【文章內(nèi)容簡介】 ，例如可能由負載的變化引起系統(tǒng)動態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定。其次，PID控制器在實踐中也不斷的得到改進，下面兩個改進的例子。在工廠，總是能看到許多回路都處于手動狀態(tài)，原因是很難讓過程在“自動”模式下平穩(wěn)工作。由于這些不足，采用PID的工業(yè)控制系統(tǒng)總是受產(chǎn)品質(zhì)量、安全、產(chǎn)量和能源浪費等問題的困擾。PID參數(shù)自整定就是為了處理PID參數(shù)整定這個問題而產(chǎn)生的?，F(xiàn)在，自動整定或自身整定的PID控制器已是商業(yè)單回路控制器和分散控制系統(tǒng)的一個標準。在一些情況下針對特定的系統(tǒng)設計的PID控制器控制得很好，但它們?nèi)源嬖谝恍﹩栴}需要解決： 第二節(jié) PID調(diào)節(jié)溫度的分析一、溫度控制的基本方法本系統(tǒng)執(zhí)行電路采用可控硅調(diào)節(jié)方式?？煽毓枵{(diào)節(jié)方式一般有兩種。一種是移相法:其原理是通過調(diào)節(jié)可控硅的觸發(fā)相位的相位角達到對電壓的調(diào)節(jié)，這個電壓是指有效電壓，直觀上就是對一個正弦波形的前邊切掉一塊，用不同的切割位置以保留剩余的面積。另一種是控制時間比例的方法。即在給定周期里改變可控硅的接通時間，就能達到改變加熱功率的目的，從而實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。圖41輸出功率與通斷時間的關系本系統(tǒng)采用第二種方法。詳述如下：本系統(tǒng)設定一個標準的加溫周期，為2分鐘，我們就在這個兩分鐘周期內(nèi)對輸出進行控制，也就是說在這個2分鐘內(nèi)加溫多少時間，全速加溫就是連續(xù)整個周期（2分鐘）都加溫，當然停止加溫就是完全不輸出，根據(jù)我們的計算可以讓加溫時間在0～2分鐘內(nèi)變化，比如計算所得我們在這一個周期內(nèi)應該加溫1分鐘30秒，經(jīng)過兩分鐘以后再測量被加溫物體的溫度，通過計算我們應該加溫1分28秒，當然這里除了加溫以外的時間就是不加溫，等待下一個周期到來，再進行實際測量計算下一個周期我們的輸出量，周而復始，不斷地修正我們的輸出量，以達到對溫度的有效控制。也就是說把一個周期分成若干份，例如1/2，1/4等等這樣的，根據(jù)反饋數(shù)據(jù)的大小來選擇在具體的導通的時間，從而控制電阻爐的加熱功率，以達到調(diào)節(jié)溫度的目的。但是在程序內(nèi)部一般不是用時分秒來計算的，因此，為了對應程序處理上的方便，就要使用單片機的一個定時器用于系統(tǒng)全部時鐘，例如顯示刷新、鍵盤掃描等，相對于單片機的計算來說，溫度的控制周期比較長，所以對2分鐘（電阻爐溫度控制周期為2分鐘）進行細分，將每分鐘進行100等分，則兩分鐘就是200等分，這樣就達到了200個輸出等級了，這樣的輸出比例已經(jīng)足夠細里。取200得另一個好處是，對應于MCS51的8位單片機剛好可以在一個字節(jié)內(nèi)進行運算，程序簡單運算速度快。當需要改變定時周期時，有些不同的加熱對象，例如對較大熱慣性的加熱對象是，可能2分鐘周期太短路，我們可以通過修改基本定時常數(shù)的辦法來實現(xiàn)，而保持200等分不變。對2分鐘進行200等分，則基本單位是T=60*2/200=，這對于單片機來說太長了，因為如果我讓我的定時器做到這么慢的定時周期就干不了別的事了，為了顯示、鍵盤等的處理一般我們定時在5－10ms，所以就需要另外設定一個變量tTemp1在每一個定時中斷發(fā)生時對tTemp1計數(shù)。例如：本系統(tǒng)的定時器的定時常數(shù)對應于10ms，則設定tTemp1在達到60的時候才確認是達到600ms了，才作為一個基本的輸出時間單位。對應于總周期的修改，200等分可以不用修改，而只要修改變量tTemp1的判斷邊界就可以了，例如對應于2分鐘時是60，則在3分鐘為周期時邊界改為90就行了，定下了基本控制時間分辨率以后，其計算就可以不用改變了。二、PID參數(shù)的確定PID的三個基本參數(shù)Kp，Ki，Kd，一般是通過試驗的方式來確定的，根據(jù)我們的實際工作對象去初步確定，然后在實際運行過程中進行調(diào)節(jié)，以便達到相對比較理想的效果。本系統(tǒng)以比例調(diào)節(jié)為基礎，微分、積分為輔，我們所設定得PID三個參數(shù)是根據(jù)參考書籍上的“常見控制系數(shù)PID參數(shù)經(jīng)驗選擇范圍”中的溫度參數(shù)，～5，Ti（分）為3～10，Td（分）～3。第三節(jié) 抗干擾的設計一、產(chǎn)生干擾的原因以及結果干擾可以沿著各種線路侵入單片機系統(tǒng)，也可以以場的形式從空間侵入，干擾作用在單片機的輸入系統(tǒng)可以使模擬信號失真、數(shù)字信號出錯；干擾作用在單片機的輸出系統(tǒng)可以使各輸出信號混亂，不能正常反映單片機系統(tǒng)的真是輸出量；干擾作用在單片機系統(tǒng)的內(nèi)核可以使CPU芯片內(nèi)部邏輯發(fā)生混亂，有可能導致取操作碼變成了取操作數(shù)，發(fā)送出錯誤的地址值，讀取到錯誤的數(shù)據(jù)或指令，寄存器值發(fā)生變化，產(chǎn)生錯誤的跳轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。譯碼器或存貯器因干擾而發(fā)生邏輯混亂時，CPU將取到錯誤的指令和數(shù)據(jù)，或把數(shù)據(jù)寫到錯誤地址的單元。在CPU取指令周期中，如果數(shù)據(jù)線和地址線受到干擾而出錯將導致CPU取到錯誤指令；印制板線路及各連接線因干擾而產(chǎn)生信號疊加時也會導致CPU讀取到錯誤的指令和數(shù)據(jù)。因干擾而出現(xiàn)系統(tǒng)失控的原因很多，但大都可以歸結為程序計數(shù)器PC的內(nèi)容發(fā)生了變化，引起程序“跑飛”，CPU執(zhí)行一系列錯誤的指令從而導致系統(tǒng)失控。由于干擾的隨機性，對MCS51單片機來說，PC的值被改變后，可能志向64KB空間中的任意位置。根據(jù)PC“跑飛”后的不同運動軌跡，可將其分為：（1）PC可能指向系統(tǒng)未使用的存貯器空間；（2）PC可能指向程序區(qū)或數(shù)據(jù)區(qū)。當PC指向系統(tǒng)未使用的存貯器空間時，CPU將把該地址處的隨機數(shù)據(jù)當作指令，導致CPU執(zhí)行錯誤的指令；當PC指向程序區(qū)時，即使指向某一指令的操作碼，也不是本應執(zhí)行的哪條指令的操作碼；如果PC指向數(shù)據(jù)區(qū)和程序區(qū)的操作碼時，CPU就會把數(shù)據(jù)或操作數(shù)誤以為是操作碼?？梢?，一旦PC“跑飛”,在其錯誤的引導下，CPU可能會一錯再錯，執(zhí)行一系列的錯誤指令，發(fā)出錯誤的控制命令，導致系統(tǒng)失控，CPU在執(zhí)行錯誤的指令的過程中，可能會破壞數(shù)據(jù)區(qū)、專用寄存器內(nèi)容、堆棧指針等等。二、抗干擾的措施在應用中，因PC“跑飛”而引起系統(tǒng)失控的后果是嚴重的，對于本系統(tǒng)的而言可能是不能控制電磁爐，導致干鍋等現(xiàn)象。因此必須盡可能早地發(fā)現(xiàn)并及時將PC的值拉回，這就要求失控后具有快速自恢復的能力。針對本系統(tǒng)的設計宗旨，將采取一下抗干擾措施：利用指令冗余技術的軟件抗干擾措施當PC受干擾而指向程序區(qū)時，可采用指令冗余技術使PC納入正軌。當“跑飛”道某一條單字節(jié)指令上時，便可自動納入正軌；當“跑飛”道某一條雙字節(jié)指令上時，有可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯；當PC“跑飛”道某一條三字節(jié)指令上時，繼續(xù)出錯的機會更大。因此，因該多用單字節(jié)指令，并在關鍵的地方人為的插入一些單字節(jié)指令NOP ，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫。這便是指令冗余。（1）NOP的使用在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令之后插入兩條NOP指令，可保護其后的指令被完整地執(zhí)行而不被拆散，從而使程序走上正軌。為了不明顯降低程序正常運行的效率，不可能在程序中加入太多的冗余指令。因此，常在一些對程序流向其決定作用的指令（如RET、RETI、LACALL、LJMP、JC、JNC、DJNZ等等）和某些對系統(tǒng)工作狀態(tài)至關重要的指令（如SETB、EA等等）之前插入兩條NOP指令，確保正確地執(zhí)行。（2）重要指令冗余上述插入NOP的方法有一個缺陷，即未對錯誤的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、控制字等進行修正，這有可能造成新的錯誤。這就要求在那些對程序流向起決定作用的指令（如RET、RETI、LACALL、LJMP、JC、JNC、DJNZ等等）和和某些對系統(tǒng)工作狀態(tài)至關重要的指令（如SETB、EA等等）后面，在寫上同樣的指令，當前面的指令遇到干擾而失效時，在大多數(shù)情況下，后面的指令執(zhí)行可使程序的運行不受干擾的影響。由以上可以看出，采用冗余技術使PC納入正軌的條件是：“跑飛”的PC必須指向程序區(qū)，且必須執(zhí)行到冗余指令，在PC“跑飛”到納入正軌的這段時間內(nèi)，CPU可能已經(jīng)錯誤地改動了數(shù)據(jù)區(qū)（如數(shù)據(jù)表格區(qū)等）。數(shù)字濾波技術