基于msp430單片機(jī)的溫度測(cè)控裝置的設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)
2025-06-23 16:08本頁(yè)面
【正文】 例系數(shù)； 為積分系數(shù)；11Tp?T 為采樣周期，T1 為積分時(shí)間系數(shù)；Kd=KpTd/T 為微分系數(shù)，Td 為微分時(shí)間系數(shù)。返回重新輸入 C值重裝初值 T1 定時(shí)u(k)為調(diào)節(jié)器第 k 次輸出，e(k)為第 k 次給定與反饋偏差。對(duì)于 PID 調(diào)節(jié)器，當(dāng)偏差值輸出較大時(shí)，輸出值會(huì)很大，可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以在實(shí)際中，需要對(duì)調(diào)節(jié)器的輸出限幅 [13]，即當(dāng) u|u max 時(shí)，令 u=u max 或 u=u max，或根據(jù)具體情況確定。 圖 9 為 PID 控制流程圖。本設(shè)計(jì)中設(shè)定調(diào)節(jié)器輸出范圍為 0～200。開始給定值與采樣值偏差 e(k)△e(k)=e(k)e(k1) e(k1)=e(k)△D(k)=K1e(k)+Kp[e(k)e(k1)]+K D[e(k)2e(k1)+ e(k2) ]D(k)=△D(k) +D(k1)D(k 1)= D(k)D(k)輸出限幅輸出 D(k) 圖 9 PID 子程序 PID 參數(shù)的選擇方法 參數(shù)的選擇，要根據(jù)受控對(duì)象的具體特性和對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求進(jìn)行。工程上，一般要求整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定的，對(duì)給定量的變化能迅速響應(yīng)并平滑跟蹤，超調(diào)量??；在不同干擾作用下，能保證被控量在給定值；當(dāng)環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)能保持穩(wěn)定等。這些要求，對(duì)控制系統(tǒng)自身性能來(lái)說，有些是矛盾的。我們必須滿足主要的方面的要求，兼顧其他方面，適當(dāng)?shù)卣壑蕴幚怼ID 控制器的參數(shù)整定，可以不依賴于受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。工程上，PID 控制器的參數(shù)常常是通過實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，通過試湊，或者通過實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定 [14]。實(shí)驗(yàn)湊試法是通過閉環(huán)運(yùn)行或模擬，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，然后根據(jù)各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響，反復(fù)湊試參數(shù)，直至出現(xiàn)滿意的響應(yīng)，從而確定 PID 控制參數(shù)。實(shí)驗(yàn)湊試法的整定步驟為“先比例，再積分，最后微分”,（1）整定比例控制將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。（2）整定積分環(huán)節(jié)若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需加入積分控制。先將步驟（1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來(lái)的 50～80％，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值，觀測(cè)響應(yīng)曲線。然后減小積分時(shí)間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊，直至出現(xiàn)較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。（3）整定微分環(huán)節(jié)若經(jīng)過步驟（2） ，PI 控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動(dòng)態(tài)過程不能令人滿意，則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成 PID 控制。先置微分時(shí)間 TD=0，逐漸加大 TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，反復(fù)試湊，直到獲得滿意的控制效果和 PID 控制參數(shù)。實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法調(diào)整 PID 參數(shù)的方法中較常用的是擴(kuò)充臨界比例度法,其最大的優(yōu)點(diǎn)是，參數(shù)的整定不依賴受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，直接在現(xiàn)場(chǎng)整定、簡(jiǎn)單易行。擴(kuò)充比例度法適用于有自平衡特性的受控對(duì)象，是對(duì)連續(xù)時(shí)間 PID 控制器參數(shù)整返回定的臨界比例度法的擴(kuò)充。擴(kuò)充比例度法整定數(shù)字 PID 控制器參數(shù)的步驟是：（1）預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期 TS。一般說 TS 應(yīng)小于受控對(duì)象純延遲時(shí)間的十分之一。（2）用選定的 TS 使系統(tǒng)工作。這時(shí)去掉積分作用和微分作用，將控制選擇為純比例控制器，構(gòu)成閉環(huán)運(yùn)行。逐漸減小比例度，即加大比例放大系數(shù) KP，直至系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍信號(hào)的響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩（穩(wěn)定邊緣） ，將這時(shí)的比例放大系數(shù)記為 Kr,臨界振蕩周期記為 Tr。（3）選擇控制度。控制度，就是以連續(xù)時(shí)間 PID 控制器為基準(zhǔn)，將數(shù)字 PID 控制效果與之相比較。通常采用誤差平方積分作為控制效果的評(píng)價(jià)函數(shù)。定義控制度采樣周期 TS 的長(zhǎng)短會(huì)影響采樣數(shù)據(jù)控制系統(tǒng) 的品質(zhì)，同樣是最佳整定，采樣數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)要低于連續(xù)時(shí)間控制系統(tǒng)。因而，控制度總是大于 1 的，而且控制度越大，相應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)的品質(zhì)越差?？刂贫鹊倪x擇要從所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的控制品質(zhì)要求出發(fā)。（4） 確定參數(shù)。根據(jù)所選擇的控制度，得出數(shù)字 PID 中相應(yīng)的參數(shù) TS,KP,TI 和TD。（5）運(yùn)行與修正。將求得的各參數(shù)值加入 PID 控制器,閉環(huán)運(yùn)行,觀察控制效果,并作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以獲得比較滿意的效果。 PID 控制評(píng)價(jià)PID 控制原理的優(yōu)點(diǎn)在于能夠在控制過程中根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的控制規(guī)律不停地自動(dòng)調(diào)節(jié)控制量以使被控系統(tǒng)朝著設(shè)定的平衡狀態(tài)過度, 最后達(dá)到控制范圍精度內(nèi)的穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。要使用好 PID 控制原理, 關(guān)鍵在于根據(jù)實(shí)際情況確定 PID 的各種參數(shù), 這項(xiàng)工作可能是費(fèi)時(shí)的, 但做好了, 將會(huì)提高控制器的使用效果, 達(dá)到較高的控制精度, 是值得的。4 結(jié)論MSP430 單片機(jī)具有超低功耗的優(yōu)點(diǎn)，I/O 口達(dá) 48 個(gè)，內(nèi)部資源豐富，又 SPI、AD等模塊，都為實(shí)現(xiàn)電路功能提供了非常有利的條件。開發(fā)環(huán)境友好、易用、方便，大大加快本系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)。PI 控制器根據(jù)溫度給定值和測(cè)量值之間的偏差調(diào)節(jié)，給出調(diào)節(jié)量，再通過單片機(jī)輸出 PWM 波，調(diào)節(jié)可控硅的觸發(fā)相位的相位角，以此來(lái)控制執(zhí)行部件的關(guān)斷和開啟時(shí)間，達(dá)到使溫度升高或降低的目的。隨后整個(gè)系統(tǒng)再通過檢測(cè)前一階段控制后的溫度，進(jìn)行近一步的控制修正，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)期的溫度監(jiān)控目的。本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)低功耗、處理能力強(qiáng)的特點(diǎn)，使用單片機(jī)作為主控制器，對(duì)室內(nèi)環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)控。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性較高、系統(tǒng)成本低。具有一定的實(shí)用價(jià)值和發(fā)展前景。參 考 文 獻(xiàn)[1] 趙麗娟，[J].機(jī)械制造，2022，44(1)[2] 單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M]. 北京：電子工業(yè)出版社，1997[3] 單片機(jī)實(shí)用技術(shù)講座(上)[J].電子世界，2022,（1）[4] [M]. 北京：電子工業(yè)出版社, 1997 [5] 單片機(jī)實(shí)用技術(shù)講座（下）[J].電子世界，2022,（1）[6] [ M]. 北京：電子工業(yè)出版社，.[7] 汪吉鵬 ,馬云峰等. 微機(jī)原理與接口技術(shù) [M].北京:高等教育出版社,2022.[8] 賈東耀，[J]. 傳感器世界，2022（12）[9] 張開生， 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，2022，(7)[10] 黃賢武，鄭筱霞，[M]. 成都：電子科技大學(xué)出版社，.[11] 趙娜， MSP430 單片機(jī)的溫度報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2022， （8）[12] 沈建華，楊艷琴， 系列 16 位超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，[13] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994:9095 [14] [M].第 2 ：武漢理工大學(xué)出版社,2022.[15] 黃俊年，王立. 淺析 PID 控制原理及應(yīng)用[J].硅谷，2022（12）致 謝本設(shè)計(jì)能夠順利的完成得到了院系領(lǐng)導(dǎo)老師的大力支持和幫助，尤其是我的指導(dǎo)老師老師，在百忙之中抽出寶貴的時(shí)間，觀看、修改論文設(shè)計(jì)，仔細(xì)耐心為我指導(dǎo),使設(shè)計(jì)得以順利的完成。在設(shè)計(jì)的同時(shí)，和同學(xué)們之間的相互探討也使我獲益匪淺。在此，對(duì)他們表示由衷的感謝！單片機(jī)技術(shù)在飛速發(fā)展，人們總是處在不斷學(xué)習(xí)階段，再加上我水平有限，所以本設(shè)計(jì)肯定存在許多不盡如人意的地方，歡迎廣大老師和同學(xué)批評(píng)指正。最后，要感謝汽車學(xué)院所有老師，他們精心的栽培為我以后的學(xué)習(xí)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2022 年 3 月 19
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