【文章內容簡介】 電耦合隔離措施，將2個電路的電氣連接隔開，切斷可能形成的環(huán)路，使他們相互獨立，提高電路系統的抗干擾性能。若傳輸線較長，現場干擾嚴重，可通過兩級光電耦合器將長線完全“浮置”起來。 光耦器件MOC3040由于單片機是弱點，而電加熱器是強電，所以用光耦合很好的解決了強弱電隔離的問題，在本設計中采用了一種比較常用的光耦器件MOC3040，： 光耦合連接電路 可控硅分為單向的和雙向的兩種,由最外層的P極和N極引出兩個電極,分別稱為陽極和陰極,由中間的P極引出一個控制極. (1)單向可控硅。當Uak0時，若Ugk0，可控硅不導通；當Uak0時，若Ugk0，可控硅導通；當Uak0時，不論Ugk為何值，可控硅都處于關斷狀態(tài)，Iak=0。通過對單向可控硅的技術分析，可歸納出如下特點：1）可控硅的導通條件是在陽極A與陰極K之間加有正向電壓情況下，在門極G與陰極K之間加上一個正向脈沖信號，形成門極電流，此電流將觸發(fā)可控硅進入自鎖的導通狀態(tài)。2）門極G無法控制可控硅(2)雙向可控硅 雙向可控硅相當于兩個單向引腳多數是按TTG的順序從左至右排列(電極引腳向下,面對有字符的一面時).加在控制極G上的觸發(fā)脈沖的大小或時間改變時,就能改變其導通電流的大小. 與單向可控硅的區(qū)別是,雙向可控硅G極上觸發(fā)脈沖的極性改變時,其導通方向就隨著極性的變化而改變,從 ,所以可控硅有單雙向之分. 電子制作中常用可控硅,單向的有MCR100等,雙向的有TLC336等可控硅的工作條件： 1. 可控硅承受反向陽極電壓時，不管門極承受哪種電壓，可控硅都處于關斷狀態(tài)。2. 可控硅承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下可控硅才導通。 3. 可控硅在導通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，可控硅保持導通，即可控硅導通后，門極失去作用。 4. 可控硅在導通情況下，當主回路電壓（或電流）減小到接近于零時，可控硅關斷。注意可控硅是半控件，關斷不由門極控制，而只當主電流接近零時才能關斷。（3）。 可控硅連接電路 2 PID算法 PID算法簡介在過程控制中，按偏差的比例P(Proportional)、積分I（Integral）和微分D（Differential）進行控制的PID控制器是應用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易于實現，適用面廣，控制參數相互獨立，參數的選定比較簡單等優(yōu)點 。數字PID算法分為置位式和增量式兩種。當執(zhí)行需要的不是控制量的絕對值，而是控制量的增量時，需要用PID的“增量算法”。：PID算法可控硅受控對象r +e?uuy 增量式PID控制算法增量式PID控制算法可以通過21式推導出。由21可以得到控制器的第k1個采樣時刻的輸出值為式22： 式21 式22將式51與式52相減并整理，就可以得到增量式PID控制算法公式為： 式23其中由式53可以看出，如果計算機控制系統采用恒定的采樣周期T，一旦確定A、B、C，只要使用前后三次測量的偏差值，就可以由式53求出控制量。增量式PID控制算法與位置式PID算法51相比，計算量小得多，因此實際中得到廣泛的應用。位置式PID控制算法也可以通過增量式控制算法推出遞推計算公式： 式24式24就是目前在計算機控制中廣泛應用的數字遞推PID控制算法。：比例系數加大，使系統的動作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小；P偏大，振蕩次數加多，調節(jié)時間加長；P太大時，系統會趨于不穩(wěn)定；P太小，又會使系統的動作緩慢。P可以選負數，這主要是由執(zhí)行機構、傳感器以及控制對象的特性來決定的。如果P得符號選擇不當對象測量值就會離控制目標的設定值越來越遠，如果出現這樣的情況P的符號就一定要取反。：積分作用使系統的穩(wěn)定性下降，I?。ǚe分作用強）會使系統不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統的控制精度。：微分作用可以改善動態(tài)特性，D偏大時，超調量較大，調節(jié)時間較短；D偏小時，超調量也較大，調節(jié)時間也較長；只有D合適，才能使超調量較小，減短調節(jié)時間。 PID算法的程序設計 要編寫一個已知算法的單片機程序，首先要考慮的就是數據的結構和存儲方式了。因為它直接影響到系統的控制精度，以及PID算法的實現質量。本系統從一開始的設計思路就是盡可能高的提高系統的控制精度。要提高系統的控制精度，在計算過程中僅取整數或定點小數是不夠的，所以本設計采用三字節(jié)浮點數運算。對于STC89C52單片機而言，有足夠的內存去存儲和處理這些數據。另外，為了使程序的參數修改方便，更易于應用到其他PID控制系統中去，在一開始的參數賦值程序中，參數是以十進制BCD碼浮點數存儲的，參數賦值完成后，緊接著就是對參數進行二進制浮點數的歸一化處理。這些工作在系統啟動后迅速就完成了，之后PID控制器只進行PID核心控制算法的計算。 所示算法。由于本設計中主要用到增量式PID控制算法，所以在此我們只對增量式PID算法的程序實現做介紹。增量式PID算式為: 式25設 則有 PID增量式程序流程圖 PID算法參數整定方法三個基本參數Kp、Ki、Kd在實際控制中的作用：比例調節(jié)作用：是按比例反映系統的偏差，系統一旦出現了偏差，比例調節(jié)立即產生調節(jié)作用用以減少偏差，屬于“即時”型調節(jié)控制。比例作用大，可以加快調節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統的穩(wěn)定性下降甚至造成系統的不穩(wěn)定。積分調節(jié)作用：使系統消除靜態(tài)誤差，提高無誤差度。因為有誤差，積分調節(jié)就進行，直至無誤差，積分調節(jié)停止，積分調節(jié)輸出一常值，屬于“歷史積累”型調節(jié)控制。積分作用的強弱取決與積分時間常數Ti，Ti越小，積分作用就越強。反之Ti大則積分作用弱，加入積分調節(jié)可使系統穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應變慢。積分作用常與另兩種調節(jié)規(guī)律結合，組成PI調節(jié)器或PID調節(jié)器。微分調節(jié)作用：微分作用反映系統偏差信號的變化率，具有預見性，能預見偏差的變化趨勢，因此能產生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，以被微分調節(jié)作用消除，因此屬于“超前或未來”型調節(jié)控制。因此，可以改善系統的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適的情況下，可以減少超調，減少調節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的加微分調節(jié)，對系統抗干擾不利。此外，微分反映的是變化率，而當輸入沒有變化時，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調節(jié)規(guī)律相結合，組成PD或PID控制器。PID控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接使用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比較法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經驗公式控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行最后調整與完善。現在一般采用的是臨界比較法。PID參數的設定是靠經驗及工藝的熟悉，參考測量值跟蹤與設定值曲線，從而調整P/I/D的大小。，增大比例增益P。，減小積分時間常數Ti。，增大微分時間常數Td。確定比例增益P時，首先去掉PID的積分項和微分項，一般是令Ti=0、Td=0，使PID為純比例調節(jié)。輸入設定為系統允許的最大值的60%~70%，由0逐漸加大比例增益P，直至系統出現振蕩；再反過來，從此時的比例增益P逐漸減小，直至系統振蕩消失，記錄此時的比例增益P，設定PID的比例增益P為當前值得60%~70%。比例增益P調試完成。比例增益P確定后，設定一個較大的積分時間常數Ti的初值，然后逐漸減小Ti，直至系統出現振蕩，之后再反過來，逐漸加大Ti，直至系統振蕩消失。記錄此時的Ti，設定PID的積分時間常數Ti為當前值得150%~180%。積分時間常數Ti調試完成。積分時間常數Td