【正文】 A ADD A, 01H MOV RO, A INC RO MOV A, RO CPL A ADDC A, 00H MOV R0, A INC RO MOV A, R0 CPL A ADDC A, 00H MOV RO, A INC R0 MOV A, R0 CPL A ADDC A, 00H MOV R0, A TPL: RET 第 4 章 系統(tǒng)仿真與檢測 系統(tǒng)仿真方框圖 進(jìn)入 SIMULINK 環(huán)境，在元件庫里選擇所需要是元件，用鼠標(biāo)將器件連接起來，得到一個(gè)完整方框圖，如圖 所示。為了便于實(shí)現(xiàn)對晶閘管的通斷處理， PID 的輸出現(xiàn)在在 0～ 250 之間。本設(shè)計(jì)采用 ZieglerNichols 提出 的 PID 歸一調(diào)整法，調(diào)整參 數(shù)，主要是為了減少在線整定參數(shù)的數(shù)目，常常人為假定約束條件，以減少 獨(dú)立變量的個(gè)數(shù)，令： UTT ? UI TT ? UD TT ? 式中 UT 稱為臨界周期。 D 反映系統(tǒng)偏差信號(hào)變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用。 （ 4）從微機(jī)的工作量和每個(gè)調(diào)節(jié)回路的計(jì)算來看，一般要求采樣周期大些。 這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。 微分控制： Gc(s) =KpT ds 位置式 PID 算法 基本 PID 控制器的理想算式為 式中 u(t)—— 控制器 (也稱調(diào)節(jié)器 )的輸出； e(t)—— 控制器的輸入（常常是設(shè)定值與被控量之差，即 e(t)=r(t)c(t)）； Kp—— 控制器的比例放大系數(shù)； Ti —— 控制器的積分時(shí)間； Td—— 控制器的微分時(shí)間。 PID 控制系統(tǒng)原理框圖如圖 所示。 圖 PC機(jī)與單片機(jī)的接口電路 在主機(jī)通信軟件中，首先根據(jù)擁護(hù)的要求和通信協(xié)議規(guī)定，對 8250 進(jìn)行初始化。對電爐絲通斷的控制采用 SSR40DA 固態(tài)繼電器。 鍵盤和顯示電路 模塊電路如下圖 。電源電路如圖 所示。DS18B20 為 3 引腳， DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； GND為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端。所以電平復(fù)位要將復(fù)位端通過電阻與 CCV 相連 .如復(fù)位電路中 R、 C 的值選擇不當(dāng)，使復(fù)位時(shí)間過長，單片機(jī)將處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。 （ a）上電復(fù)位： 在加電之后通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。 RST 復(fù)位信號(hào) 當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。這樣， 1 個(gè) 89S52，承擔(dān)了 3 個(gè)專用接口芯片的工作；不僅使成本大大下降，而且優(yōu)化了硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)，給用戶帶來許多方便。為了使設(shè)計(jì)的成本低、抗干擾強(qiáng)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能好的前提下，設(shè)計(jì)方案的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示：通過單片機(jī)對偏差進(jìn)行 PID 運(yùn)算，輸出控制 D/A 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成 0— 8V 電壓信號(hào)來控制可控硅觸發(fā)電路，從而控制可控硅通斷率 ，通過調(diào)節(jié)加熱功率即可達(dá)到控制溫度恒定的目的。 圖 方案三 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 智能型熱電耦溫度表SZ4PLC輸出隔離電路可控硅爐體給定值熱電耦Vt 控制電平 電熱絲液晶顯示復(fù)位E2PROM單片機(jī)DAAD鍵盤PI D電 路熱敏電阻及反饋電路功放制冷元件 設(shè)計(jì)方案 控制模塊的選擇，數(shù)字比較器與模擬控制器相比較，數(shù)字比較器具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 模擬調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)能力有限，當(dāng)控制 規(guī)律較為復(fù)雜時(shí)，就難以甚至無法實(shí)現(xiàn)。 在溫度到達(dá)設(shè)定的目標(biāo)溫度后，由于自然冷卻而使其溫度下降時(shí)，單片機(jī)通過采樣回的溫度與設(shè)置的目標(biāo)溫度比較，作出相應(yīng)的控制，開啟加熱器。這種數(shù)字溫度傳感器是 DALLAS 公司生產(chǎn)的單總線。 利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)恒溫控制系統(tǒng) 利用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)溫度恒定的控制，其總體結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 數(shù)字式溫度傳感器加熱器控制器單片機(jī)顯示越限報(bào)警鍵盤 利用 PLC 實(shí)現(xiàn)恒溫控制系統(tǒng) 利用 PLC 實(shí)現(xiàn)對溫度恒定的控制，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示：采用 PLC 控制實(shí)現(xiàn)電熱絲加熱全通、間斷導(dǎo)通和全斷加熱的自動(dòng)控制方式，來達(dá)到溫度的恒定。 數(shù)字控制器具有靈活性。實(shí)時(shí)控制的顯示器、鍵盤通過單片機(jī)來完成鍵盤掃描與輸出動(dòng)態(tài)顯示。 主要功能特性： （ 1） 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) （ 2） 32 個(gè)雙向 I/O 口 線 （ 3） 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 （ 4） 2 個(gè)串行中斷 口 （ 5） 2 個(gè)外部中斷源 （ 6） 2 個(gè)讀寫中斷口線 （ 7） 低功耗空閑和掉電模式 （ 8） 8k 可反復(fù)擦寫 (1000 次 )Flash ROM （ 9） 256x8 bit 內(nèi)部 RAM （ 10） 時(shí)鐘頻率 024MHz （ 11） 可編程 UART 串行通道 （ 12） 共 6個(gè)中斷源 （ 13） 3 級(jí)加密位 （ 14） 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 。而在芯片外部 1XTAL 和 2XTAL 之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 (b) 按鍵復(fù)位： 程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境，也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。傳統(tǒng)的溫度測量方法是：溫度傳感器例如 AD590，將測量的溫度轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，再經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)再對采 集的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理 [3]。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 整流濾波電路 整流電路將交流電壓變成單向脈動(dòng)的直流電壓；濾波電路用來濾除整流后單向脈動(dòng)電壓中的交流成份，合之成為平滑的直流電壓。 表 按鍵功能 按鍵 鍵名 功能 REST 復(fù)位鍵 使系統(tǒng)復(fù)位 SET 設(shè)置鍵 使系統(tǒng)產(chǎn)生中斷，進(jìn)入設(shè)置狀態(tài) 90 SS ?? 數(shù)字鍵 設(shè)置用戶需要的溫度 YES 確認(rèn)鍵 用戶設(shè)定目標(biāo)溫度后進(jìn)行確認(rèn) NO 清除鍵 用戶設(shè)定溫度錯(cuò)誤或誤按了 YES鍵后使用 圖 鍵盤接口電路 顯示采用 3位共陽 LED 動(dòng)態(tài)顯示方式 ,顯示內(nèi)容有溫度值的十位、個(gè)位及小數(shù)點(diǎn)后一位。 圖 加熱控制電路 與上位機(jī)通訊 由于系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控和顯示。因此這里的奇偶校正位用做發(fā)送地址 /數(shù)據(jù)特征位（ 1表示地址），而數(shù)據(jù)通訊的校正采用累加和校驗(yàn)法。即，控制器的輸出為： 開始8 2 5 0 初始化發(fā)送地址碼受到回答信號(hào)否發(fā)送數(shù)據(jù)收到數(shù)據(jù)否CC接收數(shù)據(jù)傳送結(jié)束否發(fā)送校正碼收到信號(hào)否回答信號(hào)= 0 0結(jié)束 錯(cuò)誤 NYYNNYNYNY ???????? ??? ? t Dp dt tde r r orTdtte r r orTte r r orktu 01 )()(1)()( 或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)的形式： ???????? ???? sTsTksE sUsG Dp 111)( )()( 左中， kp—— 比例系數(shù) ； Ti—— 積分時(shí)間常數(shù)； T d—— 微分時(shí)間常數(shù)。 位置式 PID 控制算法的缺點(diǎn)：當(dāng)前采樣時(shí)刻的輸出與過去的各個(gè)狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對 e(k)進(jìn)行累加，運(yùn)算量大；而且控制器的輸出 u(k)對應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如果計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障， u(k)的大幅度變化會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化。以達(dá)到控制器的特性與被控過程的特性相匹配 ,滿足某種反映控制系統(tǒng)質(zhì)量的性能指標(biāo)?？晒┰O(shè)計(jì)時(shí)參考。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)蓄料目結(jié)合，組成PD或 PID控制 . 綜上所述， （ Kp、 Ti、 Td,）對系統(tǒng)的性能影響如表 所示： 表 Kp、 Ti 和 Td 對系統(tǒng)的影響 影響 Kp Ti Td 穩(wěn)態(tài)性能 可以減少靜差，但不能消除 消除靜差，但不能太大 配合比例控制，可以減少靜差 動(dòng)態(tài)性能 加快系統(tǒng)速度，但會(huì)引起震蕩 太小會(huì)不穩(wěn)定，太大會(huì)影響性能 太大和太小都會(huì)引起超調(diào)量大，過渡時(shí)間長。 下面對 PID 運(yùn)算加以說明： 所有的數(shù)都變成定點(diǎn)純小數(shù)進(jìn)行處理。其子程序如下： DSUM： MOV A， R4 ADD A， R2 MOV R6， A MOV A， R5 ADDC A， R3 MOV R7， A RET 雙字節(jié) 無符號(hào)乘法子程序： 入口（ R7R6） =被乘數(shù)； （ R5R4） =乘數(shù)。 逐漸增大比例系數(shù) Kp，直到系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，即所謂臨界振蕩過程。在 MATLAB 中SIMULINK 環(huán)境下仿真的結(jié)果如圖 所示： 圖 PID調(diào)節(jié)后系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線 Kp=, Ki 和 Kd 仍是由穩(wěn)定邊界法整定得到的