【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電耦合隔離措施，將2個(gè)電路的電氣連接隔開(kāi)，切斷可能形成的環(huán)路，使他們相互獨(dú)立，提高電路系統(tǒng)的抗干擾性能。若傳輸線較長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)干擾嚴(yán)重，可通過(guò)兩級(jí)光電耦合器將長(zhǎng)線完全“浮置”起來(lái)。 光耦器件MOC3040由于單片機(jī)是弱點(diǎn)，而電加熱器是強(qiáng)電，所以用光耦合很好的解決了強(qiáng)弱電隔離的問(wèn)題，在本設(shè)計(jì)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(gè)電極,分別稱為陽(yáng)極和陰極,由中間的P極引出一個(gè)控制極. (1)單向可控硅。當(dāng)Uak0時(shí)，若Ugk0，可控硅不導(dǎo)通；當(dāng)Uak0時(shí)，若Ugk0，可控硅導(dǎo)通；當(dāng)Uak0時(shí)，不論Ugk為何值，可控硅都處于關(guān)斷狀態(tài)，Iak=0。通過(guò)對(duì)單向可控硅的技術(shù)分析，可歸納出如下特點(diǎn)：1）可控硅的導(dǎo)通條件是在陽(yáng)極A與陰極K之間加有正向電壓情況下，在門(mén)極G與陰極K之間加上一個(gè)正向脈沖信號(hào)，形成門(mén)極電流，此電流將觸發(fā)可控硅進(jìn)入自鎖的導(dǎo)通狀態(tài)。2）門(mén)極G無(wú)法控制可控硅(2)雙向可控硅 雙向可控硅相當(dāng)于兩個(gè)單向引腳多數(shù)是按TTG的順序從左至右排列(電極引腳向下,面對(duì)有字符的一面時(shí)).加在控制極G上的觸發(fā)脈沖的大小或時(shí)間改變時(shí),就能改變其導(dǎo)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(shí),其導(dǎo)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(yáng)極電壓時(shí)，不管門(mén)極承受哪種電壓，可控硅都處于關(guān)斷狀態(tài)。2. 可控硅承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，僅在門(mén)極承受正向電壓的情況下可控硅才導(dǎo)通。 3. 可控硅在導(dǎo)通情況下，只要有一定的正向陽(yáng)極電壓，不論門(mén)極電壓如何，可控硅保持導(dǎo)通，即可控硅導(dǎo)通后，門(mén)極失去作用。 4. 可控硅在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主回路電壓（或電流）減小到接近于零時(shí)，可控硅關(guān)斷。注意可控硅是半控件，關(guān)斷不由門(mén)極控制，而只當(dāng)主電流接近零時(shí)才能關(guān)斷。（3）。 可控硅連接電路 2 PID算法 PID算法簡(jiǎn)介在過(guò)程控制中，按偏差的比例P(Proportional)、積分I（Integral）和微分D（Differential）進(jìn)行控制的PID控制器是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器。它具有原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立，參數(shù)的選定比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn) 。數(shù)字PID算法分為置位式和增量式兩種。當(dāng)執(zhí)行需要的不是控制量的絕對(duì)值，而是控制量的增量時(shí)，需要用PID的“增量算法”。：PID算法可控硅受控對(duì)象r +e?uuy 增量式PID控制算法增量式PID控制算法可以通過(guò)21式推導(dǎo)出。由21可以得到控制器的第k1個(gè)采樣時(shí)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)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(cè)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(jì)算量小得多，因此實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用。位置式PID控制算法也可以通過(guò)增量式控制算法推出遞推計(jì)算公式： 式24式24就是目前在計(jì)算機(jī)控制中廣泛應(yīng)用的數(shù)字遞推PID控制算法。：比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減?。籔偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)；P太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定；P太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。P可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以及控制對(duì)象的特性來(lái)決定的。如果P得符號(hào)選擇不當(dāng)對(duì)象測(cè)量值就會(huì)離控制目標(biāo)的設(shè)定值越來(lái)越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況P的符號(hào)就一定要取反。：積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，I?。ǚe分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。：微分作用可以改善動(dòng)態(tài)特性，D偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短；D偏小時(shí)，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)；只有D合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間。 PID算法的程序設(shè)計(jì) 要編寫(xiě)一個(gè)已知算法的單片機(jī)程序，首先要考慮的就是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式了。因?yàn)樗苯佑绊懙较到y(tǒng)的控制精度，以及PID算法的實(shí)現(xiàn)質(zhì)量。本系統(tǒng)從一開(kāi)始的設(shè)計(jì)思路就是盡可能高的提高系統(tǒng)的控制精度。要提高系統(tǒng)的控制精度，在計(jì)算過(guò)程中僅取整數(shù)或定點(diǎn)小數(shù)是不夠的，所以本設(shè)計(jì)采用三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。對(duì)于STC89C52單片機(jī)而言，有足夠的內(nèi)存去存儲(chǔ)和處理這些數(shù)據(jù)。另外，為了使程序的參數(shù)修改方便，更易于應(yīng)用到其他PID控制系統(tǒng)中去，在一開(kāi)始的參數(shù)賦值程序中，參數(shù)是以十進(jìn)制BCD碼浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)的，參數(shù)賦值完成后，緊接著就是對(duì)參數(shù)進(jìn)行二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)的歸一化處理。這些工作在系統(tǒng)啟動(dòng)后迅速就完成了，之后PID控制器只進(jìn)行PID核心控制算法的計(jì)算。 所示算法。由于本設(shè)計(jì)中主要用到增量式PID控制算法，所以在此我們只對(duì)增量式PID算法的程序?qū)崿F(xiàn)做介紹。增量式PID算式為: 式25設(shè) 則有 PID增量式程序流程圖 PID算法參數(shù)整定方法三個(gè)基本參數(shù)Kp、Ki、Kd在實(shí)際控制中的作用：比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反映系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差，屬于“即時(shí)”型調(diào)節(jié)控制。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過(guò)大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)作用：使系統(tǒng)消除靜態(tài)誤差，提高無(wú)誤差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)誤差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值，屬于“歷史積累”型調(diào)節(jié)控制。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱，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。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差的變化趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒(méi)有形成之前，以被微分調(diào)節(jié)作用消除，因此屬于“超前或未來(lái)”型調(diào)節(jié)控制。因此，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在微分時(shí)間選擇合適的情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反映的是變化率，而當(dāng)輸入沒(méi)有變化時(shí)，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接使用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(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，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比較法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比較法。PID參數(shù)的設(shè)定是靠經(jīng)驗(yàn)及工藝的熟悉，參考測(cè)量值跟蹤與設(shè)定值曲線，從而調(diào)整P/I/D的大小。，增大比例增益P。，減小積分時(shí)間常數(shù)Ti。，增大微分時(shí)間常數(shù)Td。確定比例增益P時(shí)，首先去掉PID的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，一般是令Ti=0、Td=0，使PID為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的60%~70%，由0逐漸加大比例增益P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過(guò)來(lái)，從此時(shí)的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時(shí)的比例增益P，設(shè)定PID的比例增益P為當(dāng)前值得60%~70%。比例增益P調(diào)試完成。比例增益P確定后，設(shè)定一個(gè)較大的積分時(shí)間常數(shù)Ti的初值，然后逐漸減小Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后再反過(guò)來(lái)，逐漸加大Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時(shí)的Ti，設(shè)定PID的積分時(shí)間常數(shù)Ti為當(dāng)前值得150%~180%。積分時(shí)間常數(shù)Ti調(diào)試完成。積分時(shí)間常數(shù)Td