【正文】 ,Δe(k),Δe(k－1)0或者e(k) =0時，說明誤差在朝絕對值減小的方向變化，或者已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時，可考慮采取保持控制器輸出不變。此時，系統(tǒng)相當(dāng)于實(shí)施開環(huán)控制。（1）當(dāng)|e(k)|M1時，說明誤差的絕對值已經(jīng)很大。算法中用于判斷的參數(shù)值設(shè)定通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，沒有方法指導(dǎo)，一旦設(shè)定的不合理，控制結(jié)果就不會收斂于期望值。式（34）中，e(k)表示離散化的當(dāng)前采樣時刻的誤差值，e(k1)、e(k2)分別表示前一個和前兩個采樣時刻的誤差值。微分作用的大小可由kd調(diào)整。積分作用的大小可由ki調(diào)整。積分作用則是一種對誤差進(jìn)行累計(jì)的記憶。當(dāng)偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生正比于偏差大小的控制作用，使被調(diào)量朝誤差減小方向變化，這就是比例作用。常規(guī)PID控制是將偏差的過去、現(xiàn)在和未來的信息都進(jìn)行了綜合考慮。數(shù)字PID算法一般分為位置式和增量式兩種形式。因此，連續(xù)PID控制算法不能直接使用，PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)，需要采用離散化方法。（3）微分環(huán)節(jié) 反應(yīng)偏差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。（2）積分環(huán)節(jié) 主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。PID控制器是線性控制器，它根據(jù)給定值X(t)與實(shí)際輸出值Y(t)構(gòu)成控制偏差： （31）PID的控制規(guī)律為： （32）或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)的形式： （33）式中 Kp——比例系數(shù)；TI——積分時間常數(shù)；TD——微分時間常數(shù)。工業(yè)生產(chǎn)中，PID控制是最先發(fā)展起來的，應(yīng)用領(lǐng)域至今仍然廣泛。數(shù)字PID控制在生產(chǎn)過程中是一種最普遍采用的控制方法。專家控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖31。圖214 八分頻電路 仿真效果如圖215所示：圖215 八分頻電路仿真3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 在專家控制系統(tǒng)中，控制器由專家控制器和其他常規(guī)控制器兩部分構(gòu)成，各種高層決策的控制知識和經(jīng)驗(yàn)被用來間接地控制生產(chǎn)過程或調(diào)節(jié)受控對象，專家控制器的作用是監(jiān)控系統(tǒng)的控制過程，動態(tài)調(diào)整其他控制器的結(jié)構(gòu)或控制的參數(shù)，然后由其他控制器完成對受控對象的直接控制作用。單片機(jī)接12M晶振，ALE端對單片機(jī)進(jìn)行12分頻，所以ALE端會產(chǎn)生1MHz的時鐘信號，此信號不能直接使用，需要進(jìn)行8分頻。除上電復(fù)位外，若要在單片機(jī)運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)復(fù)位，只需按圖中 的RESET鍵實(shí)現(xiàn)手動復(fù)位。例如，若時鐘頻率為12MHz，每機(jī)器周期為1μs，則只需2μs以上時間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位，所以我們必須弄清楚MCS51型單片機(jī)復(fù)位的條件、復(fù)位電路和復(fù)位后狀態(tài)。通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖見圖211。由于單片機(jī)上電后P1口為高電平，且蜂鳴器的另一端連接為VCC，故直接連接蜂鳴器時，上電后蜂鳴器不響。(3) 聲光報(bào)警電路 圖211 聲光報(bào)警電路 本系統(tǒng)采用聲光報(bào)警達(dá)到提醒溫度是否過限。雖然雙向可控硅反向?qū)?但容易擊穿,故必須使雙向可控硅能承受這種反向電壓。當(dāng)單片機(jī)80C51 的P1. 3引腳輸出負(fù)脈沖信號時Q1 導(dǎo)通,MOC3061 導(dǎo)通,觸發(fā)雙向可控硅 導(dǎo)通,接通交流負(fù)載。(1) 過零檢測電路 圖28 過零檢測電路 如圖28所示，通過變壓器降壓,控制光電耦合器通斷,當(dāng)電壓過零時,光耦截止,三級管基極高電平,三極管導(dǎo)通,輸出引腳低電平。為了達(dá)到過零觸發(fā)的目的，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了交流電全波過零檢測電路。加熱采用電加熱器，制冷使用制冷壓縮機(jī)。然后檢測A/D轉(zhuǎn)換值，再通過轉(zhuǎn)換與計(jì)算，求得溫度值，隨即由數(shù)碼管顯示并作專家PID算法的調(diào)節(jié)、控制。用4片串入并出移位寄存器74LS164作為4位溫度靜態(tài)顯示器的輸出口，欲顯示的8位段碼即字型碼通過軟件譯碼產(chǎn)生，并由RXD串行口發(fā)送出去，既充分利用了單片機(jī)的硬件資源，在設(shè)計(jì)中充分利用單片機(jī)本身四個I/O接口而不另擴(kuò)展。用串入并出移位寄存器74LS164作為靜態(tài)顯示的LED輸出接口，對于基本顯示即夠用，可以用數(shù)碼顯示。用具有高穩(wěn)定性的基準(zhǔn)電阻作對比, 抑制了整個系統(tǒng)的溫漂和時漂。連續(xù)從P1口讀取5個數(shù)據(jù)，然后根據(jù)個、十、百、千的情況，重新組織數(shù)據(jù)，把5個數(shù)據(jù)相加，即得本次A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，根據(jù)裝換關(guān)系，即可得此時的溫度值。所以，才用INT1下降沿觸發(fā)的方式向單片機(jī)申請中斷，從P1口讀取數(shù)據(jù)，P1口的低4位為BCD碼,P1口的高四位的組態(tài)決定了低四位BCD碼代表個、十、百、千位的情況。(2) ICL7135與單片機(jī)接口電路 圖26 ICL7135與單片機(jī)接口 R/H接高電平，ICL7135工作在自動轉(zhuǎn)換模式，即每轉(zhuǎn)換完，自動進(jìn)行下一次轉(zhuǎn)換。其中,。ICL7135的輸入是0到2V，所以應(yīng)該采取放大倍數(shù)為10K，取。由于，所以 此放大電路相當(dāng)于電流控制的電壓源。每隔40002 個時鐘脈沖自動啟動下一次轉(zhuǎn)換。有關(guān)系式： a2 ICL7135簡介 ICI7135 是4 位雙積分A/D 轉(zhuǎn)換芯片,可以轉(zhuǎn)換輸出177。這表明其輸出電流與熱力學(xué)溫度嚴(yán)格成正比。 圖23 硬件總體結(jié)構(gòu)框圖 a. 器件選擇 a1 AD590簡介型號AD590IAD590JAD590KAD590LAD590M單位最大非線性誤差度最大標(biāo)定溫度誤差1050度額定溫度系數(shù)1uA/K額定輸出電流（25度)uA長期溫度飄逸度/月響應(yīng)時間20us殼與管角對地電阻10^10歐姆等效并聯(lián)電容100pF工作范圍+4至+30V 表1 AD590等效于一個高阻抗恒流源,工作范圍時+4~+30V，測溫范圍是55~+150，對于溫度變化范圍內(nèi)，對于熱力學(xué)溫度每變化1T就輸出1電流。該測控系統(tǒng)的硬件框圖主要包括單片機(jī)STC89C5溫度傳感器、信號放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器ICL713輸入設(shè)備（傳感器、獨(dú)立鍵盤）、輸出設(shè)備（加熱器、制冷器、數(shù)碼顯示器LED），其結(jié)構(gòu)框圖如圖22。因此，單片機(jī)控制系統(tǒng)非常適合于應(yīng)用型控制領(lǐng)域。溫度控制器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖21。按恒溫槽內(nèi)狀況，單片機(jī)將控制相應(yīng)控制電路，使各工作部件開始工作，進(jìn)行加熱與制冷，連續(xù)控制獲得適當(dāng)?shù)臏囟戎?，直至溫度合適。綜上所述，專家PID與模糊PID對于恒溫槽的控制效果都要強(qiáng)于傳統(tǒng)的PID控制，在未來，這兩種方法將會成為主流。模糊自適應(yīng)PID算法比普通PID算法的控制精度雖然沒有太大的提高, 但是在控制穩(wěn)定性上卻大為提高。而對于模糊PID，模糊PID恒溫槽控制系統(tǒng)對于恒溫槽內(nèi)溫度的變化調(diào)節(jié)更加平穩(wěn), 顯示了很好的控制效果。 將專家PID 控制技術(shù)應(yīng)用于具有遲延、時變、非線性的恒溫槽的溫度控制中，克服了常規(guī)PID 控制的易超調(diào)、波動大、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。引入了如繁殖交叉和變異等方法在所求解的問題空間上進(jìn)行全局的并行的隨機(jī)的搜索優(yōu)化，朝全局最優(yōu)方向收斂。 ．遺傳算法(GeneticAlgoriths．簡稱GA)是模擬達(dá)爾文的遺傳選擇和自然淘汰的生物進(jìn)化過程的全局優(yōu)化搜索算法。主要的問題是合理地獲得PID參數(shù)的模糊校正規(guī)則。但PID本質(zhì)是線性控制，而模糊控制具有智能性，屬于非線性領(lǐng)域，因此，將模糊控制與PID結(jié)合將具備兩者的優(yōu)點(diǎn)。然而，模糊控制的局限性在于對控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析和標(biāo)準(zhǔn)缺乏系統(tǒng)的方法步驟，規(guī)則庫缺乏完整性，沒有明確的控制結(jié)構(gòu)。 ．模糊模型使用模糊語言和規(guī)則描述一個系統(tǒng)的動態(tài)特性及性能指標(biāo)。 ．模糊控制是基于模糊邏輯的描述一個過程的控制算法，主要嵌入操作人員的經(jīng)驗(yàn)和直覺知識。 ．人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前主要的、也是重要的一種人工智能技術(shù)，是一種采用數(shù)理模型的方法模擬生物神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)及對信息的記憶和處理而構(gòu)成的信息處理方法。該方法通過溫控系統(tǒng)將熱電偶實(shí)時采集的溫度值與設(shè)定值比較，差值作為PID功能塊的輸入。 ．PID控制即比例、積分、微分控制。 課題研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 最近十年來，在溫度控制方法上有了快速的發(fā)展。因此，人們對PID 控制做了各種改進(jìn)工作。然而實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程往往具有非線性、時變不確定性等特點(diǎn)，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用常規(guī)PID 控制器不能達(dá)到理想的控制效果；在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場中，由于受到參數(shù)整定方法繁雜的困擾，常規(guī)PID 控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，對運(yùn)行工作情況的適應(yīng)性很差。而恒溫槽的控制效果主要由其控制方法所決定。 d