518所示：圖517 Smith預(yù)估的Simulink仿真結(jié)果圖517 未加入Smith預(yù)估的Simulink仿真對比圖516和圖517，加入Smith預(yù)估控制的系統(tǒng)要比為加入Smith預(yù)估控制的系統(tǒng)穩(wěn)定的多。從而形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S一次，即25萬次/秒),??針對電機控制，強干擾場合。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。但此時芯片無法正常工作；9) DS18B20的轉(zhuǎn)換速率比較高，；10) 適配各種單片機或系統(tǒng)； 加熱裝置 考慮到給水加熱的應(yīng)用環(huán)境及成本等因素，選用220V/150W加熱棒為溫度控制系統(tǒng)加熱。而繼電器控制簡單，電路簡單，同時成本很低，基本可以完成PID的控制需要，因此在本實驗中選用繼電器進行控制。 顯示電路 由于選用的是銘正同創(chuàng)12864顯示模塊，在仿真軟件Proteus 7 Professional的元件庫中沒有該模型，因此該部分沒有進行仿真。然后根據(jù)實時溫度，計算PWM中低電平的時間，即以5s為一個周期，加熱的時間。圖85為主程序流程圖。將溫度數(shù)據(jù)傳回電腦利用串口實現(xiàn)，波特率為9600。但是，在電路焊好之后，我發(fā)現(xiàn)了一個問題——繼電器無法打開，但是與繼電器并聯(lián)的發(fā)光二極管卻可以正常工作。 軟件調(diào)試 在軟件的編程上，我還是遇到了一些困難。 = set。 }void duty_cycle(unsigned int t) // 占空比{ unsigned char s。 } } else { low_time=0。,time,c,39。雖然圖92獲得了較好的實驗效果，但是其PID所用參數(shù)和溫度誤差的類型為整形，這使得算法的精度并不高，且溫度在某一度內(nèi)所得的誤差是一樣的，因此控制量較為粗糙。 Error = ppSetPoint*10 NextPoint。 if(st) { if((st)20) low_time=100。void DelayXus()。unsigned int j,flag。 //存放溫度值的高字節(jié)BYTE TPL。 //延時至少480us DelayXus(480)。 for (i=0。 //讀取數(shù)據(jù) DelayXus(60)。 //送出數(shù)據(jù) DQ = CY。//定時器賦高8初值 , 12M晶振 TL0=0xb0。 EA=1。 SetBackLight(40)。 //跳過ROM命令 DS18B20_WriteByte(0x44)。 j=8。 shu2=(j)%100/10。 PutPixel(38,2)。 num++。 PutPixel(x,y)。 SBUF=wendu。 for(j=0。 else counter=0。 flag=1。 // 微分 signed int LastError。 = set。 } /***************************PID算法**************************//*unsigned int PIDCalc( struct PID *pp, unsigned int NextPoint ) { signed int ddError,dError,Error。// t=t/10。low_time=100) if(low_time=100) //low_time=(unsigned char)(rout/6)。能干的人，不在情緒上計較，只在做事上認(rèn)真；無能的人！不在做事上認(rèn)真，只在情緒上計較。 else low_time=100。 s=set*10。 dError = ErrorppLastError。 Error = ppSetPoint*10 NextPoint。 // Error_2 signed int SumError。 //溫度初始值unsigned int rout。//定時器賦高8初值 , 12M晶振 TL0=0xb0。j++)。 for(j=0。 } else { ClrScreen()。 PutChar(72,0,((low_time)%100/10+48))。 PutChar(40,0,67)。 PutChar(0,0,((j)/100)+48)。 f_j=j*。 //等待轉(zhuǎn)換完成 DS18B20_Reset()。 init()。}/************主函數(shù)*************/main(){ unsigned int x,c。 TL1=0xfd。 //等待時間片結(jié)束 DQ = 1。}/**************向DS18B20寫1字節(jié)數(shù)據(jù)***************/void DS18B20_WriteByte(BYTE dat) { char i。 i++) //8位計數(shù)器 { dat = 1。 //釋放數(shù)據(jù)線 DelayXus(60)。 //存放溫度值的高字節(jié)BYTE TPL1。unsigned long temp。void DS18B20_WriteByte()。spid,t )。 // 積分 dError = ErrorppLastError。令。)其中，數(shù)組a中存放的是串口返回的數(shù)據(jù)值。Matlab程序如下：a=[]。 //實際溫度 s=set。 Error = ppSetPoint NextPoint。在程序調(diào)試方面，我遇到的最大的問題就是采樣時間的控制，例如多少秒進行一次溫度采集，多少秒在LCD上畫一個點，多少秒向電腦返回一回數(shù)據(jù)，經(jīng)過多次的實驗，根據(jù)每一種功能不同的需要，我確定了不同的周期。為解決此問題，我首先想到的是換一個比我用的三極管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在同等價格的三級管里放大倍數(shù)已經(jīng)不小了。這些數(shù)據(jù)再經(jīng)matlab處理，即可以畫出溫度變化曲線。若大于2℃，直接令low_time=100。由于采