【正文】 連續(xù)時(shí)間PID控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)受控對(duì)象的特性和控制的性能要求，靈活地采用不同的控制組合，構(gòu)成：比例（P）控制器 u(t)=比例+積分（PI）控制器 比例+微分（PD）控制器 比例+積分+微分（PID）控制器 式中： ——比例放大系數(shù)；——積分時(shí)間；——微分時(shí)間。在連續(xù)時(shí)間控制系統(tǒng)中，PID控制應(yīng)用得非常廣泛。單片機(jī)記下低電平產(chǎn)生的IO口，相應(yīng)的執(zhí)行電壓值的加減運(yùn)算。數(shù)據(jù)讀取程序以子程序調(diào)壓的形式出現(xiàn)，方便了子程序的移植。 主程序的設(shè)計(jì)主程序主要是根據(jù)外圍電路以及要實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)編寫代碼，本系統(tǒng)主要以針對(duì)電壓的監(jiān)控和調(diào)節(jié)為根本點(diǎn)，根據(jù)要求來(lái)編寫程序。本設(shè)計(jì)主要是采用STC89C52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心部件。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。 單片機(jī)的引腳結(jié)構(gòu)圖P3口也可作為STC89C52的一些特殊功能口，： P3口特殊功能口管腳備選功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）/INT0（外部中斷0）/INT1（外部中斷1）P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。 51系列單片機(jī)的介紹STC89C52是宏晶公司的產(chǎn)品，并兼容MCS51微控制器，8K字節(jié)FLASH存貯器支持在系統(tǒng)編程ISP1000次擦寫周期，512字節(jié)片內(nèi)RAM，2KBE2PROM的數(shù)據(jù)FLASH，全靜態(tài)時(shí)鐘0Hz到33MHz，三級(jí)程序加密，32個(gè)可編程IO口，2/3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，6/8個(gè)中斷源，全雙工UART，低功耗支持Idle和Powerdown模式， Powerdown模式支持中斷喚醒，看門狗定時(shí)器，雙數(shù)據(jù)指針，上電復(fù)位標(biāo)志。 LCD1602的引腳功能序號(hào) 符 號(hào) 名 稱 功 能 1Vss接地0V 2VDD電路電源5V177。16個(gè)時(shí)鐘脈沖后，SDATA輸出高阻。VDD輸入同時(shí)用作器件的基準(zhǔn)電壓，因而無(wú)需外部基準(zhǔn)電壓。再接至AD7896的SCLK端。MAX531輸入數(shù)據(jù)以16位為一個(gè)單元，因此需要兩個(gè)寫周期把數(shù)據(jù)存入DAC。MAX531D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)通過(guò)DIN串行輸入，然后經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換和運(yùn)放從Vout輸出各種范圍的電壓信號(hào)。內(nèi)部運(yùn)算放大器根據(jù)需要可配置成＋1或＋2的增益，也可作四象限乘法器。 D/A轉(zhuǎn)換電路原理圖 MAX531芯片介紹設(shè)計(jì)測(cè)控系統(tǒng)時(shí)往往要求提供模擬量輸出通道，用于把信號(hào)送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)、記錄儀等外部設(shè)備。+，+1V。按鍵就是一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)，當(dāng)按鍵按下時(shí)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合；當(dāng)按鍵松開(kāi)時(shí)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。反之，當(dāng)電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與電流的方向相同，自感電動(dòng)勢(shì)阻止電流的減小，同時(shí)將能量釋放出來(lái)，使電流減小緩慢，因而使負(fù)載電流和負(fù)載電壓脈動(dòng)大為減小。直到UUc以后，二極管才又導(dǎo)通，電容C1由放電狀態(tài)重新變?yōu)槌潆姞顟B(tài)，Uc又隨著U上升。 單相橋式整流濾波電路波形圖 濾波電路濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。 單相橋式整流電路，它的作用事將交流電網(wǎng)電壓變成整流電路要求的交流電壓。本設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源以可調(diào)三端穩(wěn)壓集成電路LM317為基礎(chǔ)() ,。 ，R1=JP9，R2=JP11其中R2為調(diào)節(jié)電阻。由于它內(nèi)部還是線性穩(wěn)壓，因此功耗比較大。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。當(dāng)317穩(wěn)壓塊的輸出電流小于其最小穩(wěn)定工作電流時(shí)，317穩(wěn)壓塊就不能正常工作。317系列穩(wěn)壓塊的型號(hào)很多：例如LM317HVH、W317L等。因?yàn)樵诟叻€(wěn)定電源中，溫度系數(shù)和漂移這兩個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)的好壞都是由這個(gè)因素所決定的。如果負(fù)載短路，負(fù)載電流會(huì)很大，電源的輸出電壓會(huì)趨于接近于零，時(shí)間一長(zhǎng)還會(huì)燒壞電源；如果負(fù)載開(kāi)路，沒(méi)有電流流過(guò)負(fù)載，輸出電壓就會(huì)升高。 方案三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)本文所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的智能穩(wěn)壓系統(tǒng)，是以89C51單片機(jī)系統(tǒng)為控制核心，以PID算法為調(diào)節(jié)器，采用12位的AD7896轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行電壓數(shù)據(jù)采集和串行控制的12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX531進(jìn)行調(diào)節(jié)，以LCD1602顯示屏顯示電壓值，利用繼電器來(lái)選擇接地和電池，便于調(diào)零電位。采用軟件方法來(lái)解決電壓的步進(jìn)控制，使系統(tǒng)硬件更加簡(jiǎn)潔，各類功能易于實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)以電壓為核心，利用51系列單片機(jī)為主控制器，通過(guò)鍵盤來(lái)設(shè)置輸出電壓調(diào)節(jié)的大小以及步進(jìn)，并可由液晶顯示實(shí)際輸出電壓值。 方案一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖方案二：采用51系列單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，通過(guò)改變輸入數(shù)字量來(lái)改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。系統(tǒng)具有過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)功能，當(dāng)輸入電壓過(guò)高、輸出電流過(guò)大時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)切斷輸入輸出；如果系統(tǒng)溫度過(guò)高，系統(tǒng)能夠發(fā)出聲音和字幕滾動(dòng)報(bào)警，并在限定時(shí)間內(nèi)關(guān)斷系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是要用微處理器來(lái)替代傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源中手動(dòng)旋轉(zhuǎn)電位器，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的連續(xù)可調(diào)，精度要求高?？傮w說(shuō)來(lái)，國(guó)內(nèi)直流穩(wěn)壓電源技術(shù)在實(shí)現(xiàn)智能化等方面相對(duì)落后，面對(duì)激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，是個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。具有較高的使用價(jià)值。另外，隨著使用時(shí)間的增加，波段開(kāi)關(guān)及電位器難免接觸不良，對(duì)輸出會(huì)有影響。Matthew等提出了采用多路D/A分別設(shè)定多路輸出電壓，以及以多路A/D進(jìn)行輸出檢測(cè)的微機(jī)數(shù)控電源。電子設(shè)備電源電壓的不穩(wěn)定，將會(huì)引起很多問(wèn)題，比如：測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度降低，交流放大器的噪聲增大，直流放大器的零點(diǎn)漂移等等。新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用集成電路、數(shù)字信號(hào)處理器件的研制應(yīng)用，到90年代，功率密度達(dá)到每立方英寸50W的數(shù)控電源。只有滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場(chǎng)。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一。這些理論為其后來(lái)的發(fā)展提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。數(shù)字化智能電源模塊是針對(duì)傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問(wèn)題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護(hù)性。目前產(chǎn)生直流穩(wěn)壓電源的方法大致分為兩種：一種是模擬方法，另一種是數(shù)字方法。程控電源可以任意設(shè)定輸出電壓或電流，所有功能由面板上的鍵盤或通過(guò)串口通信連接的上位微機(jī)實(shí)現(xiàn)，給電路實(shí)驗(yàn)帶來(lái)極大的方便，提高了工作效率。目前使用的數(shù)控穩(wěn)壓電源大部分是線性電源，利用分立元件組成，由于體積大、效率低、可靠性差、操作使用不方便、自我保護(hù)功能不夠，因而故障率高。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀在我國(guó)，以電力電子學(xué)為核心技術(shù)的電源產(chǎn)業(yè)，從二十世紀(jì)60年代中期開(kāi)始形成，到了90年代以來(lái)，電源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。然而，數(shù)字控制電壓源卻在這方面突現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)，數(shù)字控制易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略和PID調(diào)節(jié)，可以從根本上提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，減少控制電路的元器件數(shù)量，縮小控制板體積，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，提高控制系統(tǒng)的可靠性。如何使得在用電過(guò)程中保護(hù)電壓的恒定也是本設(shè)計(jì)中所需研究解決的問(wèn)題。能夠及時(shí)和準(zhǔn)確地確知儀器故障發(fā)生的部位和特征，不僅大大方便了維修，而且保證了輸出的可靠性。利用單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器（DA0832）輸出模擬量，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電流的變化而輸出不同的電壓。 方案的確定本設(shè)計(jì)要求輸出電壓范圍為036V，方案一和方案二采用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832為8位，在調(diào)節(jié)的精度上可能達(dá)不到要求，輸出電壓的范圍也可能滿足不了要求。，包括主控電路、鍵盤電路、顯示電路、電源電路、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路以及采樣電路。構(gòu)成穩(wěn)定電源的元器件質(zhì)量不好，參數(shù)有變化或完全失效時(shí)，就不可能有效地調(diào)節(jié)前兩種原因引起的波動(dòng)。其中輸入電壓為交流220V，經(jīng)過(guò)變壓器次級(jí)輸出，再進(jìn)行整流。它的使用非常簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。輸入至少要比輸出高2V，否則不能調(diào)壓。因此壓差大時(shí)建議分檔調(diào)壓。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計(jì)算公式，R1和R2的阻值是不能隨意設(shè)定的。 橋式整流整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。負(fù)載RL上又得到半波電壓。若極性接反，過(guò)高的反向電壓可能擊穿電容器。電容濾波使整流輸出電壓波形變得平直的原因，還可以從電容C1對(duì)脈動(dòng)電流中的交流成分具有旁路作用來(lái)理解。電感濾波之后，利用電容再一次濾掉交流分量，這樣，便可得到更為平直的直流輸出電壓。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，消除抖動(dòng)有硬件和軟件兩種方法。對(duì)于D/A轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，則用12位的轉(zhuǎn)換器。15V電源和基準(zhǔn)電源給D/A轉(zhuǎn)換芯片，而且輸出電路還要使用運(yùn)放，并把D/A轉(zhuǎn)換輸出的小電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。 MAX531芯片具有高分辨率D/A轉(zhuǎn)換集成電路。CLR為清除端口，當(dāng)CLR為0時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換器的寄存器清零，輸出端口輸出電壓為0。例如：在雙極性模式帶阻性負(fù)載時(shí)，把DAC代碼設(shè)置為中間值800H。該產(chǎn)品有8腳PlasticDIP，Lead Cerdip和SOIC三種封裝形式，內(nèi)置一個(gè)8μs逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個(gè)片內(nèi)采樣保持放大器、一個(gè)片內(nèi)時(shí)鐘和一個(gè)高速串行接口。在此模式下，啟動(dòng)信號(hào)CONVST一般處于高電平。采用背光燈模式進(jìn)行讀寫操作。 LCD1602極限參數(shù)表名稱符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)值單位MINTYPEMAX電路電源VDDVSSVLCD驅(qū)動(dòng)電壓VDDVEEVDD+ V輸入電壓VINVDD+V靜電電壓100V工作溫度20+70176。在這種方式下，把P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用，分時(shí)輸出外部存儲(chǔ)器的地址和傳送8位數(shù)據(jù)。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。RST：復(fù)位輸入。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。 主控電路本設(shè)計(jì)的主控電路為89C51系列單片機(jī)的最小系統(tǒng)，它是本系統(tǒng)的核心部件。本設(shè)計(jì)是通過(guò)AD7896將信號(hào)采集間接執(zhí)行單片機(jī)采樣，通過(guò)編寫代碼將電壓值在LCD1602顯示屏上實(shí)現(xiàn)。并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將讀出的16進(jìn)制轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制形 主程序流程圖式，即程序中變量值。另一方面，在需要手動(dòng)調(diào)節(jié)電壓值時(shí)，MAX531轉(zhuǎn)換器保證了調(diào)節(jié)的精度。 按鍵程序流程圖 PID算法PID控制即比例、積分、微分控制。 PID控制的基本原理所謂PID控制，就是對(duì)偏差信號(hào)e(t)進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算變換后形成的一種控制規(guī)律，即 （41）式中： ——比例控制項(xiàng)，KP為比例系數(shù)； ——積分控制項(xiàng)，Ti為積分時(shí)間函數(shù)； ——微分控制項(xiàng)，Td為微分時(shí)間常數(shù)。因此它適用于控制通道滯后較小，負(fù)荷變化不大，允許被控制量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。PD控制改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，提高了系統(tǒng)的快速性，但系統(tǒng)的抗干擾能力減弱。在數(shù)字計(jì)算機(jī)中，PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)，也必須用數(shù)值逼近的方法。(2) 增量型控制算法求出每步的控制量 因?yàn)? 故增量型控制量為 式中，在增量型控制算法中，只需要知道當(dāng)前值及兩個(gè)歷史輸入值就可求出當(dāng)前的控制增量，如步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)量。調(diào)整，以對(duì)控制品質(zhì)的影響為依據(jù)。編寫程序時(shí)，首先要將內(nèi)存中指定的單元存入PID運(yùn)算所需的參數(shù)，除固定常數(shù)、以外，其他數(shù)據(jù)都要每個(gè)采樣周期更新一次。經(jīng)過(guò)在線編譯，其程序調(diào)試基本基本上運(yùn)行通過(guò)，而且滿足了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)還設(shè)置了按鍵調(diào)節(jié)功能?？紤]整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，大大減少了硬件的開(kāi)支，節(jié)省了成本。謝 辭論文終于定稿了，此刻的我思緒萬(wàn)千，心情久久不能平靜。結(jié)果終于出來(lái)了，又發(fā)現(xiàn)還有其他地方需要改進(jìn)。欣慰之余，我要向關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的所有領(lǐng)導(dǎo)、同事和朋友們表示真摯的謝意！感謝他們對(duì)我的關(guān)心、關(guān)注和支持！同窗之誼和手足之情，我將終生難忘！師生之情，血濃于水的感情將陪伴我度過(guò)一生，這將是我進(jìn)步的階梯。//sbit KEY2 = P0^2。sbit AD_CONVST = P3^7。uint Set=0。y0。 LCD_E=0。 }void LCD_Init(){ uchar num。num15。DW=60。}。}。}。 sf=(date%100)/10。 write_date(0x30)。 AD_SCKL = 0。 delay(1)。 delay(1)。 date=8。 AD_CONVST = 0。 if(AD_SDATA) DH|=0x01。 DL=1。 uchar DH,DL。 if(DHamp。 if(DLamp。 LCD_Init()。 比例常數(shù) Integral。 // double } PID。 Error。 Error = ppSetPoint // 積分 // 比例項(xiàng) + PID sPID。 = 。) { rIn = sensor ()。sPID,rIn )。 //讀