【正文】
為比例系數(shù), Ti 為積分時(shí)間, Td 為微分時(shí)間, T 為采樣時(shí)間。其優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度高,穩(wěn)定性高,性能可靠,熱慣性小、復(fù)現(xiàn)性好, 價(jià)格適中。它的缺點(diǎn)是仍要人工進(jìn)行操作,所以響應(yīng)速度不可能太快。 5 由于輸出信號(hào)要返回輸入端參與控制,所以信號(hào)傳遞有兩個(gè)通道:主通道將控制信號(hào)送至被控對(duì)象;反 饋通道將輸出信號(hào)反饋到輸入端。要控溫就要先進(jìn)行測(cè)溫,再轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能讀懂的數(shù)字信號(hào),進(jìn)行處理后得出控制電機(jī)的控制值,也就是 PWM 控制中說(shuō)的占空比,通過(guò)改變占空比就可以達(dá)到調(diào)速的目的。 例如,數(shù)控機(jī)床。 反饋控制系統(tǒng)無(wú)論采取哪種量反饋,包圍在反饋環(huán)內(nèi)的各種干擾量所引起的輸出量變化都能被減小或消除,使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)控制精度,所以獲得了廣泛應(yīng)用。 2 總體方案設(shè)計(jì) 硬件方案論證 該系統(tǒng)的硬件方案的設(shè)計(jì)包括微控制器的選擇、溫度傳感器的選擇、顯示器的選擇和鍵盤的選擇,至于 電機(jī) 是要控制的對(duì)象, 24V直流電源作為功率電源進(jìn)行加溫 所以在該微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中我們只對(duì)上述的幾個(gè)硬件部分進(jìn)行選擇。 顯示器的選擇 方案一 : LCD 數(shù)碼管液晶顯示 ,由單片機(jī)驅(qū)動(dòng) .它主要用來(lái)顯示大量數(shù)據(jù)、文字、圖 8 形,能夠顯示的位數(shù)多,顯示得清晰多樣、美觀,但同時(shí)液晶顯示器的編寫(xiě)程序復(fù)雜,價(jià)格昂貴,從而降低了整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比,故不采用此種方案。 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)需要各單元電路的正常工作才能實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯間溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的目的,各單元電路包括檢測(cè)電路、微控制器的工作電路、顯示電路和鍵盤電路。為了過(guò)大電流燒壞芯片,在 S08AW60 的輸出與三極管基極之間接上 3 個(gè) 10K 的電阻,在此的電阻也起到限流的作用。為顯示 0~ 9 的數(shù)組。接下來(lái)就是對(duì)系統(tǒng)整體電路中各子模塊電路的設(shè)計(jì),包括檢測(cè)電路、微控制器的工作電路、顯示電路和鍵盤電路。在完成硬件設(shè)計(jì)后,就是軟件的設(shè)計(jì)了,雖然平時(shí)有些積累,但對(duì) PID 控制的算法的理解還僅僅停留在課本上,根本不知道如何應(yīng)用,特別是參數(shù)的整定。在使用“上下左右”四個(gè)鍵之前,必須是先按下了“設(shè)置”鍵,否則無(wú)效;只有在按下“確定”鍵之后,才開(kāi)始實(shí)時(shí)的溫度顯示與控制,如圖 8所示。 顯示電路設(shè)計(jì) 如圖 4 所示, S08AW60 的 A端口與 74CHT244 的八個(gè)輸入端相連, 74CHT244的相對(duì)應(yīng)的八個(gè)輸出端與數(shù)碼管的八個(gè)輸入端一一相連, 74CHT244 具有數(shù)據(jù)緩存和驅(qū)動(dòng)的功能,當(dāng)八個(gè)信號(hào)全部到齊之后再全部輸出,以足夠的電流驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的段碼顯示相應(yīng)的數(shù)字。 系統(tǒng)控制算法的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主要是對(duì)測(cè)量到的溫度與設(shè)定值進(jìn)行比 較,然后獲得偏差值,是對(duì)溫度的反饋偏差控制。 方案三: 熱電阻是利用金屬的電阻率隨溫度變化而變化的特性,將溫度量轉(zhuǎn)化成電阻量。這種系統(tǒng)突出的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、安全可靠,對(duì)于控 制規(guī)律不太確定的系統(tǒng)更為適用。系統(tǒng)的調(diào)速穩(wěn)速原理可用下列順序表示: n↓→ Ufn↓→△ u=Ug Ufn↑→ α↓→ Ud↑→ n↑ (補(bǔ)償了 n↓ ) 這種系統(tǒng)的輸出量參與控制,直接影響系統(tǒng)的控制過(guò)程,所以是閉環(huán)控制系統(tǒng)。 在本系統(tǒng)中,主要是通過(guò)控制 電機(jī) 來(lái)達(dá)到控制溫度的目的,當(dāng)然在一些高級(jí)或者要求更高的場(chǎng)合還可以通過(guò)控制空調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)溫。它由預(yù)先設(shè)定的指令程序產(chǎn)生相應(yīng)的控制脈沖,經(jīng)脈沖放大器放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī),通過(guò)精密傳動(dòng)機(jī)構(gòu)再帶動(dòng)工作臺(tái)對(duì)工件進(jìn)行加工就是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 3.復(fù)合控制系統(tǒng) 將閉環(huán)控制系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)合在一起,構(gòu)成開(kāi)環(huán) 閉環(huán)相結(jié)合的控制系統(tǒng)稱為復(fù)合控制系統(tǒng),也稱為混合控制系統(tǒng)。 微控制器的選擇 方案一 : 8031 芯片內(nèi)部無(wú) ROM, 需要外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器 ,由此造成電路焊接的困難 ,況且使用 8031 還需要另外購(gòu)買其他的芯片 ,如 A/D 轉(zhuǎn)換及定時(shí) /計(jì)數(shù)器( PWM)等芯片, 從而造成成本較高 , 性價(jià)比低。 方案二: 點(diǎn)陣顯示,是由八行八列的發(fā)光二極管集成在一塊電路上組成,主要用來(lái)顯示漢字,同時(shí)也能顯示 數(shù)字和少量圖象 , 但它的焊接較麻煩 , 價(jià)格高,鑒于所設(shè)計(jì)的題目要求它不切實(shí)際。 檢測(cè)電路設(shè)計(jì) + 5 VP T A 0P T A 1P T A 2P T A 3P T A 4P T A 5P T A 6P T A 7P T C 0P T C 1P T C 2P T B 5P T B 4P T B 3P T B 2P T B 1P T B 0VDDV S SR E S E TP T D 0A W 6 0V R E F HVDDADV R E F LV S S A DP T E 2 /T P M 1 C H 0R1 21 0 0R1 31 0 0R1 11 0 0A R21 0 K1 0 K+ 5 V1 2 V1K1KG u 1 0 0 圖 2 溫度檢測(cè)電路 熱電阻所測(cè)得的是電阻量,需要轉(zhuǎn)化為電壓量才能被控制器采集。 顯示模塊用的是 3 個(gè)共陽(yáng)極的數(shù)碼管,一塊 74CHT244 和 3 個(gè) 9012 三極管。為了把整數(shù)值與小數(shù)值區(qū)分開(kāi),中間的數(shù)碼管顯示時(shí)要把小數(shù)點(diǎn)點(diǎn)亮。其中最難的就是檢測(cè)電路了,從信號(hào)的獲取到放大參考了很多相類似的電路圖, 感覺(jué)還是檢測(cè)技術(shù)和模電沒(méi)有真正的學(xué)懂,導(dǎo)致了在此應(yīng)用知識(shí)上困難。 5 總結(jié) 這次課程設(shè)計(jì)從確定題目到現(xiàn)在的總結(jié),感覺(jué)最難的是在硬件電路的設(shè)計(jì)上,需要用到以前所學(xué)過(guò)模電數(shù)電的知識(shí),當(dāng)正真需要時(shí)才知道它們的重要。首先是判斷是否有鍵按下,再進(jìn)行延時(shí)防抖動(dòng)后,針對(duì)按下的不同的鍵值系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的反應(yīng)。如果需要,可以增加一個(gè)到地電位的簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)(拉低復(fù)位管腳以強(qiáng)制進(jìn)行復(fù)位)來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)外部復(fù)位,如圖 3 所示。 微 型 計(jì) 算 機(jī)( S O 8 A W 6 0 )信 號(hào) 檢 測(cè) 電 路鍵 盤顯 示 器風(fēng) 扇 電 機(jī) 圖 1 系統(tǒng)方框圖 信號(hào)檢測(cè)電路對(duì)電梯間的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的獲取,并將獲得的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào); S08AW60 內(nèi)部有 A/D 轉(zhuǎn)換模塊,把獲取的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),并根據(jù)便寫(xiě)好的控制程序進(jìn)行判斷,再利用片內(nèi)的定時(shí) /計(jì)數(shù)( TPM)模塊對(duì)電機(jī)進(jìn)行PWM 調(diào)速;鍵盤主要是設(shè)定要保持的溫度值;顯示器對(duì)當(dāng)前溫度值或設(shè)定值進(jìn)行顯示。但其測(cè)量的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性差,而且線性度差,需要進(jìn)行查表線性擬合,大大浪費(fèi)控制器的資源,因此不能選用。操作人員據(jù)此改變?cè)O(shè)定值或進(jìn)行必要的操作。測(cè)速電機(jī) TG 將輸出量 n 轉(zhuǎn)換成電壓 Ufn 反饋到輸入端去,形成一個(gè)閉環(huán)。隨著單片機(jī)的廣泛使用,溫度的自動(dòng)控制已經(jīng)變成了可能。家用電器中的洗衣機(jī)也是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。例如,可以將擾動(dòng)控制 (開(kāi)環(huán) )和偏差控制 (閉環(huán)控制 )相結(jié)合而形成復(fù)合控制系統(tǒng)。 方案二 :