【正文】 eKeTTKP ?? （ ） )2()2(2121 ???? ?????? nnnDnnnDPD eeeKeeeTTKP （ ） 顯然， PID 計(jì)算△ nu 只需要保留現(xiàn)時(shí)刻 ne 以及以前的兩個(gè)偏差量 1?ne 和2?ne 。 工作寄存器 R3， R2。 模型分析工具包括線性化和平衡點(diǎn)分析工具、 MATLAB 的許多工具及MATLAB 的應(yīng)用工具箱。在 MATLAB Command Window 下鍵如“ Whos” : whos Name Size Bytes Class Kd 1 1 8 double array Ki 1 1 8 double array Kp 1 1 8 double array Simout 162 1 1296 double array tout 162 1 1296 double array Grand total is 491 elements using 3298 bytes 此時(shí)，我們看到， PID 參數(shù) Kd、 Ki 和 Kp，系統(tǒng)仿真時(shí)間 tout 和仿真結(jié)果Simout 都在當(dāng)前的 Workspace 下，可以用各種 MATLAB 函數(shù)進(jìn)行仿真和分析。 表 穩(wěn)定邊界參數(shù)的計(jì)算公式 Kp Ki Kd P Kp PI Kp Kp/T PID Kp Kp/T KpT 穩(wěn)定邊界法的第一步蠶豆戶(hù)在進(jìn)行 PID 參數(shù)初始化已經(jīng)設(shè)置好了 ，因此選擇“ Simulation”菜單的“ Start”選項(xiàng)，得到仿真曲線。菜單方式對(duì)于交互工作非常方便，而命令行方式對(duì)于運(yùn)行一大類(lèi)仿真非常有用。大于 250 或小于 0的控制量 nu 都是沒(méi)有意義的，因在算法上對(duì) nu 進(jìn)行限幅，即 nu =?????????m a xm a xm a xm inm inm inuuuuuuuuuunnnn （ ） PID 的計(jì)算公式采用 位置 式算法，計(jì)算公式為 1?? nn uu + )2()( 211 ??? ????? nnnDnInnP eeeKeKeeK = DIPn PPPu ????1 （ ） PID 計(jì)算的程序流程圖圖 所指示；而參數(shù)內(nèi)存分配表如表 ?？梢詼p少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。二是工程整定方法，它主要依賴(lài)工程經(jīng)驗(yàn)， 直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 在工程實(shí)際中被廣泛采用。系統(tǒng)由 PID 控制器和被控對(duì)象組成。它的使用非常簡(jiǎn)單，只要在控制端 TTL 電平，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的開(kāi)關(guān)，使用時(shí)完全可以用 NPN 型三極管接成電壓跟隨器的形式驅(qū)動(dòng)。 圖 電源電路 電源變壓器 變壓部分其實(shí)就是一個(gè)變壓器，變壓器作用是將 220V 的交流電壓變換成我們所需的電壓 9V。故本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位。 1XTAL 和 2XTAL 外接晶體引線端 當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用語(yǔ)外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 鍵 盤(pán)溫 度 顯 示ＡＴ８９Ｓ５２上 位 機(jī)溫 度 傳 感 器E 2 P R O M加 熱 控 制電 路 圖 設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)框圖 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 章 恒溫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 考慮到盡量降低成本和避免與復(fù)雜的電路，此系統(tǒng)所用到的元器件均為常用的電子器件。當(dāng)用戶(hù)需要比實(shí)時(shí)溫度低的溫度時(shí)，此電路可以利用風(fēng)扇降溫。此外微分反映的是變化率，而當(dāng)輸入沒(méi)有變化時(shí)，微分作用的輸出為零。整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、實(shí)際應(yīng)用可達(dá)到理想的精度。 18 第 4 章 MATLAB 仿真 13 與上位機(jī)通訊 10 穩(wěn)壓 電路 9 電源電路 7 AT89S52 單片機(jī) 的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 6 AT89S52 單片機(jī) 信號(hào)引腳介紹 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn) 單，硬件要求不高，且能對(duì)溫度進(jìn)行時(shí)實(shí)顯示，具有控制 過(guò)程的特殊性，本設(shè)計(jì)提出了一種基于 PID 算法來(lái)實(shí)現(xiàn)恒溫控制的溫度控制系統(tǒng)， 主要是為了 達(dá)到生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)溫度控制 速度快，準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)由鍵盤(pán)電路輸入設(shè)定 溫度信號(hào)給單片機(jī) ，溫度信號(hào)采集電路采集現(xiàn)場(chǎng)溫度信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入與反饋信號(hào)的偏差進(jìn)行 PID計(jì)算，輸出控制信號(hào)給加溫控制電路，實(shí)現(xiàn)加溫和停止。 4 方案三利用模擬 PID 調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)恒溫控制系統(tǒng) 29 SIMULINK 簡(jiǎn)介 36 致謝 傳統(tǒng)的 PID 控制電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需配 合相應(yīng)的可控硅控制電路來(lái)完成功率的調(diào)控。因此微分調(diào)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。單片機(jī)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)溫度與用戶(hù)設(shè)定的目標(biāo)溫度，按照已經(jīng)編程固化的 模糊 控制算法計(jì)算出實(shí)時(shí)控制量。綜合考慮，本設(shè)計(jì)控制模塊采用數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器。 PSEN 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) 在讀外部 ROM 時(shí) , PSEN 有效 (低電平 ),以實(shí)現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作 。電平復(fù)位將復(fù)位端通過(guò)電阻與 CCV 相連，按鍵脈沖復(fù)位是利用 RC分電路產(chǎn)生正脈沖來(lái)達(dá)到復(fù)位的。 表 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換表 LS Byte Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 23 22 21 20 21 22 23 24 MS Byte Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 S S S S S 26 25 24 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 這是 12位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0，這 5位為 0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1再乘于 即可得到實(shí)際溫度。模塊電路如下圖 ： 圖 顯示接口電路 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 加熱控制電路 控制電路圖如下圖 。在接收時(shí)， 8250 把串行口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，并送入到接收數(shù)據(jù)寄存器中，同時(shí)把“接收數(shù)據(jù)就緒”信號(hào)置于狀態(tài)寄存器中，CPU 讀到這個(gè)信號(hào)后，就用輸入指令從接收器中讀入一個(gè)數(shù)據(jù)。 PID 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有 兩大類(lèi)：一是理論計(jì)算整定法。 加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。 雙精度運(yùn)算，為了保證運(yùn)算精度，把單字節(jié) 8位輸入采樣值 nC 和給定值 nr 都變成雙字節(jié) 16 位進(jìn)行計(jì)算，最后將運(yùn)算結(jié)果取成高 8位有效值輸出。 用 SIMULINK 創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶(hù)可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。 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(guò)程。記下此時(shí)的 Kp1，即為臨界增益；此時(shí)的曲線兩峰值直接的距離即為臨界振蕩周期。 所謂模型化圖形輸入是指 SIMULINK 提供了一些按功能分類(lèi)的基本的系統(tǒng)模塊，用戶(hù)只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來(lái)就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型（以 .mdl 文件進(jìn)行存?。?，進(jìn)而 進(jìn)行仿真與分析。 雙節(jié)帶符號(hào)程序流程圖如圖 所示 Y開(kāi) 始取 被 乘 數(shù) 符號(hào) C 1Ｃ 1 = 1 ?被 乘 數(shù) 取 補(bǔ)取 乘 數(shù) 符 號(hào)C 2乘 數(shù) 取 補(bǔ)調(diào) 用 無(wú) 符 號(hào) 數(shù)乘 法 子 程 序C 1 ∧ C 2 = 1 ？C 1 ∨ C 2 = 0 ？負(fù) 乘 積 取 補(bǔ)返 回Ｃ 2 = 1 ?NNYYYNN 圖 雙字節(jié)帶符號(hào)程序流程圖 MULT1： MOV A， R7 RLC A MOV SIGN1， C 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) JNC POS1 MOV A， R6 CPL A ADD A， 01H MOV R6， A MOV A， R7 CPL A ADDC A， 00H MOV R7， A POS1： MOV A， R5 RLC A MOV SIGN1， C JNC POS2 MOV A， R4 CPL A ADD A， 01H MOV R4， A MOV A， R5 CPL A ADDC A， 00H MOV R5， A POS1： MOV 2BH， R0 LACALL MULT MOV C， SIGN1 ANL C， SIGN2 JC TPL MOV C， SIGN1 ORL C， SIGN2 JNC TPL MOV RO， 2BH MOV A， ＠ R0 CPL A ADD A, 01H MOV RO, A 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 章 MATLAB 仿真 SIMULINK 的簡(jiǎn)介 SIMULINK 是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng)。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(chēng)為臨界周期。 （ 4）從微機(jī)的工作量和每個(gè)調(diào)節(jié)回路的計(jì)算來(lái)看，一般要求采樣周期大些。 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(chēng)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。 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)