水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文-資料下載頁
2025-06-24 21:50本頁面
【正文】 圖24 可實(shí)現(xiàn)的交流電過零檢測電路 過零檢測電路的輸出信號(hào)可送入單片機(jī)中斷控制口，通過單片機(jī)的中斷控制可根據(jù)需要，延時(shí)輸出觸發(fā)信號(hào)，控制每個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通相角的大小。驅(qū)動(dòng)控制部分實(shí)現(xiàn)電路圖如圖25所示，經(jīng)過單片機(jī)處理的觸發(fā)信號(hào)通過光耦合器觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通，在下個(gè)零點(diǎn)到來時(shí)截止，從而可以對(duì)交流電的半個(gè)周期的有效值周期性調(diào)節(jié)。 圖25 驅(qū)動(dòng)控制部分實(shí)現(xiàn)電路圖： 本系統(tǒng)采用ISD1420作為溫度語音芯片，它有20s的錄放時(shí)間。它的基本組成有時(shí)鐘電路、拾音放大、自動(dòng)增益控制電路、濾波器、差動(dòng)功放、電源電路、地址譯碼電路組成。PLAYE和PLAYL分別于單片機(jī)I/O口連接。圖26為回放電路的時(shí)序圖。PLAYL上升沿觸發(fā)回放，下降沿截止；PLAYE上升沿觸發(fā)回放語音信號(hào)，直至回放結(jié)束。報(bào)警電路如圖27所示。 圖26 回放電路的時(shí)序圖 圖27 報(bào)警電路圖 本著簡單、實(shí)用的原則，這里最后選用了一個(gè)比較典型的硬件方案：；；；；；四 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4. PID控制算法 PID控制的發(fā)展 PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，現(xiàn)今使用的PID控制產(chǎn)生并發(fā)展于19151940年期間。盡管自1940年以來，許多先進(jìn)的控制方法不斷推出，但由于PID控制方法具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、參數(shù)易于整定，P、I、D控制規(guī)律各自成獨(dú)立環(huán)節(jié)?？筛鶕?jù)工業(yè)過程進(jìn)行組合，而且其應(yīng)用時(shí)期較長，控制工程師們已經(jīng)積了大量的PID控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)。因此，PID控制在工業(yè)控制中仍然得到廣泛應(yīng)用。 PID控制理論 PID控制是一種很實(shí)用的控制方法，它根據(jù)給定值廠r(t)與實(shí)際輸出值y(t)構(gòu)成控制偏差e(t)： （）將偏差的比例（Proportional）、積分（Integral）和微分（Derivative）通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，因此稱為PID控制。PID控制各校正環(huán)節(jié)的作用如下：1）比例環(huán)節(jié)即時(shí)成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差；2）積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)；3）微分環(huán)節(jié)能夠反映偏差信號(hào)的變化趨勢(變化速率)，并且能在偏差信號(hào)值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。 PID控制算法 由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制系統(tǒng)，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量。因此，（）式中的積分和微分項(xiàng)不能直接使用，需要進(jìn)行離散化處理?，F(xiàn)令為采樣周期，以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn)代表連續(xù)時(shí)間，以累加求和近似代替積分，以一階后向差分近似代替微分，做如下的近似變換： （） （） （）其中，為采樣周期，為系統(tǒng)第次采樣時(shí)刻的偏差值，e()為系統(tǒng)第()次采樣時(shí)刻的偏差值，為采樣序號(hào)，=0，1，2，…將上面的（）式和（）式代入（）式，則可以得到離散的PID表達(dá)式： （）如果采樣周期足夠小，該算式可以很好的逼近模擬PID算式，因而使被控過程與連續(xù)控制過程十分接近。通常把式（）稱為PID的位置式控制算法。若在（）式中，令： （稱為積分系數(shù)） （稱為微分系數(shù)） 則 （）式（）即為離散化的位置式PID控制算法的編程表達(dá)式?？梢钥闯?，每次輸出與過去的所有狀態(tài)都有關(guān)，要想計(jì)算，不僅涉及和，且須將歷次相加，計(jì)算復(fù)雜。下面要推導(dǎo)計(jì)算較為簡單的遞推算式，為此對(duì)（）式做如下的變動(dòng)，考慮到第次采樣時(shí)有 （）使（）式兩邊對(duì)應(yīng)減去（）式，得 整理后得 （）其中，，（）式就是PID位置式得遞推形式。 如果令 則 式中的、同（）式中的一樣。 在計(jì)算機(jī)控制中，、都可以事先求出，實(shí)際控制時(shí)只須獲得、三個(gè)有限的偏差值就可以求出控制增量。由于其控制輸出對(duì)應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置的增量，故（）式通常被稱為PID控制的增量式算式。增量式PID控制算法與位置式控制算法比較，有如下的一些優(yōu)點(diǎn)： 1）位置式算法每次輸出與整個(gè)過去狀態(tài)有關(guān)，算式中要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累計(jì)誤差。而增量式中只須計(jì)算增量，算式中不需 要累加，控制增量的確定僅與最近幾次偏差采樣值有關(guān)，當(dāng)存在計(jì)算誤差或者精度不足時(shí)，對(duì)控制量的影響小，容易通過加權(quán)處理獲得較好的控制效果；2）由于計(jì)算機(jī)只輸出控制增量，所以誤差影響小，而且必要時(shí)可以用邏輯判斷的方法去掉，對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行有利；3）容易實(shí)現(xiàn)手動(dòng)一自動(dòng)無擾動(dòng)切換。入口輸入并采樣r(k),y(k)計(jì)算偏差e(k)=r(k) — y(k)計(jì)算存Δ以備輸出參數(shù)序號(hào)調(diào)整 e(k1) e(k2) e(k) e(k1)返回 圖 5 增量式PID控制算法程序流程圖所以鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)的控制算法即采用增量式的PID控制算
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