基于數(shù)字pid電熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-資料下載頁
2025-06-18 18:03本頁面
【正文】 器的輸出；e(t)為控制器的輸入；KP比例放大系數(shù)；TI為控制器的積分時(shí)間常數(shù)；TD為控制器的微分時(shí)間常數(shù)。顯然，KP越大，控制器的控制作用越強(qiáng)；只要e(t)不為0，積分項(xiàng)會(huì)因積分而使控制器的輸出變化；只要e(t)有變化的趨勢(shì)，控制器就會(huì)在微分作用下，在偏差出現(xiàn)且偏差不大時(shí)提前給輸出一個(gè)較強(qiáng)的控制作用。由于微機(jī)控制系統(tǒng)是一種時(shí)間離散控制系統(tǒng)，故必須把微分方程離散化為差分方程，最終寫出遞推公式才能直接應(yīng)用。下面給出增量型和位置型的具體公式：ΔY（n）=Y(n)Y(n1) =KP[e(n)e(n1)]+KIe(n)+KD[e(n)2e(n1)+e(n2)] Y(n)=Y(n1)+ KP[e(n)e(n1)]+ KI e(n)+KD[e(n)2e(n1)+e(n2)] 式中 KI=KP，稱為積分常數(shù)；KD=KP，稱為微分常數(shù),Δt=T，為采樣周期；e(t)為第n次采樣的偏差值；e(n1)為第(n1)次采樣時(shí)的偏差值；n為采樣序列，n=0,1,2,…。采樣周期T是兩次采樣之間的時(shí)間間隔。從信號(hào)的復(fù)線性來考慮，采樣周期不宜過長(zhǎng)或者說采樣頻率它有一定的限度，就是根據(jù)采樣定律，它必須大于或等于原信號(hào)，所含最高頻率的兩倍。因此，從控制性能來考慮，采樣周期越短越好。但是，計(jì)算機(jī)的工作時(shí)間和工作量卻隨著采樣周期的減小而增大，所以每一個(gè)回路都有一個(gè)最佳的采樣周期。通常的采樣周期都按下表的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以選擇：表31 采樣周期T的選用物理量采樣周期\s備注流量1—5優(yōu)先選用1—2s壓力3—10優(yōu)先選用6—8s液位6—8溫度15—20或取純滯后時(shí)間對(duì)串級(jí)系統(tǒng)：復(fù)環(huán)T=（—）主環(huán)T成分15—20根據(jù)上表所示，本系統(tǒng)的PID控制算法選用的采樣周期T=20s2. 其他參數(shù)的確定。PID參數(shù)整定是一個(gè)復(fù)雜的過程，一般需要根據(jù)被控對(duì)象慢慢進(jìn)行。常用的方法有擴(kuò)充臨界比例度整定法和擴(kuò)充響應(yīng)曲線法兩種。但是這兩種方法在實(shí)際應(yīng)用中比較麻煩。因此在實(shí)際應(yīng)用中常用經(jīng)驗(yàn)法確定PID的參數(shù)。即根據(jù)調(diào)節(jié)規(guī)律，及不同調(diào)節(jié)對(duì)象的特征，通過閉環(huán)試驗(yàn)，反復(fù)湊試，找出最佳調(diào)節(jié)參數(shù)。本次設(shè)計(jì)的PID控制參數(shù)選用經(jīng)驗(yàn)法的一種—優(yōu)選法進(jìn)行確定，具體做法為：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，先把其他參數(shù)固定，待選出最佳參數(shù)后，再換另一個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，直到把所有的參數(shù)優(yōu)選完畢為止。最后根據(jù)T，,諸參數(shù)優(yōu)選的結(jié)果選一組最佳值即可。 控制面板的設(shè)計(jì) 控制面板的介紹圖31 控制面板對(duì)一般用戶來說不需要知道系統(tǒng)內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)，只需知道如何進(jìn)行操作即可，因此控制面板就成為人和工作機(jī)進(jìn)行交流的十分重要平臺(tái)，在現(xiàn)代化的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中，產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)對(duì)吸引購(gòu)買者也起著很重要的作用，所以控制面板的設(shè)計(jì)是一個(gè)非常講究技巧和美觀的工作。本人本著簡(jiǎn)潔明快、實(shí)用、操作友好的思想，同時(shí)從一定的審美角度進(jìn)行面板的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)所得的控制面板如圖上圖所示控制面板。在控制面板上，可以清楚的看到有一個(gè)4位的數(shù)碼管顯示器，鍵盤上一共有四個(gè)按鍵，分別是設(shè)“+”、“—”、“設(shè)置”、“退出”，還設(shè)有四個(gè)工作指示燈，分別為：溫度上限值、溫度下限值、溫度值及參數(shù)值。 控制面板的功能控制面板上的4位LED顯示器能精確顯示加熱爐溫度值，控制面板不進(jìn)行任何操作時(shí)，LED顯示器顯示的就是當(dāng)前加熱爐溫度值。設(shè)置按鍵是用來設(shè)定加熱爐的溫度上、下限，加熱溫度值及各種參數(shù)。并且指示燈與設(shè)定狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。具體操作如下：長(zhǎng)按設(shè)定按鍵即可進(jìn)入設(shè)定狀態(tài)，第一次長(zhǎng)按設(shè)定按鍵(3s左右），進(jìn)入溫度上限值設(shè)定，同時(shí)溫度上限指示等亮，此時(shí)按“+”、“—”鍵便可對(duì)溫度上限值進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定好數(shù)值后按退出鍵，系統(tǒng)退出設(shè)置模式，LED顯示器顯示加熱爐溫度值。連續(xù)兩次長(zhǎng)按設(shè)定按鍵，進(jìn)入溫度下限值設(shè)定，并且溫度下限值指示燈亮，此時(shí)可輸入溫度下限值。連續(xù)三次長(zhǎng)按設(shè)定按鍵，進(jìn)入溫度值設(shè)定，連續(xù)四次長(zhǎng)按設(shè)定按鍵，進(jìn)入加熱爐參數(shù)設(shè)定。結(jié) 論本設(shè)計(jì)介紹的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)，可了解微機(jī)系統(tǒng)硬、軟件的構(gòu)成及各種控制參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)特性的影響。系統(tǒng)用PID控制算法實(shí)現(xiàn)溫度控制，可以使系統(tǒng)的精度達(dá)到177。1℃，準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性都可以令人滿意。89C51單片機(jī)，體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，即使是非電子計(jì)算機(jī)專業(yè)人員，通過學(xué)習(xí)一些專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)以后也能依靠自己的技術(shù)力量，來開發(fā)所希望的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本文的溫度控制系統(tǒng)，只是單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中的一例，相信單片機(jī)的應(yīng)用會(huì)更加廣泛化。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案有多種，上述方案是從多種方案中選出的最優(yōu)方案，其具有功能強(qiáng)、成本低、元件少、精度高、可靠性好、穩(wěn)定性高、抗干擾性強(qiáng)、執(zhí)行速度快、簡(jiǎn)單易行、具有實(shí)效性、使用范圍廣等特點(diǎn)，故具有推廣價(jià)值。參考文獻(xiàn)[1] [J]..(12) . P1219—1229[2] [J]..(06) .P22—24[3] . MCS51單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息. 2005.(07).P68—69[4] [J]. 九江學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2005.(02).P20—23[5] [J].,(10).P17—18[6] [J].,(02).P46—47[7] [J]..(06).P22—25
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