【正文】 T0中斷服務(wù)程序包括一系列的 子程序：溫度采樣子程序 、數(shù)字濾波子程序、越限處理程序、 PID計算程序等。在 T0 中斷服務(wù)程序中， C8051 一方面把計算出來的 PID 值的補(bǔ)碼送入 TL0（ TH0 為FFH），使 “ 1”狀態(tài)和啟動 T1工作，然后等待 T1中斷，并在該中斷服務(wù)程序中使“ 0”狀態(tài)，以便在 ，控制加在固態(tài)繼電器上的同步脈沖數(shù)，達(dá)到對爐內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)。 CPU 開放中斷 LOOP: ACALL DISPLAY 。 啟動 T0工作 SETB ET0 。 T0 賦初值 MOV 31H， 00H MOV 32H， 02H ；送 UR 值 MOV 33H， 00H MOV 34H， 2BH ； KP 賦初值 MOV 35H， 00H 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 26 MOV 36H， 50H ； KI 賦初值 MOV 38H， 12H ； KD 賦初值 MOV 37H， 00H MOV 42H， 05H ；送 Umax值 MOV 43H， 01H ；送 Umin 值 CLR PT0 。清顯示緩沖區(qū) MOV TMOD,56H 。 對 A清零 MOV 2FH, A MOV 30H, A MOV 3BH, A MOV 3CH, A MOV 3DH, A MOV 3EH, A MOV 44H, A 。 主程序 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 25 圖 3－ 12 主程序圖 /*主程序 */ ORG 0000H DISM0 DATA 78H DISM1 DATA 79H DISM2 DATA 7AH DISM3 DATA 7BH ；定義四個顯示緩沖區(qū) MOV SP,50H 。 需要說明的是， T1中斷嵌套在 T0中斷之內(nèi)，而 T1的初值是由 PID計算決定的，所以 PID的最大輸出必須小于 250，既保證在 T0 再次溢出中斷之前， T1 中斷服務(wù)結(jié)束，并以 T0 中斷返回到主程序，否則程序不能正常運行。脈沖的寬度則由 T1計數(shù)器溢出中斷決定。首先使 T0定時器產(chǎn)生每 5秒一次的定時中斷，作為本系統(tǒng)的采樣周 期。通常，符合上述功能的溫度控制程序由主程序和 T0中斷服務(wù)程序兩部分組成。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 24 圖 3－ 11 電阻爐 飛升曲線圖 根據(jù)飛升曲線 可得出電阻爐的參數(shù)： T0= 1490 （ S） τ =40 （ S） 根據(jù)控制度為 ，控制規(guī)律為 PID 以及 τ、 T0查表 32 則可以求出 PID 參數(shù) Kp、 Ki、 Kd、 T。 但實際的飛升曲線起始有彎曲 ，不易找到確切的位置來滯后時間，這時可用一階加純滯后的虛線曲線來迫近，使后面大部分重合，而起始部分則可定出一個等效的滯后時間τ ， 這使我們可在曲線的轉(zhuǎn)折點（即拐點）處作一切線，如圖與時間軸的交點認(rèn)為是一階的起點，即純滯后時間τ，而切線與穩(wěn)態(tài)值的交點時間常數(shù)應(yīng)為 T0，加上純滯后時間則實測為 τ +T0。輸出從起始值到達(dá) 。 利用同樣的方法測得的電阻爐爐溫的飛升曲線 將上述測得的兩條飛升曲線與典型傳遞函數(shù)的飛升曲線比 較，可知圖 310是一階對象的飛升曲線，而電阻爐爐溫的飛升曲線是帶純滯后的一階對象。當(dāng)然它對應(yīng)的輸入也就是這個突然附加的階躍信號。它在穩(wěn)定控制信號作用下系統(tǒng)有一個穩(wěn)定的輸出，然后突然在輸入端加一幅適宜的階躍控制信號。但階躍信號也不能取得太小，否則干擾對測量結(jié)果誤差的影響就相對增加。 （４） 純滯后曲線的測量 在實際測量對象的曲線時，一般只能 在較窄的動態(tài)范圍中進(jìn)行。 純滯后的一階對象： 這種對象的微分方程為： Ty(t)’ +y(t)=Kc(tτ ) （ 310） 則它的傳遞函數(shù)為： W(s)=Keτ s/(T0S+1) （ 311） 圖 3－ 8 純滯后一階曲線圖 它的曲線如上圖所示。 表 32 擴(kuò)充曲線響應(yīng) 表 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 22 控制度 控制規(guī)律 T Kp Ti Td PI PID PI PID PI PID PI PID （ ３ ）階躍響應(yīng)曲線的測定 一階對象： 對象的微分方程為： Ty(t)‘ +y(t)=Kc(t) （ 38） 它的傳遞函數(shù)為： W(s)=K/(T0S+1) （ 39） 圖 3－ 7 一階曲線圖 它的曲線如上圖所示。 ● 用記錄儀表記錄被調(diào)量在階躍輸入下的整個變化過程曲線。 （２） 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法 用擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定 的步驟如下： ● 數(shù)字控制器不接入控制系統(tǒng)，讓系統(tǒng)處于手動操作狀態(tài)下，將被調(diào)量調(diào)節(jié)到給定值附近，并使之穩(wěn)定下來。若 ? 較大， T0可取大一些，宜選擇較大的控制度。如上圖中介紹的三種工能的各自特性，這樣，完全可以按照其大小 來選擇控制度。而放大系數(shù)和積分作用對系統(tǒng)的影響與此相似，即放大系數(shù)變大和積分作用變強(qiáng)都會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變壞。其大小對系統(tǒng)的性能影響很大。上式的控制度定義只有概念上的意義，缺乏可操作性。控制效果的評價函數(shù)通常采用 20()E t dt?? （誤差平方積分）表示。其余符號的意義。啟動整定程序時，系統(tǒng)將切斷 PID 控制器，在閉環(huán)中接入帶滯環(huán)的繼電特性，系統(tǒng)將產(chǎn)生受控振蕩 ，見圖 3－６ 。圖 34 為數(shù)字 PID 控制算法流程圖。 由式（ 31）可得孔子其在 K1 個采樣值為： 11 1 1 2 00[ ( ) ]k Dk p k j k kjI TTu k e e e e uTT?? ? ? ??? ? ? ? ?? （ 33） 將式（ 31）與式（ 33）相減，并整理，可得增量式 PID 控制算法公式為： 1 1 1 1 2[ ( 2 ) ]Dk k k p k k k k k kI TTu u u k e e e e e eTT? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 19 112( 1 ) ( 1 )D D Dp k p k p kI T T TTk e k e k eT T T T??? ? ? ? ? ? (34) 上式可以寫成： ( ) ( 1 ) [ ( ) ( 1 ) ] ( ) [ ( ) 2 ( 1 ( 2 ) ]p I DU n U n k E n E n k E n k E n E n E n? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?） ( 1)p I DU n p p p? ? ? ? ? (35) PID控制算法子程序設(shè)計 由于電阻爐一般都屬于一階對象，為了求出幾個系數(shù)，我們用到擴(kuò)充響應(yīng)曲線整定 PID 參數(shù)。 Dk 微分系數(shù)， pDD kTk T? 。 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。 （ 5）從計算機(jī)精度考慮，采樣周期不宜過短。 （ 3）從抑制擾動的要求來說，采樣周期應(yīng)該選擇得小些。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。采樣周期 T 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。 所謂增量式 PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量 。 數(shù)字 PID 控制算法可以分為位置式 PID控制算法和增量式 PID控制算法。隨著計算機(jī)的出現(xiàn)，把它移植到計算機(jī)控制系統(tǒng)中來，將原來的硬件實現(xiàn)的功能用軟件來代替，因此稱作 PID 控制器，所形成的一整套算法則稱為數(shù)字 PID算法。所以對有較大慣性或是滯后的被控對象，比例 +微分控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過 程中的動態(tài)特性。解決的辦法是抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 17 圖 3－ 3 微分控制 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 甚至是失真。 由于自動控制系統(tǒng)有較大的慣性 組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（ delay）組件，在調(diào)節(jié)過程中可能出現(xiàn)過沖甚至振蕩。如果 單獨用積分 (I)的話，由于積分輸出隨時間積累而逐漸增大，故調(diào)節(jié)動作緩慢，這樣會造成調(diào)節(jié)不及時，使系統(tǒng)穩(wěn)定裕度下降。這樣，即使誤差很小，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(jìn)一步減少，直到等于零。 圖 3－１ 比例控制 （ 2） 積分控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。但是，比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。除了系統(tǒng)控制輸入為 0 和系統(tǒng)過程值等于期望值這兩種情況，比例控制都能給出穩(wěn)態(tài)誤差。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例，積分和微分計算出控制量進(jìn)行控制的。 當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或是不到 精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。 圖 216 電壓波形 圖 2－ 17 交流 SSR 輸出波形圖 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 15 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 PID 算法 根據(jù)對偏差的比例（ P），積分（ I） ,和微分（ D） 運算而進(jìn)行控制（簡稱 PID 控制），是對過程控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種 控制規(guī)律，此控制規(guī)律對許多工業(yè)過程控制時，都能得到比較滿意結(jié)果。 Ⅲ 區(qū)為幅值大于 25V的范圍，稱為抑制區(qū)在此區(qū)域內(nèi)加入輸入信號， SSR的導(dǎo)通被抑制。圖中交流電壓分三個區(qū)域， Ⅰ 區(qū)為 10V～ +10V范圍，稱為死區(qū)，在此區(qū)域中加入輸入信號時不能使 SSR導(dǎo)通。光耦合器將輸入與輸出電路在電氣上隔離開， R8和 C組成浪涌吸收網(wǎng)絡(luò)，以吸收電源中帶有的尖峰電壓或浪涌電流，防止對開關(guān)電路產(chǎn)生沖擊或干擾。 圖 2－ 15 固態(tài)繼電器原理圖 過零觸發(fā)型 AC— SSR為四端器件，其內(nèi) 部電路如圖 215所示。而當(dāng)輸入的控制信號撤銷后，無論哪一種類型，它們都是流過雙向控制硅負(fù)載電流為零時才 關(guān)斷。其原理圖如下。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，固態(tài)繼電器有直流固態(tài)繼電器和交流固態(tài)繼 電器之分。 有如下兩種應(yīng)用于轉(zhuǎn)換溫度信號的典型電路： 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 13 圖 2－ 13 溫 度轉(zhuǎn)換一 圖 2－ 14 溫度轉(zhuǎn)換二 固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器簡稱 SSR，它是晶體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點開關(guān)，而在前級把光電隔離器融為一體，因此，固態(tài)繼電器實際上是一種帶光電隔離器的觸點開關(guān)。 ，輸入失調(diào)電流 20nA。 4~20mA 線性化變送器，它可與鎳絡(luò) 鎳硅測溫傳感器構(gòu)成精密的 T/I 變換。 ，對于 10%精度的儀表應(yīng)≤ 177。該儀表的輸入回路與輸出回路，電源回路之間只有磁的聯(lián)系，無電 的直接聯(lián)系，因此它們之間是安全隔離的，調(diào)整校驗步驟如下： ⑴ 準(zhǔn)備工作：按