【文章內(nèi)容簡介】 訊號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “積分項 ”。積分項對誤差取關(guān)于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。積分的強弱取決于積分時間常數(shù)，積分常數(shù)越小，積分作用就越強，反之則積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合。 因此，比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 微分 D 控制： 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差訊號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。微分的作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，以被微分調(diào)節(jié)作用消除。在微分時間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)減少調(diào)節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗擾不利。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒有變化時，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨使用，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。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性的組件（環(huán)節(jié)）和（或）有滯后 (delay)的組件，使力圖克服誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使克服誤差的作用的變化要有些 “超前 ”，即在誤差接近零時，克服誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入 “比例 ” 10 項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是 “微分項 ”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例 +微分的控制器，就能夠提前使克服誤差的控制作 用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重地沖過頭。 所以對有較大慣性和（或）滯后的被控對象，比例 +微分 (PD)的控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。 控制采樣 采樣一數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)中，設(shè)采樣周期為 TS，采樣速率為 1/TS，采樣角頻率為 采樣周期 TS是設(shè)計者要精心選擇的重要參數(shù)，系統(tǒng)的性能與采樣周期的選擇有密切關(guān)系。 采樣周期的選擇受多方面因素的影響 ,主要考慮的因素分析如下。 （ 1） 香農(nóng)（ Shannon）采樣定理 （ Wmax被采樣信號的上限角頻率） 給出了采樣周期的上限。滿足這一定理，采樣信號方可恢復(fù)或近似地恢復(fù)為原模擬信號，而不丟失主要信息。在這個限制范圍內(nèi)，采樣周期越小，采樣 數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)的性能越接近于連續(xù) 時間控制系統(tǒng)。 （ 2）閉環(huán)系統(tǒng)對給定信號的跟蹤，要求采樣周期要小。 （ 3）從抑制擾動的要求來說，采樣周期應(yīng)該選擇得小些。 （ 4）從執(zhí)行元件的要求來看，有 時要求輸入控制信號要保持一定的寬度。 （ 5）從計算機精度考慮，采樣周期不宜過短。 （ 6）從系統(tǒng)成本上考慮，希望采樣周期越長越好。 綜合上述各因素，選擇采樣周期，應(yīng)在滿足控制系統(tǒng)的性能要求的條件下， 盡可能地選擇低的采樣速率。 11 浮點數(shù)的概念及其運算 定點數(shù)有一個致命的缺點：數(shù)表示的范圍太小，例如無符號雙字節(jié)整數(shù)的范圍是 0－ 65535 之間。所以計算機中常用一種小數(shù)點的位置可以按數(shù)值的大小自動變化的數(shù)據(jù)表示方法－浮點數(shù)。 浮點數(shù)是指尾數(shù)固定，小數(shù)點的位置隨小數(shù)點的位置而浮動。 浮點數(shù)的數(shù)學(xué)表達式是：177。 M*C（ e） ，其中 M 為尾數(shù)，一般均為純小數(shù)， E是階碼，采用補碼整數(shù)形式； C為底，對微機或單片機來說， C 均為 2。由此可見，浮點數(shù)的精度取決于尾數(shù)，尾數(shù)越長，精度越高。浮點數(shù)的大小，由階數(shù)來決定。浮點數(shù)的符號有不同的表示方法：用尾數(shù)最高位作為符號位，其中又可分為原碼或補碼；用階碼的最高位作為符號位，用原碼表示尾數(shù)。 在微型機或單片機系統(tǒng)中，常用浮點數(shù)有三字節(jié)和四字節(jié)。在這里我們采用三字節(jié)，所以下面著重討論三字節(jié)的浮點數(shù)。三字節(jié)的浮點數(shù)由三個字節(jié)組成， 字節(jié)的浮點數(shù)的取值范圍為－ 64～＋ 63，三字節(jié)浮點數(shù)的尾數(shù)用原碼表示 其中尾數(shù)為二個字節(jié)。 為了保證運算精度，必須盡量著增加尾數(shù)的有效值位數(shù)。這樣我們應(yīng)使浮點數(shù)的第一位數(shù)字不等于 0，對于二進制的原碼表示的尾數(shù)，規(guī)格化數(shù)的尾數(shù)的第一位數(shù)字應(yīng)為1。在實際應(yīng)用中，需要有一個程序來完成把一個非規(guī)格化數(shù)變成規(guī)格化數(shù)的操作。在進行規(guī)格化操作時，對原碼表示的數(shù)，一般是先判斷尾數(shù)的最高數(shù)值位是 0 還是 1。如是 0，則把尾數(shù)左移一位，階碼減 1 再循環(huán)判斷；如果是 1 則操作結(jié)束。如果在規(guī)格化過程中階碼減 1 變成最小值，不能再進行規(guī)格化操作。 浮點數(shù)的加減法運算比定點數(shù)困難得 多，執(zhí)行加減法前必須先對準(zhǔn)小數(shù)點，然后才能按定點小數(shù)加減法運算那樣進行尾數(shù)加減法操作，結(jié)果數(shù)的階碼等于對準(zhǔn)小數(shù)點后的任一個操作數(shù)的階碼。由于結(jié)果數(shù)不一定為規(guī)格化數(shù)，因此必須結(jié)束后進行規(guī)格化操作。 程序設(shè)計流程 PID 程序設(shè)計 PID 控制程序 輸入 M(K),R(k) 計算 E(K)=R(K)M(K) 12 圖 2－ 4 子程序設(shè)計 規(guī)格化子程序 FSDT 功能：入口 Cy＝ 0 時，執(zhí)行右規(guī)格化，右移輸入位 為 39H F0=0 時，對 R6R2R3 進行右移一位 F0=1 時，對 R7R4R5 進行右移一位 Cy=1 時，對 R6R2R3 進行左規(guī)格化，第一次左移輸入位為 F0 計算 Pp(K)=Ki[E(K)－ E(K1)] 計算 Pi(K)=KiE(K) 計算 Pd(k)=Kd[E(K)2E(K1)+E(K2)] P(K)=Pp(K)+Pi(K)+Pd(K) E(K2) E(K1) E(K1) E(K) 13 圖 2－ 5 浮點數(shù)取數(shù)子程序 FMLD 功能 :把 (R0)指向的內(nèi)部 RAM中的三字節(jié)浮點數(shù)送到 R6R2R3,把 R1指向的內(nèi)部 RAM中的三字節(jié)浮點數(shù)送到 R7R4R5，并保持 的內(nèi)容不變。 浮點數(shù)存數(shù)子程序 FSTR 功能：把 R4R2R3 中的浮點數(shù)送到 R1 指向的內(nèi)部 RAM 單元中。 浮點數(shù)加、減 法處理子程序 FABP 功能：把 R6R2R3 和 R7R4R5 的兩個三字節(jié)浮點數(shù)進行相加或相減，結(jié)果存放到 R4R2R3中。 入口時， bit3AH=0 時，為加；否則為減。 14 浮點數(shù)加法子程序 FADD 功能： R0 指向的三字節(jié)浮點數(shù)和 R1 指向的三字節(jié)浮點數(shù)相加，結(jié)果存放在 R4R2R3 中，并保持 R0R1 的內(nèi)容不變。 浮點數(shù)減法子程序 FSUB 功能： R0 指向的三字節(jié)浮點數(shù)和 R1 指向的三字節(jié)浮點數(shù)相減，結(jié)果存放在 R4R2R3 中，并保持 R0R1 的內(nèi)容不變。 浮點數(shù)減法子程序 FMUL 功能： R0 指向的三字節(jié)浮點數(shù)和 R1 指向的三字 節(jié)浮點數(shù)相乘，結(jié)果存放在 R4R2R3 中，并保持 R0R1 和 RAM 中的內(nèi)容不變。 功能：把 R6R2R3 和 R7R4R5 的兩個三字節(jié)浮點數(shù)進行相加或相減，結(jié)果存放到 R4R2R3 中。入口時， bit3AH=0 時，為加；否則為減。 15 加減法流程圖 圖 2－ 6 浮點數(shù)除法子程序 FDIV 功能： R0 指向的三字節(jié)浮點數(shù)除以 R1 指向的三字節(jié)浮點數(shù)，商存放到 R4R2R3 中，并保持 R0R1 的內(nèi)容 不變。 三字節(jié)浮點數(shù)轉(zhuǎn)換為雙字節(jié)整數(shù)子程序 FINT 功能：將 R0 指向的內(nèi)部 RAM 中的三字節(jié)浮點數(shù)取整， 16 為的整數(shù)絕對值送 R2R3,符號存于位單元 3CH。 乘法子程序流程圖 FABP 16 圖 2－ 7 除法程序流程圖 浮點乘法 計算積的符號 對尾數(shù) 執(zhí)行定點小數(shù)乘法 階碼相加，送符號 對積規(guī)范化 返回 17 圖 2－ 8 輔助電路： 電流變換電路 智能儀表常常要以電流的方式傳輸，這是因為在長距離傳輸信號時容易引入干擾，而電流信號的傳輸，它有較強的抗干擾能力，工業(yè)上的許多儀表都是輸出電流信號，例如， DDZⅡ型儀表以 0～ 10mA 的電流作為聯(lián)絡(luò)信號， DDZ－Ⅲ為 4～ 20mA，但大多數(shù)放大器、 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出為電壓信號，因襲，必須經(jīng)過電壓 /電流轉(zhuǎn)換電路，將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號。 我們需要的也是 4～ 20