基于單片機(jī)的pid控制算法(編輯修改稿)
2025-07-24 19:22 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 序 由于模塊化程序的設(shè)計，通過調(diào)用程序即可實現(xiàn)所用功能，主程序流程圖如圖13所示。寫程序時，調(diào)用程序前即系統(tǒng)運(yùn)行首要先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化。然后對按鍵進(jìn)行掃描，對按鍵事件做出相應(yīng)的反應(yīng)。接下來看是否有溫度數(shù)據(jù)采集到，如果有就進(jìn)行A/D采樣及PID處理數(shù)據(jù)，最后所得結(jié)果與設(shè)定值比較從而控制繼電器通斷。圖13主程序流程圖 系統(tǒng)初始化 系統(tǒng)初始化包括A/D口初始化、按鍵初始化等。對端口的初始化即是對端口相應(yīng)位進(jìn)行設(shè)置，這些初始化程序都嵌入在各個子程序里面。 按鍵程序 按鍵掃描：由于機(jī)械觸點(diǎn)有彈性，在按下或彈起按鍵時會出現(xiàn)彈跳抖動過程，從最初按下到接觸穩(wěn)定要經(jīng)過數(shù)毫秒的彈跳時間，因此為了保證探險鍵識別的準(zhǔn)確性，必須消除抖動。鍵值處理：圖14是對鍵值的處理流程圖。 A/D采樣數(shù)據(jù)處理當(dāng)采樣到溫度數(shù)據(jù)時，為了防止在采樣過程中外界干擾而造成采樣數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，必須調(diào)用溫度均值處理程序，然后確定溫度系數(shù)使采樣轉(zhuǎn)換得到的電壓信號轉(zhuǎn)換成溫度值，并進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)換，用于顯示和PID計算。其中均值處理是一個重要的環(huán)節(jié)，是A/D轉(zhuǎn)換前必不可少的工具，流程圖如圖15所示。 圖14 鍵值處理 圖15 A/D轉(zhuǎn)換流程圖 PID計算由于單片機(jī)控制是一種采樣控制，系統(tǒng)中 PID調(diào)節(jié)規(guī)律可通過數(shù)值公式近似計算。 （） （）由此可得增量式算法公式： （） （）這個計算的過程可用一個簡單的程序來實現(xiàn)。 繼電器控制 繼電器是和AT89C51單片機(jī)的P25口相連的，它的開斷完全取決于P25口的輸出，即PID計算的結(jié)果。當(dāng)輸出小于零說明設(shè)定值小于實際輸出值，這是就要關(guān)閉電爐，同時關(guān)閉定時器的計時。如果輸出值大于設(shè)定值5攝氏度時就可以開電爐對水開始加熱。如果設(shè)定值與實際輸出值差值在5攝氏度以內(nèi)時，我們就調(diào)用中斷程序定時加熱。 圖16數(shù)據(jù)采樣中斷服務(wù)程序的流程圖。 圖17控制程序的中斷服務(wù)程序，用來對繼電器定時加熱。它利用中斷定時器10ms確定加熱時間，當(dāng)加熱時間未到時，繼續(xù)時間累積，若加熱時間到時，就調(diào)用關(guān)定時器子程序，停止計時。 圖16數(shù)據(jù)采樣中斷程序流程圖 圖17控制程序中斷程序流程圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 在以單片機(jī)為控制核心的控制系統(tǒng)中，單片機(jī)擔(dān)負(fù)著接受外部信號，發(fā)出控制指令等重要作用，是構(gòu)建控制系統(tǒng)的前提，所以在開始直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計之前必須首先搭建起一套能正常工作的單片機(jī)最小系統(tǒng)。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖18所示。 最小系統(tǒng)是實現(xiàn)實驗的一個最基本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的好壞決定了一個系統(tǒng)的好壞，所以說最小系統(tǒng)是單片機(jī)里最基本的系統(tǒng)，也是重要的系統(tǒng)。 圖18 單片機(jī)最小系統(tǒng) 系統(tǒng)安裝調(diào)試與測試 測觸點(diǎn)電阻 用萬能表的電阻檔，測量常閉觸點(diǎn)與動點(diǎn)電阻，其阻值應(yīng)為0；而常開觸點(diǎn)與動點(diǎn)的阻值就為無窮大。由此可以區(qū)別出那個是常閉觸點(diǎn)，那個是常開觸點(diǎn)。經(jīng)測試本系統(tǒng)使用的繼電器為常開式?？捎萌f能表R200Ω檔測量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在著開路現(xiàn)象。 測量吸合電壓和吸合電流 找來可調(diào)穩(wěn)壓電源和電流表，給繼電器輸入一組電壓，且在供電回路中串入電流表進(jìn)行監(jiān)測。慢慢調(diào)高電源電壓，聽到繼電器吸合聲時，記下該吸合電壓和吸合電流。為求準(zhǔn)確，可以試多幾次而求平均值。進(jìn)行連接測試，當(dāng)繼電器發(fā)生吸合后，再逐漸降低供電電壓，當(dāng)聽到繼電器發(fā)生釋放聲音時，記下此時的電壓和電流，亦可嘗試多幾次而取得平均的釋放電壓和釋放電流。一般情況下，繼電器的釋放電壓約在吸合電壓的10~50％，如果釋放電壓太?。ㄐ∮?/10的吸合電壓），則不能正常使用了，這樣會對電路的穩(wěn)定性造成威脅，工作不可靠。5 結(jié)論 此課程設(shè)計是水溫控制系統(tǒng)，首先是方案的選擇，這是課程設(shè)計的最主要的環(huán)節(jié)。然后進(jìn)行軟件編程，通過數(shù)據(jù)線連接電腦下載編好的程序，進(jìn)行調(diào)試。再接下來是添加單元電路，并進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試過程中，遇到不少問題，主要是經(jīng)驗不足，經(jīng)過不停的摸索，問題基本上得到了解決。我也懂得了系統(tǒng)要有良好的控制效果，其前端采集溫度信號需要足夠精確，其次系統(tǒng)的構(gòu)成要簡單實用，實時監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，并且運(yùn)用多種算法使得數(shù)據(jù)更為接近真實值。 此次系統(tǒng)設(shè)計中主要難題為控制系統(tǒng)輸出控制和PID控件，系統(tǒng)PID輸出為模擬信號而該系統(tǒng)的控制對象為一加熱棒，因此一般的執(zhí)行器無法滿足控制需求，而使用普通的觸點(diǎn)式繼電器會因頻繁開關(guān)而產(chǎn)生電弧，可能導(dǎo)致事故發(fā)生。所以在系統(tǒng)執(zhí)行部分選取了SSR固態(tài)繼電器作執(zhí)行部件，從而克服了觸點(diǎn)式繼電器的不足。PID控件的難題在于參數(shù)整定,對于本系統(tǒng)來說參數(shù)整定只能使用經(jīng)驗湊試，而且調(diào)試的時候一定要耐心。 總的來說通過這次畢業(yè)設(shè)計，學(xué)到了很多東西，無論是動手能力，分析問題的能力都得到了提高，最大的體會還是理論運(yùn)用到實踐還是有很大差距，理論學(xué)得再好到了實際運(yùn)用的時候還是會出現(xiàn)很多問題，這些問題通過多實踐積累經(jīng)驗可以得到解決。 附錄部分程序代碼：include include define uint unsigned intdefine uchar unsigned charsbit S1 = P2^5。sbit S2 = P2^6。sbit S3 = P2^7。unsigned GetCh (void){ unsigned char s = 0,k
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