【文章內(nèi)容簡介】 的消除將隨之減慢；：增大微分時間TD，也有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱。 數(shù)字PID控制算法PID調(diào)節(jié)器是比例調(diào)節(jié)(P調(diào)節(jié))、積分調(diào)節(jié)(I調(diào)節(jié))和微分調(diào)節(jié)(D調(diào)節(jié))的組合。PID調(diào)節(jié)器的動作規(guī)律是在實際的控制中，一般都采用計算機控制，通常依據(jù)控制器輸出與執(zhí)行機構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系，將基本數(shù)字PID算法分為位置式PID和增量式PID兩種。基本PID控制器的理想算式為 ()式中：u(t)——控制器(也稱調(diào)節(jié)器)的輸出；e(t)——控制器的輸入（常常是設(shè)定值與被控量之差，即e(t)=r(t)c(t)）；Kp——控制器的比例放大系數(shù)；Ti ——控制器的積分時間；Td——控制器的微分時間。設(shè)u(k)為第k次采樣時刻控制器的輸出值，可得離散的PID算式 () r(t) + e(t) u(k) c(k)被控對象PID位置式算法 位置式PID算法控制原理圖由于計算機的輸出u(k)直接控制執(zhí)行機構(gòu)（如閥門），u(k)的值與執(zhí)行機構(gòu)的位置（如閥門開度）一一對應(yīng)，所以通常稱式()為位置式PID控制算法。對于位置式算法，控制從手動切換到自動時，必須先將計算機的輸出值設(shè)置為原始閥門開度u0，才能保證無沖擊切換。如果采用增量算法，易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。此外，在計算機發(fā)生故障時，由于執(zhí)行裝置本身有寄存作用，故可仍然保持在原位。位置式PID控制算法的缺點：當(dāng)前采樣時刻的輸出與過去的各個狀態(tài)有關(guān)，計算時要對e(k)進行累加，運算量大；而且控制器的輸出u(k)對應(yīng)的是執(zhí)行機構(gòu)的實際位置，如果計算機出現(xiàn)故障，u(k)的大幅度變化會引起執(zhí)行機構(gòu)位置的大幅度變化。增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量Δu(k)。采用增量式算法時，計算機輸出的控制量Δu(k)對應(yīng)的是本次執(zhí)行機構(gòu)位置的增量，而不是對應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)的實際位置，因此要求執(zhí)行機構(gòu)必須具有對控制量增量的累積功能，才能完成對被控對象的控制操作。執(zhí)行機構(gòu)的累積功能可以采用硬件的方法實現(xiàn)；也可以采用軟件來實現(xiàn)，如利用算式程序化來完成。由式()可得增量式PID控制算式 ()式中進一步可以改寫成 ()一般計算機控制系統(tǒng)的采樣周期T在選定后就不再改變，所以，一旦確定了Kp、Ti、Td，只要使用前后3次測量的偏差值即可求出控制增量。它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量，需要采用計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計方法中有關(guān)模擬調(diào)節(jié)器的離散化方法，若用矩形法數(shù)值積分近似式中的連續(xù)積分，用一階后差近似代替微分, 采用不同調(diào)節(jié)動作時具有同樣衰減率的響應(yīng)過程。顯然，PID三個同時作用時效果最佳，但這并不意味著，在任何情況下采用三作用調(diào)節(jié)都是合理的。同時，三作用調(diào)節(jié)器有3個需要整定的參數(shù)，如果這些參數(shù)整定不合適，則不僅不能發(fā)揮各種調(diào)節(jié)動作應(yīng)有的作用，反而適得其反。事實上，選擇什么樣動作規(guī)律的調(diào)節(jié)器與具體對象匹配，是一個非常復(fù)雜的問題，需要綜合考慮多種因素方能獲得合理解決。通常，選擇調(diào)節(jié)器動作規(guī)律時應(yīng)根據(jù)對象特性、負荷變化、主要擾動和系統(tǒng)控制要求等具體情況，同時還要考慮擦系統(tǒng)的經(jīng)濟性以及系統(tǒng)投入方便等。增量式PID算法的優(yōu)點：位置式算法每次輸出與整個過去狀態(tài)有關(guān)，計算式中要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的積累誤差。而增量式只需計算增量，當(dāng)存在計算誤差或精度不足時，對控制量計算的影響較小。 數(shù)字PID控制算法的改進在計算機控制系統(tǒng)中，PID控制規(guī)律是用計算機程序來實現(xiàn)的，因此他的靈活性很大，一些原來在模擬PID控制器中無法實現(xiàn)的問題，在引入計算機后就可以得到解決，于是產(chǎn)生了一系列的算法改進，以滿足不同控制系統(tǒng)的需求。下面介紹幾種數(shù)字PID的改進算法：遇限削弱積分法，積分分離PID控制算法，不完全微分PID控制算法，微分先行PID控制算法和帶死區(qū)的PID控制算法。 遇限削弱積分算法 一旦控制變量進入飽和區(qū)，將只執(zhí)行削弱積分項的運算而停止進行增大積分項的運算。具體地說，在計算u（k）時，將判斷上一時刻的控制量u（k）是否已超出限制范圍，如果已超出，那么將根據(jù)偏差的符號，判斷系統(tǒng)輸出是否在超調(diào)區(qū)域，由此決定是否將相應(yīng)偏差計入積分項。 。開始計算偏差e(n)計算比例及微分項u(k1) ≥ Yu(k1) ≤ N Ye(k)0e(k)0 N N計算積分項 Y Y計算控制量u(k)返回 遇限削弱積分算法流程圖 積分分離PID控制算法積分分離法: 減小積分飽和的關(guān)鍵在于不能使積分項累積過大。上面的修正方法是一開始就積分，但進入限制范圍后即停止累積。這里介紹的積分分離法正好與其相反，它在開始時不進行積分，直到偏差達到一定的閥值后才進行積分累計。這樣，一方面防止了一開始有過大的控制量，另一方面即使進入飽和后，因積分累積小，也能較快退出，減少了超調(diào)。采用積分分離法的PID位置算法流程圖如圖所示。系統(tǒng)輸出在門限外時，該算法相當(dāng)于PD調(diào)節(jié)器。只有在門限范圍內(nèi)，積分部分才起作用，以消除系統(tǒng)靜差。 。開始計算e(k)=r(k)c(t)計算比例和微分項丨e(k)丨≤ε N Y計算積分項各項求和計算計算控制量u(k)返回 微分先行PID算法出發(fā)點：避免因給定值變化給控制系統(tǒng)帶來超調(diào)量過大、調(diào)節(jié)閥動作劇烈的沖擊。特點：只對測量值(被控量)進行微分, 而不對偏差微分, 也即對給定值無微分作用。 R(s) U(s) Y(s) 微分先行的PID控制方框圖 帶死區(qū)的PID調(diào)節(jié)器 基本思想：一旦計算出的控制量u(k)進入飽和區(qū), 一方面對控制量輸出值限幅；另一方面增加判別程序, 算法中只執(zhí)行削弱積分飽和項的積分運算, 而停止增大積分飽和項的運算。在控制精度要求不高的場合，能減少由于頻繁動作引起的振蕩和能量消耗。控制算式和傳遞特性圖分別為： 帶有死區(qū)的PID控制特性在控制精度要求不高、控制過程要求平穩(wěn)的測控系統(tǒng)中，為了避免控制動作過于頻繁，消除由此引起的振蕩，可以人為的設(shè)置一個不靈敏區(qū)B，即帶死區(qū)的PID控制。只有不在死區(qū)范圍內(nèi)時，才按PID算式計算控制量。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計的目標在于建立一個完整的CK系列沖孔樁機自動控制系統(tǒng)，利用程序控制系統(tǒng)運行，在保證實現(xiàn)邏輯模型的基礎(chǔ)上，盡可能提高系統(tǒng)的各項指標。通過軟件系統(tǒng)確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當(dāng)需要改變操作等問題的時不需要變化硬件，只要修改系統(tǒng)程序即可實現(xiàn)。軟件開發(fā)應(yīng)按軟件工程進行，按照軟件生命周期把軟件開發(fā)進程分為六個階段:系統(tǒng)分析(analysis)、系統(tǒng)設(shè)計(design)、編碼(implementation)、模塊測試、系統(tǒng)測試、軟件運行。系統(tǒng)分析:分析階段定義了系統(tǒng)的預(yù)期行為；設(shè)計階段:設(shè)計階段決定了通過交互對象的實時特性如何實現(xiàn)系統(tǒng)操作；編碼階段:應(yīng)用面向?qū)ο蟮恼Z言編制軟件；模塊測試:測試所開發(fā)軟件的每一個模塊是否滿足設(shè)計的要求；系統(tǒng)測試:測試所開發(fā)軟件系統(tǒng)是否滿足規(guī)格說明的要求；軟件運行:軟件在實際應(yīng)用環(huán)境中應(yīng)用。 CodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境本課題軟件程序在CodeWarrior環(huán)境下編寫采用CodeWarrior IDE，開發(fā)人員可以得益于采用各種處理器和平臺（從Motorola到TI到Intel）間的通用功能性。CodeWarrior編譯器和調(diào)試器在商用嵌入式軟件開發(fā)工具的使用率方面排名第一。CodeWarrior是經(jīng)過Palm公司正式認可的開發(fā)平臺?；贛acintosh的CodeWarrior是最早的Palm開發(fā)平臺。它利用了Macintosh的代碼編輯器和編譯器。由于Macintosh計算機使用的處理器芯片和Palm掌上設(shè)備的中央處理器芯片都是Motorola公司出品的，因此，它們具有相近的處理器指令體系，這一點也影響到了目前的各種Palm掌上設(shè)備的開發(fā)平臺。 CodeWarrior軟件的基本特性CodeWarrior包括構(gòu)建平臺和應(yīng)用所必需的所有主要工具 IDE、編譯器、調(diào)試器、編輯器、鏈接器、匯編程序等。另外，CodeWarrior IDE支持開發(fā)人員插入他們所喜愛的工具，使他們可以自由地以希望的方式工作。CodeWarrior開發(fā)工作室將尖端的調(diào)試技術(shù)與健全開發(fā)環(huán)境的簡易性結(jié)合在一起，將C/C++源級別調(diào)試和嵌入式應(yīng)用開發(fā)帶入新的水平。開發(fā)工作室提供高度可視且自動化的框架，可以加速甚至是最復(fù)雜應(yīng)用的開發(fā)，因此對于各種水平的開發(fā)人員來說，創(chuàng)建應(yīng)用都是簡單而便捷的。 它是一個單一的開發(fā)環(huán)境，在所有所支持的工作站和個人電腦之間保持一致。在每個所支持的平臺上，性能及使用均是相同的。無需擔(dān)心主機至主機的不兼容。 CodeWarrior開發(fā)工作室包括完成大多數(shù)嵌入式開發(fā)項目所需的所有工具。 CodeWarrior軟件的主要功能CodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境（IDE）是CodeWarrior系列嵌入式的基本軟件開發(fā)環(huán)境。所有軟件開發(fā)任務(wù)都可以在CodeWarrior IDE下完成，包括編輯、編譯和調(diào)試。CodeWarrior IDE提供了一個統(tǒng)一的開發(fā)平臺，用于所有CodeWarrior處理器系統(tǒng)。CodeWarrior IDE為軟件開發(fā)提供的主要功能如下:工程管理器：為軟件開發(fā)人員處理最高級別的文件管理；按照主要組別組織項目條目；追蹤狀態(tài)信息（例如文件修改日期）；確定每個構(gòu)建中特定文件的構(gòu)建順序及內(nèi)容；協(xié)調(diào)插件程序以提供箱版本控制和RTOS支持這樣的業(yè)務(wù)。文本編輯器：支持源代碼和其他文本文件的創(chuàng)建和處理。與其他的IDE功能完全集成。源瀏覽器：保存用于程序的符號數(shù)據(jù)庫；包括變量及功能的名稱和值的符號的舉例；使用符號數(shù)據(jù)庫協(xié)助代碼瀏覽；將每個符號與此符號相關(guān)代碼的其他位置鏈接；處理目標導(dǎo)向和程序語言。構(gòu)建系統(tǒng)：使用編譯器從源代碼生成可重新定位的目標代碼，并使用鏈接器從目標碼生成最后的可執(zhí)行圖像。CodeWarrior C/C++*編譯器工具包括業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的C/C++*語言CodeWarrior編譯器，包括標準模板庫（STL）及各種其他工具。源級別調(diào)試器：提供高性能窗口的源級別調(diào)試器，配備最新的高效率增強型圖形性能，縮短板的bringup和應(yīng)用開發(fā)時間；使用符號數(shù)據(jù)庫，提供源級別調(diào)試；支持符號格式，例如CodeView、Debug With Arbitrary Records Format（DWARF）和STABS。本系統(tǒng)的軟件流程分別為系統(tǒng)初始化模塊、參數(shù)配置模塊、運行模塊、故障分析等幾個部分。系統(tǒng)上電后完成分別對液晶屏、傳感器、鍵盤、DS130AT24C51單片機內(nèi)部相關(guān)寄存器及I/O管腳進行初始化。系統(tǒng)初始化成功后，則進入正常的工作狀態(tài)。開始初始化參數(shù)配置運行是否有故障?故障處理NY系統(tǒng)正常工作后，首先配置系統(tǒng)參數(shù)，主要包括對剎車高度、提升高度、剎車時間及離合時間等進行設(shè)定；參數(shù)設(shè)定完成后系統(tǒng)開始運行，系統(tǒng)開始對卡錘傳感器信號，天錘傳感器等信號進行檢測；同時系統(tǒng)檢測是否有故障發(fā)生。 主程序流程圖主程序部分程序如下：void main(void) { init_all()。 EnableInterrupts。 while(1) { MENU_main()。 //test_key()。 } }void init_all(void) { XS128_init()。 InitTimerA()。 MyDoc_init()。 init_lcd()。 init_key()。 init_speaker()。 test_current_init()。 sensor_init()。 init_menu()。 init_1