【正文】 輸出 =比例項(xiàng) +積分項(xiàng) +微分項(xiàng)）。因?yàn)槠?(e)是給定值 (SP)與過程變量值 (PV)之差 (en=SPnPVn)。當(dāng)這個(gè)使能位發(fā)生從 0 到 1 的正跳變時(shí)， PID 會(huì)按照預(yù)先設(shè)置的控制規(guī)律進(jìn)行一系列的動(dòng)作，使 PID從手動(dòng)方式無擾動(dòng)地切換到自動(dòng)方式，為了能使手動(dòng)方式無擾動(dòng)切換到自動(dòng)方式， PID會(huì)執(zhí)行以下操作： （ 1） 置過程變量值 PV=給定值 SP，在未人為改變 SP值之前， SP持恒定。有一點(diǎn)需要注意的是：在湊試過程中，若要改變TI、 TD時(shí)，應(yīng)保持 的比值不變。 圖 sS esG 10)( 16620 ???階躍響應(yīng) 圖 sS esG 11)( 16020 ???階躍響應(yīng) 26 （ 3） PID 仿真分析 從以上仿真曲線可以看到 ， PID 控制算法的仿真曲線出現(xiàn)了等幅振蕩 。運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式 進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能，組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境互相獨(dú)立，又密切相關(guān)，如圖 所示。支持 ODBC 接口，可與 SQL Server、 Oracle、 Access 等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫互聯(lián) ； 詳細(xì)情況請(qǐng)參閱后面第四講中的動(dòng)畫連接。 本 設(shè)計(jì) 就是 利用 MCGS 組態(tài)軟件設(shè)計(jì) 的這些特性， 在設(shè)備組態(tài)窗口 中選擇適當(dāng)?shù)拇谕ㄓ嵲O(shè)備．添加 AT89C51 芯片 。在主程序中首先設(shè)置堆棧，進(jìn)行初始化，上電復(fù)位 ,并設(shè)置有關(guān)中斷。無上電復(fù)位標(biāo)志，冷啟動(dòng) MOV DISPRAM+1, DISPINTN MOV STEMP, 30D MOV ELECTR, 0AAH 。內(nèi)部時(shí)鐘 ,內(nèi)部采樣 ,0～ 5V,通道 CH0 MOV DPTR, 7FFFH LOOP； MOVX DPTR, A 。讀取轉(zhuǎn)速反饋值 MOV R2, 2EH 。 MOV A, R6 。取 KP MOV R4, 64H MOV R0, 76H 35 LCALL MULT1 。存 KP△ e(k) MOV 75H, R6 MOV R5, 70H MOV R4, 71H MOV R3, 75H MOV R2, 74H LCALL DUSM 。取 Ki MOV R4, 66H, MOV R0, 4AH LCALL MULT1 。轉(zhuǎn)速反饋值取補(bǔ)碼 LCALL DSUM 。 等待轉(zhuǎn)換 PL: MOVX A, DAPTR 。設(shè)置 T1 為晶閘管工作模式 MOV TCON, 05H 。 定時(shí) 、 采樣 、 掃描鍵盤，散轉(zhuǎn)到各鍵處理程序再進(jìn)行溫度顯示。將 單片機(jī) 中的串口驅(qū)動(dòng)程序與組態(tài)軟件的需求響應(yīng)相結(jié)合，使電腦對(duì) 單片機(jī) 發(fā)出的信號(hào)有響應(yīng)。同時(shí)，可利用 MCGS 提供的網(wǎng)絡(luò)功能，在工作站上直接對(duì)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫操作。提供漸進(jìn)色、旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫、透明位圖、流動(dòng)塊等多種動(dòng)畫方式，可以達(dá)到良好的動(dòng)畫效果 ； 全中文可視化組態(tài)軟件，簡潔、大方，使用方便靈活 ； 當(dāng)模型失配時(shí) ， PID 控制算法就無能為力了 。它也是保證 PID 控制有效的重要環(huán)節(jié)。 6. PID 的最佳整定參數(shù)的選定， PID的最佳整定參數(shù)一般包括 Kc、 TI、 TD等三個(gè)常用的控制參數(shù)。 4. PID 控制規(guī)律是一種較理想的控制規(guī)律， 它在比例的基礎(chǔ)上引入積分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因?yàn)槠?(e)是給定值 (SP)與過程變量值(PV)之差 (en=SPnPVn)。 電加熱爐是一階慣性加純滯后環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)為： sS eTSKG ???? 1)( 式中： K — 放大系數(shù)； T — 對(duì)象時(shí)間常數(shù)； τ — 對(duì)象滯后時(shí)間 輸出從起始值到達(dá) 倍穩(wěn)定值的時(shí)間，即為時(shí)間常數(shù) T，而滯后時(shí)間τ可直接從圖中測量。 其管腳排列圖如圖 所示： 圖 MAX197 的引腳電路圖 74HC4060 芯片 74HC4060 是一款高速 CMOS 器件， 74HC4060 引腳兼容 HEF4060。在第二個(gè)寫脈沖出現(xiàn)時(shí) ， 寫入控制字 ACQMOD 為 0， MAX197 停止采樣 ， 開始Ａ /Ｄ轉(zhuǎn)換。 芯片主要控制信號(hào)為 D：串行數(shù)據(jù)輸入端； a、 b、 d、 e、 f、 g：七段顯示輸出；工、 18 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ：字位選擇端，用來產(chǎn)生 LED 選通信號(hào)； OSC：振蕩器外接電容端，外接電容使片內(nèi)振蕩器產(chǎn)生 200～ 800Hz 掃描信號(hào)以防 LED 顯示器閃爍； CLK：時(shí)鐘輸入端，用以提供串行接收的控制時(shí)鐘，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘頻率為 50kHz；麗：使能端，為 0 時(shí)， MCl4499 允許接收串行 數(shù)據(jù)輸入，為 1時(shí)，片內(nèi)的移位寄存器將數(shù)據(jù)送入鎖存器中鎖存。 其 片內(nèi) 4kbytes 可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器 (EPROM)和 128kbytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)， 32 個(gè) I／ O 口線。發(fā)光二極管 VD2 用 BT104(黃色 )， VD5 用 BT103(綠色 )。調(diào)節(jié)波段開關(guān) SA的擋位，可以改變電容 C1的充放電速率。 AT89C51 的 RXD 提供串行輸出的 BCD 碼來顯示數(shù)據(jù)，TXD 提供串行移位脈沖。為了充分利用資源，使設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)最小、最優(yōu)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)智能化測控儀表時(shí)，選用 AT89C51 單片機(jī)與 MCl4499 譯碼驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成串行口硬件譯碼顯示、鍵盤接口，既簡化電路又使單片機(jī)引腳得到充分利用。 14 將上述轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于分布式溫度采集和控制系統(tǒng)中時(shí)，可獲得較為滿意的轉(zhuǎn)換效果（已有應(yīng)用實(shí)例）。（ 2）通過 PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號(hào)為 RS485 類型的擴(kuò)展卡。 RS232 是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（即只用一對(duì)收、 13 發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為 3KΩ～ 7KΩ。 12 圖 源設(shè)計(jì) RS232/485 轉(zhuǎn)換電路 RS232 目前是 PC 機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。分別由 W7800 正壓單片穩(wěn)壓器， W7900 負(fù)壓穩(wěn)壓器， 100uH的電感，濾波電橋，整流電解電容，發(fā)光二極管（作用是降低集成穩(wěn)壓電路的輸入電壓和防止總線斷電時(shí)，電容所儲(chǔ)存的電荷向總線釋放）及發(fā)光二極管的限流電阻組成電源電路。 有測溫元件 Rt 和電阻元件組成橋式電路，將有溫度變化所引起的鉑電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送入放大器，由于鉑電阻安裝在測量現(xiàn)場 ，通過長線接入控制臺(tái)，為了減小引線電阻的影響，采用三線式法。 4）比例積分（ PI）調(diào)節(jié) 為了 “靜差 ”，在比例調(diào)節(jié)中添加積分（ I）調(diào)節(jié)積分，調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與偏差存在隨時(shí)間的增長而增強(qiáng)，直到偏差消除才無輸出信號(hào)，故能消除 “靜差 ”比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分調(diào)節(jié) 。從 T1 中斷返回后，再從 T0 中斷返回主程序并且、繼續(xù)顯示本次采樣溫度，等待下次 T0 中斷。該脈沖一方面作為可控硅的觸發(fā)同步脈沖加到控制電路中，另一方面還作為計(jì)數(shù)脈沖加到 AT89C51 的 T0 和 T1端 。 電加熱自動(dòng)控制原理 以 AT89C51 單片機(jī)為系統(tǒng)的控制核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集、檢測和控制。在這一系統(tǒng)中，微機(jī)是工作核心，是大腦，對(duì)工作設(shè)備的有效控制起著至關(guān)重要的作用。程序設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的核心部分。 測 量電路功能為將測量到的信號(hào)經(jīng)過處理變成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)中進(jìn)行處理。 AT89C51 對(duì)溫度的控制是通過可控硅調(diào)功能電路實(shí)現(xiàn)的。 1℃ 4. 測溫點(diǎn)數(shù)：可以擴(kuò)展到 8 點(diǎn) 5. 溫度顯示：采用 4 個(gè) 7 段段數(shù)碼管 5 6. 溫限則 進(jìn)行靈活設(shè)定 課題的分析與設(shè)計(jì)思路 分析硬件電路主要包括：加熱及控制電路部分，數(shù)據(jù)采集和模 /數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換處理部分，鍵盤和顯示器部分，單片機(jī)與各部分的接口處理部分。它的應(yīng)用對(duì)于產(chǎn)品升級(jí)換代、機(jī)電一體化都具有重要意義。軟件設(shè)計(jì)主要由溫度控制的算法和溫度控制程序組成 ，其原理是先求出實(shí)測爐溫對(duì)所需爐溫的偏差值，而后對(duì)偏差值 的 處理而獲得控制信號(hào)去調(diào)節(jié)加熱爐的加熱功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。對(duì)于這樣一個(gè)具有非線性、大滯后、大慣性、時(shí)變性、升溫單向性等特點(diǎn)的控制對(duì)象，很難用數(shù)學(xué)方法建立精確的數(shù)字模型，因此用傳統(tǒng)的控制理論和方法很難達(dá)到好的控制效果。 2 目 錄 摘要 .................................................................................................................................................. 1 第 1 章 緒論 ..................................................................................................................................... 4 課題的提出 ............................................................................................................................. 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的及要求 ............................................................................................................... 4 課題的分析與設(shè)計(jì)思路 ........................................................................................................... 5 第 2 章 溫度控制系統(tǒng)的概述 ........................................................................................................... 7 微機(jī)控制系統(tǒng)簡介 .................................................................................................................. 7 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的特性 ................................................................................................ 7 電加熱自動(dòng)控制原理 ............................................................................................................... 8 第 3 章 系統(tǒng)電路分析硬件 ..............................................................................................................10 溫度檢測電路 .........................................................................................................................10 電源設(shè)計(jì)電路 .........................................................................................................................1