【導(dǎo)讀】控制的快速性和準(zhǔn)確性，對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括硬件和軟件兩個(gè)部分。硬件電路以AT89S52單片機(jī)為微。軟件部分主要對(duì)PID算法進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模和編程。PID參數(shù)整定采用的是歸一參數(shù)整定法。差進(jìn)行PID計(jì)算，輸出控制信號(hào)給加溫控制電路，實(shí)現(xiàn)加溫和停止。場(chǎng)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。界法整定得到PK、DK、IK參數(shù)，最終系統(tǒng)無穩(wěn)態(tài)誤差，調(diào)節(jié)時(shí)間為30s，無超調(diào)量，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求?？刂葡到y(tǒng)，主要是為了達(dá)到生產(chǎn)過程中對(duì)溫度控制速度快，準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)。

　　

【正文】 程圖 參照流程圖 編寫程序，程序如下： MOV R5， 31H MOV R4， 32H MOV R3， 2AH MOV R2， 00H LACALL CPL1 LCALL DSUM MOV 39H， R7 MOV 3AH， R6 MOV R5， 35H MOV R4， 36H MOV R0， 4AH LCALL MULT1 MOV R5， 39H 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) MOV R4， 3AH MOV R3， 3BH MOV R2， 3CH LCALL DSUM MOV R5， 33H MOV R4， 34H MOV R0， 46H LCALL MULT1 MOV R5， 49H MOV R4， 48H MOV R3， 4DH MOV R2， 4CH LCALL DSUM MOV 4AH， R7 MOV 4BH R6 MOV R5， 39H MOV R4， 3AH MOV R3， 3DH MOV R2， 3EH LCALL DSUM MOV A， R7 MOV R5， A MOV A， R6 MOV R4， A MOV R3， 3BH MOV R2， 3CH LCALL DSUM MOV A， R7 MOV R5， A MOV A， R6 MOV R4， A MOV R3， 3BH MOV R2， 3CH LCALL DSUM 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) MOV R5， 37H MOV R4， 38H MOV R0， 46H LCALL MULT1 MOV R5， 49H MOV R4， 48H MOV R3， 4AH MOV R2， 4BH LCALL DSUM MOV A， R7 MOV R3， A MOV A， R6 MOV R2， A MOV R5， 2FH MOV R4， 30H LCALL DSUM MOV 2FH， R7 MOV 30H， R6 MOV 3DH， 3BH MOV 3EH， 3CH MOV 3BH， 39H MOV 3CH， 3AH MOV A， 2FH JNB CONt1 MOV 45H, 00H RET CONt1: MOV A, 30H RLC A MOV A, 2FH RLC A MOV R2, A SUBB A, OFAH JNC CONt2 MOV 45H, R2 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) RET CONt2： MOV 45H, 0FAH RET 負(fù)數(shù)雙字節(jié) （ R3R2）求補(bǔ)，結(jié)果仍存放于 R3R2 中，其子程序如下： CPL1： MOV A, R2 CPL A ADD A， 01H MOV R2， A MOV A， R3 CPL A ADDC A， 00H MOV R3， A RET 雙字節(jié)加法（ R5R4） +（ R3R2） ?（ R7R6）。其子程序如下： DSUM： MOV A， R4 ADD A， R2 MOV R6， A MOV A， R5 ADDC A， R3 MOV R7， A RET 雙字節(jié)無符號(hào)乘法子程序： 入口（ R7R6） =被乘數(shù)； （ R5R4） =乘數(shù)。 出口（ R0） =乘積的 4字節(jié)地址指針。 工作寄存器 R3， R2。 豎式乘法過程表示為： R7 R6 ?） R5 R4 H64 L64? R6? R4 H74 L74? R7? R4 H74 L74? R5? R6 +） H75 L75 （ R0+3） （ R0+2） （ R0+1） RO? 乘積存儲(chǔ)單元 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) MULT： MOV A， R6 MOV B， R4 MUL AB MOV ＠ RO, A MOV R3, B MOV A, R4 MOV B， R7 MUL AB ADD A, R3 MOV R3, A MOV A, B ADDC A, 00H MOV R2, A MOV A, R6 MOV B, R5 MUL AB ADD A, R3 INC R0 MOV ＠ RO, A CLR F0 MOV A, R2 ADDC A, B MOV R2, A JNC LAST SETB F0 LAST: MOV A, R7 MOV B, R5 MUL AB ADD A, R2 INC RO MOV @RO, A MOV A, B ADDC A, 00H INC R0 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) MOV @R0, A RET 雙字節(jié)帶符號(hào)數(shù)乘法子程序 : 帶符號(hào)數(shù)用補(bǔ)碼表示 ,最高位 1表示負(fù)數(shù) ,為 0 表示正數(shù) . 入口（ R7R6） =被乘數(shù)； （ R5R4） =乘數(shù) ； SIGN1 標(biāo)號(hào)位地址 5CH； SIGN2 標(biāo)號(hào)位地址 5DH。 出口（ R0） =乘積的 4 字節(jié)地址指針。 雙節(jié)帶符號(hào)程序流程圖如圖 所示 Y開 始取 被 乘 數(shù) 符號(hào) C 1Ｃ 1 = 1 ?被 乘 數(shù) 取 補(bǔ)取 乘 數(shù) 符 號(hào)C 2乘 數(shù) 取 補(bǔ)調(diào) 用 無 符 號(hào) 數(shù)乘 法 子 程 序C 1 ∧ C 2 = 1 ？C 1 ∨ C 2 = 0 ？負(fù) 乘 積 取 補(bǔ)返 回Ｃ 2 = 1 ?NNYYYNN 圖 雙字節(jié)帶符號(hào)程序流程圖 MULT1： MOV A， R7 RLC A MOV SIGN1， C 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) JNC POS1 MOV A， R6 CPL A ADD A， 01H MOV R6， A MOV A， R7 CPL A ADDC A， 00H MOV R7， A POS1： MOV A， R5 RLC A MOV SIGN1， C JNC POS2 MOV A， R4 CPL A ADD A， 01H MOV R4， A MOV A， R5 CPL A ADDC A， 00H MOV R5， A POS1： MOV 2BH， R0 LACALL MULT MOV C， SIGN1 ANL C， SIGN2 JC TPL MOV C， SIGN1 ORL C， SIGN2 JNC TPL MOV RO， 2BH MOV A， ＠ R0 CPL A ADD A, 01H MOV @RO, A 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) INC RO MOV A, @RO CPL A ADDC A, 00H MOV @R0, A INC RO MOV A, @R0 CPL A ADDC A, 00H MOV @RO, A INC R0 MOV A, @R0 CPL A ADDC A, 00H MOV @R0, A TPL: RET 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 章 MATLAB 仿真 SIMULINK 的簡(jiǎn)介 SIMULINK 是一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng)。在 SIMULINK 環(huán)境中，利用鼠標(biāo)就可以在模型窗口中直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進(jìn)行仿真。它為用戶提供了方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像你用手和紙來畫一樣容易。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。 SIMULINK 包含有SINKS（輸入方式）、 SOURCE（輸入源）、 LINEAR（線性環(huán)節(jié)）、 NONLINEAR（非線性環(huán)節(jié)）、 CONNECTIONS（連接與接口）和 EXTRA（其他環(huán)節(jié)）子模型庫(kù)，而且每個(gè)子模型庫(kù)中包含有相應(yīng)的功能模塊。用戶也可以定制和創(chuàng)建用戶自己的模塊。 用 SIMULINK 創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。用戶可以從最高級(jí)開始觀看模型，然后用鼠標(biāo)雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來查看其下一級(jí)的內(nèi)容，以此類推，從而可以看到整個(gè)模型的細(xì)節(jié)，幫助用戶理解模型的結(jié)構(gòu)和各模塊之間的相互關(guān)系。在定義完一個(gè)模型后，用戶可以通過 SIMULINK 的菜單或 MATLAB 的命令窗口鍵入命令來對(duì)它進(jìn)行仿真。菜單方式對(duì)于交互工作非常方便，而命令行方式對(duì)于運(yùn)行一大類仿真非常有用。采用 SCOPE 模塊和其他的畫圖模塊，在仿真進(jìn)行的同時(shí)，就可觀看到仿真結(jié)果。除此之外，用戶還可以在改變參數(shù)后來迅速觀看系統(tǒng)中發(fā)生的變化情況。仿真的結(jié)果還可以存放到 MATLAB 的工作空間里做事后處理。 模型分析工具包括線性化和平衡點(diǎn)分析工具、 MATLAB 的許多工具及MATLAB 的應(yīng)用工具箱。由于 MATLAB 和 SIMULINK 的集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對(duì)自己的模型進(jìn)行仿真、分 析和修改。 SIMULINK 是 MATLAB 軟件的擴(kuò)展，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包，它與 MATLAB 語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows 的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言的編程上。 所謂模型化圖形輸入是指 SIMULINK 提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，通過對(duì)這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型（以 .mdl 文件進(jìn)行存?。?，進(jìn)而 進(jìn)行仿真與分析。 系統(tǒng) 仿真 方框圖 由于本次設(shè) 計(jì)為恒溫控制系統(tǒng)， 為了驗(yàn)證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，本設(shè)計(jì)采用 以電阻爐為例， 進(jìn)行系統(tǒng)的仿真。而電阻爐的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由于時(shí)間參數(shù)相對(duì)采樣周期來說比較大，所以閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以用一個(gè)階滯后環(huán)節(jié)來近似，其電阻爐的經(jīng)典傳遞函數(shù)為： TsKeSG s?? ?1)( ? （ ） 式中， K 為調(diào)節(jié)系統(tǒng)總放大倍數(shù)； ?為系統(tǒng)純滯后時(shí)間； T 為 慣性時(shí)間常數(shù)。 利用飛升曲線法，可以求出 K、 ? 和 T，測(cè)得 K=4， T=3min, ? = seSG s314)( ?? ? （ ） 進(jìn)入 SIMULINK 環(huán)境，在元件庫(kù)里選擇所需要是元件，用鼠標(biāo)將器件連接起來，得到一個(gè)完整方框圖 [6]，如圖 所示。 圖 系統(tǒng)仿真方框圖 穩(wěn)定邊界法整定 PID 參數(shù) 使用邊界法 整定 PID 參數(shù)分為一下幾個(gè)步驟 [7]： 將積分系數(shù) Ki和 Kd 設(shè)為 0， Kp置較小的值，使系統(tǒng)投入穩(wěn)定運(yùn)行。若湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行，則采用其它校正方式。 逐漸增大比例系數(shù) Kp，直到系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，即所謂臨界振蕩過程。記錄此時(shí)臨界振蕩增益 Kp 和振蕩周期 T。 按照下表 所指示的經(jīng)驗(yàn)公式和校正裝置類型整定相應(yīng)的 PID 參數(shù)，然后再進(jìn)行仿真。 表 穩(wěn)定邊界參數(shù)的計(jì)算公式 Kp Ki Kd P Kp PI Kp Kp/T PID Kp Kp/T KpT 穩(wěn)定邊界法的第一步蠶豆戶在進(jìn)行 PID 參數(shù)初始化已經(jīng)設(shè)置好了 ，因此選擇“ Simulation”菜單的“ Start”選項(xiàng)，得到仿真曲線。 用穩(wěn)定邊界法來整定PID 參數(shù)。希望通過 PID 校正，能夠使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無差，并且改善器快速性。在允許穩(wěn)定邊界的第二步之前，我們先看一下，當(dāng)前的 Workspace 中有什么變量。在 MATLAB Command Window 下鍵如“ Whos” : whos Name Size Bytes Class Kd 1 1 8 double array Ki 1 1 8 double array Kp 1 1 8 double array Simout 162 1 1296 double array tout 162 1 1296 double array Grand total is 491 elements using 3298 bytes 此時(shí)，我們看到， PID 參數(shù) Kd、 Ki 和 Kp，系統(tǒng)仿真時(shí)間 tout 和仿真結(jié)果Simout 都在當(dāng)前的 Workspace 下，可以用各種 MATLAB 函數(shù)進(jìn)行仿真和分析。 穩(wěn)定邊界法的第二步是取臨 界振蕩周期和臨界增益。方法是逐步增大 Kp1，直到系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩為止。記下此時(shí)的 Kp1，即為臨界增益；此時(shí)的曲線兩峰值直接的距離即為臨界振蕩周期。 具體在 SIMULINK 下可以如下實(shí)現(xiàn)：先取較大的 Kp1，使系統(tǒng)出現(xiàn)不溫度的增幅振蕩；然后采取折半取中的辦法尋找臨界增益。 當(dāng) Kp1= 時(shí)系統(tǒng)放散；而當(dāng) Kp1=2是系統(tǒng)收斂；因此，只要當(dāng) Kp1處于 2~