應(yīng)用單片機智能控制自整定pid調(diào)節(jié)器(編輯修改稿)
2025-05-24 13:05 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 10)，得GPz=zd(b0+b1z1)1+a1z1+a2z2=z3(+)+ (26)b0=,b1=,a1=,a2=,d=3.用迭代方法計算滿足式(24)的x值。已知r=b1/b0=，預(yù)先給定δ=，令初始值x1=(24)，計算出第二次迭代值x2=，經(jīng)過4次迭代，即滿足精度要求。具體迭代過程如表1所示。表1i（迭代次數(shù)）xi(x的第i次迭代值)xi+1（由式24計算出的迭代值）1x12x23x34x4|xi+1xi|=||=，滿足精度要求。根據(jù)方程(22)，當(dāng)x=。得KI=， g0=KI/b0=， g1=g0a1=，g2=g0a2=。自整定PID調(diào)節(jié)器參數(shù)為WPIDz=+ (27)根據(jù)方程(5),得KP=TI= (28)TD=將模擬電路開環(huán)增益增大10倍，則KP=，TI=，TD= (29) 第3章 系統(tǒng)硬件電路 總體電路: 最小系統(tǒng)圖本系統(tǒng)采用80S51單片微機、74LS373構(gòu)成最小系統(tǒng)。并配有ADC0809及DAC0832轉(zhuǎn)換電路。硬件電路如圖3所示。圖3 80S51單片機最小系統(tǒng)及接口電路硬件組成圖 器件選擇因為80S51總線端口分時地出現(xiàn)地址與數(shù)據(jù)，故用地址鎖存允許信號ALE的下降沿把地址信息鎖存在地址鎖存器74LS373中。D/A轉(zhuǎn)換電路由DAC0832完成，使用單緩沖方式，直接與80S51的P0口聯(lián)接，因DAC0832輸出端IoutIout2為電流信號，必須先通過運算放大器A1（OP07）構(gòu)成電流—電壓變換，輸出模擬電壓UA為0~5V,Rfb為反饋信號輸入端，反饋電阻在DAC0832內(nèi)，運放A1輸出模擬電壓與輸入的關(guān)系為UA=數(shù)字量128128?VR (30)其中VR為基準(zhǔn)電壓，通常VR=5V。為實現(xiàn)雙極性輸出，必須將A1輸出UA再經(jīng)過A2（OP07）電平變換成+5~5V的輸出，由圖三顯然可得U1=5+2UA (31)當(dāng)UA=0V時，u1=5V；當(dāng)UA=5V時，u1=5V。這種利用電平變換電路（不僅增加一只運算放大器A2）使單極性輸出D/A轉(zhuǎn)換器變成雙極性輸出，比直接選用雙極性輸出的D/A成本要低廉很多，且線路非常簡單，調(diào)整容易，值得推廣應(yīng)用。A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809芯片，它是應(yīng)用逐次逼近法的原理實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，期其轉(zhuǎn)換時間為100μs。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量D可用下式表示D=255VIN+VIN/[(VR2)2] (32)其中[VIN+VIN]為輸入模擬電壓，本裝置中為0~5V,VIN端接地。VR為參考電壓（取5V，與8031單片微機電源電壓相同）。因此，(VR/2)2=5V。由圖3顯然可得u3=+u2/2 (33)當(dāng)u2=5V時，u3=0V；當(dāng)u2=+5V時，u3=+5V時。這樣就將單極性ADC0809通過電平變換電路（增加一個運放A3）變成雙極性輸入輸出，硬件電路十分簡單。ADC0809芯片的啟動變換信號START由80S51的P2，7及WR的或非產(chǎn)生，下降沿啟動A/D進行新的一次變換。執(zhí)行指令MOVX @DPTR，A后即可啟動模擬通道的A/D變換。變換結(jié)束后，由EOC產(chǎn)生一個中斷請求信號。CLK為時鐘輸入信號，OE為數(shù)字量輸出允許信號。在圖3硬件電路中，模擬地與數(shù)字地一定要分開連接，最后再將模擬地與數(shù)字地連在一起，這樣可避免模擬量與數(shù)字量之間的相互影響，有利于抗干擾。 第4章 軟件設(shè)計 PID運算主程序設(shè)計在智能自整定PID調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)中，過程控制對象需要的是控制變量的絕對值而不是其增量，但PID算法仍可采用增量算法，而輸出控制采用位置式輸出形式。ui=ui+1+P[Δei+I?ei+D?Δ2ei] (34)其中：ei為本次設(shè)定值與實測值之差，Δei=eiei1，Δ2ei=ΔeiΔei1，P=KP—成比例系數(shù)，I=T/TI—積分系數(shù)，D=TD/T—微分系數(shù)，ΔUi=UiUi1=P[Δei+I?ei+D?Δ2ei]。PID運算主程序框圖如圖4所示。 RAM單元分配程序中用到的RAM單元，具體分配如圖5所示。浮點數(shù)PID運算是采用三字節(jié)浮點數(shù)進行運算，每一數(shù)字量均占用三字節(jié)RAM單元，首字節(jié)放的是階碼，其中第7位放數(shù)符，第6位放階符，剩下6位階碼值，后兩字節(jié)為尾數(shù)，浮點數(shù)具體結(jié)構(gòu)為： D7 D6 D5 D0 數(shù)符階符…尾 數(shù) 高 字 節(jié) 尾 數(shù) 低 字 節(jié) 第5章 調(diào)試仿真 軟件調(diào)試：KEILKeil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng).。單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。Keil的使用起來很方便，下面介紹一下Keil的具體使用步驟： 在桌面新建一個文件夾； 打開Keil，點擊菜單欄中的“Project”，在下拉菜單中選擇“New uVision Project…”，新建工程； 此時會出現(xiàn)一個保存文件的對話框，
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