【文章內(nèi)容簡介】 望升溫越快越好，因此，自由升溫段控制方程為： U(n)=1 (T ≤ T0 )(在實際程序中，U(n)=1表示全導通時的數(shù))。而由于在本次的電路設計中在一開始的自由升溫過程中采取的是交流接觸器全功率加熱，晶閘管觸發(fā)電路相當于短路，故不需要PID控制。在溫度恒定階段，交流接觸器斷開，由晶閘管觸發(fā)電路來進行PID控制電路以此穩(wěn)定溫度到達設定值。PID控制算法的差分方程形式為： U(n)=U(n1)+ KP[e(n)e(n1)]+KI e(n)+ KD[e(n)2e(n)+e(n2)]其中，KP是比例系數(shù)，KI是積分系數(shù)，KI=KPT/ TI，KD為微分系數(shù)，KD= KPTD / T。通過仿真測試多組數(shù)據(jù)，最終得出值為：KP=200，KI=200，KD=60。整個差分方程都是執(zhí)行整數(shù)運算，U(n)，計算開始時U(n1)=0,e(n1)=0,e(n2)=0。每次采樣計算一次e(n)、U(n)，并將e(n)、U(n)保存起來，變成e(n－1)、e(n2)、U(n－1)，供下一次采樣時刻使用?？刂茣r，首先取給定值，再對電爐的溫度進行采樣，把采樣結(jié)果和給定值進行比較而產(chǎn)生偏差e(n)，通過上式進行計算，求出即時控制量U(n)并存入內(nèi)存中。在INT0 中斷服務程序中對U(n)進行操作，以控制晶閘管的導通時間，達到控制輸出功率的目的。具體的PID軟件流程圖如圖42所示，其中ek為誤差，ek1為上一次的誤差，ek2為誤差的積累和，uk是控制量。初始化控制步數(shù)、采樣點數(shù)Point初始化ek，ek1，ek2，uk初始化系統(tǒng)輸出希望值start畫希望值曲線使硬件被控對象初始值輸出等于0采集硬件被控對象的輸出inputf inputf浮點化 求ek＝start－inputfuk=pek+kiek2+kd(ekek1)判斷uk是否超上下限輸出ukek1＝ek ek2＝ek2＋ek畫被控對象第J點輸出inputfJ+1++Jpoint結(jié)束判斷積分分離項Uk=kpek+kd(ekek1)圖42 PID軟件流程圖第五章 測試與調(diào)整 主機電路的測試通上電之后，指示燈顯示正常，能夠?qū)⒊绦蛳螺d到單片機中并且運行正常。 顯示電路的測試按照電路圖正確將液晶1602連接到單片機的相應口上，寫一個簡單的顯示函數(shù)，如果能夠正確顯示，則說明顯示模塊正確。若不能正確顯示，則從兩方面進行檢查；一是硬件電路，而是軟件驅(qū)動。硬件電路可以通過對照電路圖，借助萬用表逐腳校正。至于軟件驅(qū)動，則通過proteus軟件仿真進行測試。 溫度檢測電路的測試溫度采集硬件電路很簡單，主要是軟件驅(qū)動，需要通過對照DS18B20時序圖進行驅(qū)動編寫，然后將當前溫度顯示在液晶上，采集溫度與當前溫度差不多即說明驅(qū)動正確，可以通過加熱或冷卻進一步測試。 控制執(zhí)行電路的測試端口通上高電平之后，晶閘管兩端連通。一開始不通，無論是通高電平還是低調(diào)平。經(jīng)過對電路的研究，發(fā)現(xiàn)晶閘管的T1和T2接反了，導致兩端始終連通。 硬件測試實物圖 PID參數(shù)的測試性能指標參數(shù)階躍響應曲線δ%Tp（秒）Ts（秒）KpKiKd2004060圖5147012510004060圖52811315020040300圖53325030020020060圖54060100圖51圖52圖53圖54結(jié)束語畢業(yè)設計是對大學階段所學知識的一個總結(jié)。這次的畢業(yè)設計，我做的是高精度長壽命大功率恒溫器電氣控制設計，以此來提高自己的綜合解決問題以及應用知識的能力。由于本身知識水平以及時間有限，在本次設計中的某些問題可能設想不夠周全。比如，控制方法的不夠完美，參數(shù)的設置不夠合理，或許還有很多問題還沒有發(fā)現(xiàn)，希望老師給予指出。 由于是初次接觸強電設計，剛開始畏手畏腳的。這次設計可以說是一波三折，在設計開始的前兩天，我就已經(jīng)將單片機控制部分的軟硬件設計好了，但是在驅(qū)動加熱爐的部分卻花費了我很多時間。剛開始我使用了學校提供的光耦驅(qū)動芯片，可能是我對芯片不太了解，也沒有關于芯片的資料，從單片機輸出的PWM信號經(jīng)過光耦驅(qū)動后沒法得到我需要的信號。然后我自己用紅外發(fā)光對管做了一個光電耦合器，由于未考慮自己設計的光耦的耐壓值，當加上220V電后，光耦即被燒壞了。于是我自己更換了一片光耦芯片，并自己用三極管等分立元件搭建了MOSFET驅(qū)動電路，這部分經(jīng)過驗證后可以使用。但是隨后我又遇到了困難，又換了兩種MOSFET芯片，芯片仍然不能正常工作，或許是芯片的質(zhì)量不夠高，耐壓不夠高，很容易就被燒壞了，最后我請教了身邊的一些同學，他給我介紹了一款功能比較好的MOSFET芯片，我買回來試驗后，很成功的實現(xiàn)了功能。所以我認為做設計選擇元器件很重要，另外還要注意各個器件的使用環(huán)境，不同的電路在不同的環(huán)境下去產(chǎn)生不同的效果。在控制過程中，由于以前沒有使用過晶閘管，所以在開始的實驗測試過程中T1和T2始終導通，經(jīng)過仔細的檢查和思考，發(fā)現(xiàn)T1和T2角接反了，導致晶閘管無論是否有觸發(fā)都直接導通。在初期的設計中，我采用的是51單片機，而通過別人介紹和自身的學習，我體會到Mega8單片機在各方面相對于51單片機的優(yōu)越性，包括片內(nèi)資源的豐富，響應速度快，性價比高等，故最后采用了Mega8單片機，而且在連線上也稍微簡單，這使得在硬件電路的設計稍微輕松一點。這次還學習到液晶的顯示，如何連線，如何驅(qū)動液晶，這些還是有很大的學問的，其中涉及到的最大的一個問題在于時序圖的合理運用。包括DS18B20也是要對時序圖有一個準確的認識。在初期的設計中，我選擇了使用模糊PID控制以達到一個更好的控制效果，而通過對課題的深入研究以及后期的硬件電路的搭建，我體會到這次課題的高精度不是在軟件手法上有所提高，而是通過一個交流接觸器和晶閘管配合使用的硬件電路的提高來完成這樣一個效果。在控制手法上仍然采用傳統(tǒng)的PID控制，通過多次實驗數(shù)據(jù)的測試，獲得了最終的參數(shù)值。作為一個初學者，從想法的產(chǎn)生，到想法在理論上的可行性，以及到最后的設計完成，無不需要突破種種困難，但是我都挺了過來。雖然過程很艱苦，但是當做完以后，心里是無法言以表達的激動。它對我以后的設計思想、設計方法、設計過程都將會產(chǎn)生深遠的影響。學會查閱資料是我在這次設計中的最大收獲，畢竟一個人的知識水平有限，而資料在設計中的作用可以說是舉足輕重。不斷地收集和查閱資料使我知識面不斷拓寬，為以后也打下了良好的基礎。通過設計，使我對一個產(chǎn)品的設計過程有了全面的了解，設計過程中出現(xiàn)的許多困難也使我自己不斷完善。不斷的堅持使我信心百倍，不斷的完善思路，達到畢業(yè)設計任務書中的要求。致 謝此次畢業(yè)設計，首先要感謝王老師和畢老師對于我在理論上的指導和具體實施的幫助，作為一個初學者，在好多方面還是相當不成熟的，包括思路和具體的實施，通過王老師的指導，我基本明確了課題的方向和具體的實施方案，并最終通過自己的努力達到所要求的目標，還有要感謝學校實驗室給予我平臺以及實驗期間的幫助，感謝學校對于此次畢業(yè)設計的合理安排和支持，能夠讓我合理的安排時間如期完成。最后，感謝身邊的朋友對我的幫助與支持。 52 參考文獻[1][J].低壓電器,2000，No5:3035[2]曾光奇，胡均安，王東，劉春玲，模糊控制理論與工程應用[M],武昌喻家山：華中科技大學出版社，2006年[3] [J].工業(yè)爐,2007,29(3):3033[4] 彭宣戈主編，16位單片機原理及應用[M]，北京: 北京航空航天大學出版社, 2006年[5] Terry Bartelt，工業(yè)控制電子學—設備、系統(tǒng)與應用[M]，北京：清華大學出版社[6]Sue Baumann, Meredith Flynn, Minneapolis，Microputers and information technology[M]， St. Paul : West Pub. 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