【正文】 （21） （22）對(duì)式（21）離散化，可得 （23）通常，計(jì)算機(jī)輸出的控制指令是直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如控制流量的閥門），的值與執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的位置（如閥門的開度）相對(duì)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(kuò)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(jī)為控制裝置的溫度控制系統(tǒng)，考慮到成本、時(shí)間與安全等諸多因素，我選擇做水溫加熱控制。這時(shí)，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(shí)先置積分時(shí)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(dòng)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(jìn)算法，包括抗積分飽和算法、微分改進(jìn)算法等等。 理論基礎(chǔ)PID控制策略是最早發(fā)展起來(lái)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(duì)于一個(gè)確定的受控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(jiǎn)單，在沒(méi)有計(jì)算機(jī)參與的情況下，用很簡(jiǎn)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(dòng)態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制。可以以軟件實(shí)現(xiàn)。在很多生產(chǎn)過(guò)程中，溫度的測(cè)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(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。從工業(yè)控制器的發(fā)展過(guò)程來(lái)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(guò)硬件電路或軟件計(jì)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(jìn)而對(duì)系統(tǒng)加熱裝置(或冷卻裝置)進(jìn)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(jì)算機(jī)還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、顯示、報(bào)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(duì)象，不需要準(zhǔn)確知道對(duì)象的特性。工程經(jīng)驗(yàn)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(shí)，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(shí)際水溫進(jìn)行比較，它們的差值經(jīng)PID計(jì)算后得到控制量，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出功率，從而控制給水加熱的能量大小，并且實(shí)時(shí)檢測(cè)水溫。我們先做好了部分硬件，意圖通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)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(jī)構(gòu)具有這個(gè)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(duì)應(yīng)5%誤差度，調(diào)節(jié)時(shí)間約為25s。kd=0。當(dāng)，時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定，且無(wú)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(jì)算的，令。 error=u2。令，時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定，且無(wú)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(duì)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(wàn)次/秒),??針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，用符號(hào)擴(kuò)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(shí)芯片無(wú)法正常工作；9) DS18B20的轉(zhuǎn)換速率比較高，；10) 適配各種單片機(jī)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(jiǎn)單，電路簡(jiǎn)單，同時(shí)成本很低，基本可以完成PID的控制需要，因此在本實(shí)驗(yàn)中選用繼電器進(jìn)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(kù)中沒(méi)有該模型，因此該部分沒(méi)有進(jìn)行仿真。然后根據(jù)實(shí)時(shí)溫度，計(jì)算PWM中低電平的時(shí)間，即以5s為一個(gè)周期，加熱的時(shí)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(shí)現(xiàn)，波特率為9600。但是，在電路焊好之后，我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題——繼電器無(wú)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)器賦高8初值 , 12M晶振 TL0=0xb0。 EA=1。 SetBackLight(40)。 //跳過(guò)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(jì)較，只在做事上認(rèn)真；無(wú)能的人！不在做事上認(rèn)真，只在情緒上計(jì)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(shí)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(shí)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(jì)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(shí)際溫度 s=set。 Error = ppSetPoint NextPoint。在程序調(diào)試方面，我遇到的最大的問(wèn)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(guò)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。為解決此問(wèn)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(cè)后發(fā)現(xiàn)，8550在同等價(jià)格的三級(jí)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