【正文】 ，加速比例不夠； ，對(duì)恒偏差補(bǔ)償不足； (3)基本上能夠在控制目標(biāo)上，但上下偏差偏大，經(jīng)常波動(dòng) ，對(duì)即時(shí)變化反應(yīng)不夠快，反應(yīng)措施不力； ，使微分反應(yīng)被鈍化； ，調(diào)節(jié)參數(shù)還沒有來得及傳遞出去； (4)受工作環(huán)境影響較大，在稍有變動(dòng)時(shí)就會(huì)引起溫度的波動(dòng) ，對(duì)即時(shí)變化反應(yīng)不夠快 ，不能即時(shí)反映； ，不能及時(shí)得到修正； 3 軟件設(shè)計(jì) PID 控制流程 將設(shè)定值與測(cè)量值分別傳送到 PID 控制器，經(jīng) PID 計(jì)算處理，計(jì)算出控制交流通過脈沖數(shù)的定時(shí)器 1的定時(shí)值，將該定時(shí)值送入定時(shí)器，溫度值將趨于設(shè)定的溫度值。 Td 積分時(shí)間常數(shù) Td一般不用設(shè)定，為 0 即可，若要設(shè)定，與確定 P和 Ti 的方法相同，取不振蕩時(shí)的 30%。記錄此時(shí)的Ti，設(shè)定 PID 的積分時(shí)間常數(shù) Ti 為當(dāng)前值得 150%~180%。比例增益 P調(diào)試完成。 P 確定比例增益 P時(shí)，首先去掉 PID 的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，一般是令 Ti=0、 Td=0，使PID 為純比例調(diào)節(jié)。 ，減小積分時(shí)間常數(shù) Ti。 PID 參數(shù)的設(shè)定是靠經(jīng)驗(yàn)及工藝的熟悉，參考測(cè)量值跟蹤與設(shè)定值曲線，從而調(diào)整P/I/D 的大小。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。 PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比較法、反應(yīng)曲線法和衰減法。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接使用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改 。 PID 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。 王阿東：電加熱器溫度的數(shù)字 PID控制 14 PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。此外，微分反映的是變化率，而當(dāng)輸入沒有變化時(shí)，微分作用輸出為零。在微分時(shí)間選擇合適的情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。 微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差的變化趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，以被微分調(diào)節(jié)作用消除，因此屬于“超前或未來”型調(diào)節(jié)控制。反之 Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無誤差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值，屬于“歷史 積累”型調(diào)節(jié)控制。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 由于本設(shè)計(jì)中主要用到增量式 PID 控制算法，所以在此我們只對(duì)增量式 PID 算法的程序?qū)崿F(xiàn)做介紹。這些工作在系統(tǒng)啟動(dòng)后迅速就完成了，之后 PID 控制器只進(jìn)行PID 核心控制算法的計(jì)算。對(duì)于STC89C52 單片機(jī)而言，有足夠的內(nèi)存去存儲(chǔ) 和處理這些數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)從一開始的設(shè)計(jì)思路就是盡可能高的提高系統(tǒng)的控制精度。 PID 算法的程序設(shè)計(jì) 要編寫一個(gè)已知算法的單片機(jī)程序，首先要考慮的就是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式了。 I 對(duì)系統(tǒng)性能的影響：積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降， I小（積分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。 P 可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以及控制對(duì)象的特性來決定的。 位置式 PID 控制算法也可以通過增量式控制算法推出遞推計(jì)算公式： kkk uuu ??? ?1 式 24 式 24就是目前在計(jì)算機(jī)控制中廣泛應(yīng)用的數(shù)字遞推 PID 控制算法。由 21 可以得到控制器的第 k1個(gè)采樣時(shí)刻的輸出值為式 22： ?????? ???? ? ? ?kj kkdkikpk T eeTeTTeKu 0 1 式 21 ?????? ???? ? ?? ???? 10 2111 kj kkdkikpk T eeTeTTeKu 式 22 將式 51 與式 52 相減并整理，就可以得到增量式 PID 控制算法公式為： 212121112112?????????????????? ??????????????????? ?????????kkkkdpkdpkdipkkkdkikkpkkkCeBeAeeTTKeTTKeTTTTKTeeeTeTTeeKuuu 式 23 其中 ???????? ??? TTTTKA dip 1 ?????? ?? TTKB dP 21 TTKC dp? 由式 53 可以看出，如果計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定 的采樣周期 T，一旦確定 A、B、 C， 只要使用前后三次測(cè)量的偏差值，就可以由式 53 求出控制量。當(dāng)執(zhí)行需要的不是控制量的絕對(duì)值，而是控制量的增量時(shí)，需要用 PID的“增量算法”。它具有原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立，參數(shù)的選定比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn) 。 （ 3）雙向可控硅在本設(shè)計(jì)中的電路連接圖 如圖 所示。 4. 可控硅 在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主回路電壓（或電流）減小到接近于零時(shí)， 可控硅 關(guān)斷。 2. 可控硅 承受正向陽極電壓時(shí)，僅在門極承受正向電壓的情況下 可控硅 才導(dǎo)通。 圖 單向可控硅應(yīng)用電路 通過對(duì)單向可控硅的技術(shù)分析，可歸納出如下特點(diǎn)： 1）可控硅的導(dǎo)通條件是在陽極 A與陰極 K之間加有正向電壓情況下，在門極 G與陰極 K之間加上一個(gè)正向脈沖信號(hào)，形成門極電流， 此電流將觸發(fā)可控硅進(jìn)入自鎖的導(dǎo)通狀態(tài)。 光耦器件 MOC3040 由于單片機(jī)是弱點(diǎn)，而電加熱器是強(qiáng)電，所以用光耦合很好的解決了強(qiáng)弱電隔離的問題， 在本設(shè)計(jì)中采用了一種比較常用的光耦器件 MOC3040，其在本設(shè)計(jì)中的連接電路如圖 所示： 圖 光耦合 連接電路 可控硅簡(jiǎn)介 西安外事學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 可控硅分為單向的和雙向的 兩種 ,符號(hào)也不同 .單向可控硅有三個(gè) PN結(jié) ,由最外 層的P 極和 N極引出兩個(gè)電極 ,分別稱為陽極和陰極 ,由中間的 P 極引出一個(gè)控制極 . (1)單向可控硅 單向可控硅 的基本應(yīng)用電路如圖 所示。為確保長(zhǎng)線傳輸?shù)目煽啃?，可采用光電耦合隔離措施，將 2 個(gè)電路的電氣連接隔開，切斷可能形成的 環(huán)路，使他們相互獨(dú)立，提高電路系統(tǒng)的抗干擾性能。如可控硅所在的主電路一般是交流強(qiáng)電回路，電壓較高，電流較大，不易與微機(jī)直接相連，可應(yīng)用光耦合器將微機(jī)控制信號(hào)與可控硅觸發(fā)電路進(jìn)行隔離。因而，可在微機(jī)的輸入和輸出端，用光耦作介面，對(duì)信號(hào)及雜訊進(jìn)行隔離。 光電隔離技術(shù)的應(yīng)用 （ 1）微機(jī)介面電路中的光電隔離 微機(jī)有 多個(gè)輸入 端 ，接收來自遠(yuǎn)處現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳來的狀態(tài)信號(hào)，微機(jī)對(duì)這些信號(hào)處理后，輸出各種控制信號(hào)去執(zhí)行相應(yīng)的操作。因?yàn)楣怦詈掀骷妮斎牖芈泛洼敵龌芈分g可以承受幾千伏的高壓。 光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾雜訊都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號(hào)的產(chǎn)生。光電耦合器之所以在傳輸信號(hào)的同時(shí)能有效地抑制尖脈沖和各種雜訊干擾，使通道上的信號(hào)雜訊比大為提高，主要有以下幾方面的原因： （ 1）光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，通常為105～ 106Ω。 西安外事學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 按鍵連接圖 光 電 耦 合 器件 光電耦合器件簡(jiǎn)介 光電 耦 合器件（簡(jiǎn)稱光耦）是把發(fā)光器件（如發(fā)光二極 管 ）和光敏器件（如光敏三極管）組裝在一起，通過光線實(shí)現(xiàn)耦合構(gòu)成電 —光和光 —電的轉(zhuǎn)換器 件。具體連接電路如 圖 所示 ： 圖 溫度顯示部分 溫度設(shè)定部分 溫度設(shè)定部分采用四個(gè)獨(dú)立按鍵來完成，按鍵 S0 負(fù)責(zé)進(jìn)入設(shè)定部分， S1 和 S2 分別為溫度加和溫度減，按鍵 S3 為切換到顯示當(dāng)前溫度。 王阿東：電加熱器溫度的數(shù)字 PID控制 6 圖 DS18B20 連接圖 溫度顯示部分 溫度顯示部分采用 4 位共陽數(shù)碼管來顯示，位選端采用 4 個(gè) PNP 型三極管 9012 來驅(qū)動(dòng)。 DSl8B20 工作過程及時(shí)序 DSl8B20 工作過程中的協(xié)議如下 : 初始化 RoM操作命令存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù) （ 1） 初始化 單總線上的所有處理均從初始化開始 （ 2） ROM操作 指 令 總線主機(jī)檢測(cè)到 DSl820 的存在便可以發(fā)出 ROM操作命令之一 指令 代碼 Read ROM (讀 R OM ) [ 33H] Match ROM (匹配 ROM) [55H] Skip ROM (跳過 ROM] [CCH] Search ROM( 搜索 R OM ) [ F0 H] Alarm search( 告警搜索 ) [ ECH] （ 3） 存儲(chǔ)器操作命令 指令 代碼 Write Scratchpad( 寫暫存存儲(chǔ)器 ) [ 4EH] Read Scratchpad( 讀暫存存儲(chǔ)器 ) [ BEH] Copy Scratchpad( 復(fù)制暫存存儲(chǔ)器 ) [ 48H] Convert Temp erature(溫度變換 ) [ 44H] Recall EPROM (重新調(diào)出 ) [ B8H] Read Power supply (讀電源 ) [ B4H] （ 4） 時(shí)序 主機(jī)使用時(shí)間隙 (tim e slots) 來讀寫 DSl820 的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位 。即定時(shí) 器 T0、 T T2； 11. 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 ； 12. 通用異步串行口（ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART； 13. 工作溫度范圍： 40～ +85℃ （工業(yè)級(jí)） /0～ 75℃ （商業(yè)級(jí)） 。最高運(yùn)作頻率 35MHz， 6T/12T 可選 ?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 512字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時(shí)器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810復(fù)位電路， 3個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4個(gè)外部中斷，一個(gè) 7向量 4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51的 5向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工 串行口 。 STC89C52使用經(jīng)典的 MCS5