【正文】 越小時(shí)，則它反抗偏差變化的作用越弱。但微分的作用對(duì)輸入信號(hào)的噪聲很敏感，對(duì)那些 噪聲較大的系統(tǒng)一般不用微分，或在微分起作用之前先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。偏差變化的越快，微分控制器的輸出就越大，并能在偏差值變大之前進(jìn)行修正。 微分環(huán)節(jié)的作用使阻止偏差的變化。在偏差出現(xiàn)的瞬間，或在偏差變化的瞬間，不但要對(duì)偏差量做出立即響應(yīng) （ 比例環(huán)節(jié)的作用 ） ，而且要根據(jù)偏差的變化趨勢(shì)預(yù)先給出適當(dāng)?shù)募m正。所以必須根據(jù)實(shí)際控制的具體要求來(lái)確定 Ti。積分常數(shù) Ti 越大，積分的 積累作用越弱，這時(shí)系統(tǒng)在過(guò)渡時(shí)不會(huì)產(chǎn)生振蕩 ：但是增大積分常數(shù) Ti 會(huì)減慢靜態(tài)誤差的消除過(guò)程，消除偏差所需的時(shí)間也較長(zhǎng)，但可以減少超調(diào)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。可見(jiàn)，積分部分可以消除系統(tǒng)的偏差。故而，比 例系數(shù)如選擇必須恰當(dāng)，才能過(guò)渡時(shí)間少，靜差小而又穩(wěn)定的效果。偏差一旦產(chǎn)生控制器立即產(chǎn)生控制作用，使控制量向 減少偏差的方向變化。該系統(tǒng)由模擬 PID 控制器和被控對(duì)象組成 [1]。 具體由比例模塊，積分模塊和微分模塊構(gòu)成。 PID控制器問(wèn)世至今已有近 70年歷史，它 以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一?？梢詫⒉蓸宇l率提高到很多的水平，使控制結(jié) 果更準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)性、控制效果更好。同時(shí)也省去了為建造燃料供應(yīng)子系統(tǒng)的費(fèi)用，節(jié)約了成本。 （ 2） 由于采用了離線的方法，很大程度上的減少了編程的麻煩，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較容易。系統(tǒng)原理 2l所示。驅(qū)動(dòng)加熱采用固態(tài)繼電器，在實(shí)行控制的時(shí)候不像其它采用 D/A轉(zhuǎn)換后再控制調(diào)節(jié)閥的方法，而是直接外接一個(gè)固態(tài)繼電器，通過(guò)內(nèi)部改變定時(shí)器的中斷時(shí)間來(lái) 調(diào)節(jié)一個(gè)周期內(nèi)電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和斷開(kāi)時(shí)間。單片機(jī)輸出脈寬變化的 PWM 波，從而改變固態(tài)繼電器中交流接觸點(diǎn)的通斷時(shí)間以此來(lái)改變水溫。 驅(qū)動(dòng)加熱模塊也有多種方案 ： 方案一 ： 單片機(jī)輸出數(shù)字量，經(jīng) DA 轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的功率器件，特點(diǎn)是控制方便，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，且存在大量的干擾。 方案二 ： 采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20， DS18B20 采用獨(dú)特的單線接口方式，與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。但熱電偶測(cè)量需要溫度補(bǔ)償。其測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣。 方案論證 溫度采集有多種方案，但在水溫控制的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)主要有兩種 ： 方案 用熱電偶采集溫度。 系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)如下 ： （ 1） 按鍵設(shè)定溫度， 用 五位數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)溫度 ： （ 2） 溫度控制范圍為 0~100度，測(cè)量誤差 為士 度 ： （ 3） 恒溫控制 并且可以快速達(dá)到預(yù)設(shè)溫度且超調(diào)較小 ； 2 第 2 章 系統(tǒng)方案 設(shè)計(jì)思想 溫度的期望值可用鍵盤設(shè)定，溫度 傳感器檢測(cè)實(shí)際溫度，微處理器單片機(jī)根據(jù)實(shí)測(cè)值與期望值偏差通過(guò) PID 運(yùn)算，輸出相應(yīng)的控制參數(shù)給加熱驅(qū)動(dòng)模塊，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)PID 控制。 本設(shè)計(jì)源自工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，以鍋爐水 溫水溫控制器建立模型，包括硬件和軟件兩部分，硬件部分包含 溫度設(shè)定模塊、溫度采集變送模塊、溫度偏差處理模塊 （ 即 PID 控制模塊 ） 、溫度顯示模塊 、電爐加熱模塊。 現(xiàn)代自動(dòng)控制越來(lái)越朝著智能化發(fā)展，在很多自動(dòng)控制系統(tǒng)中都用到了上控機(jī)，小型機(jī) ,甚至是巨型機(jī)處理機(jī)等，當(dāng)然這些處理機(jī)有一個(gè)很大的特點(diǎn)，那就是很高的運(yùn)行速度，很大的內(nèi)存，大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的發(fā)展歷程中， PID控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的基本控制方式。 偏差控制的原理是先求出實(shí)測(cè)爐溫對(duì)所需爐溫的偏差值，然后對(duì)偏差值處 理獲得控制信號(hào)去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。例如 ： 在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力上程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加土等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。 51 Singlechip microputer temperature sensor。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)驗(yàn)，本系統(tǒng)超調(diào)小，無(wú)振 蕩，基本可以實(shí)現(xiàn)自控系統(tǒng)的穩(wěn) 、準(zhǔn) 、 快的三大目標(biāo)。而 PWM 波通過(guò)控制固態(tài)繼電器 SSR 的通斷時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)電熱杯的加熱速度，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精準(zhǔn)控制。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 題目： 基于 PID 算法的水溫控制器設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 摘 要 PID 控制是工業(yè)控制領(lǐng)域的一個(gè)重要方法 ,將 PID算法應(yīng)用到以 51單片機(jī) 為核心的控制系統(tǒng)中 ,能產(chǎn)生良好的控制效果?；?PID 算法的水溫控制器系統(tǒng)采用目前性價(jià)比及較高的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20作為檢測(cè)變送器，通過(guò)鍵盤向單片機(jī)輸入預(yù)設(shè)溫度值，單片機(jī)將溫度偏差進(jìn)行 PID 運(yùn)算后輸出 PWM波。整 個(gè)系統(tǒng)的硬件電路簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好。 關(guān)鍵詞 ： PID； 51 單片機(jī)； 溫度傳感器 ； PWM Abstract PID control in the field of industrial control is an important method, PID algorithm is used to 51 SCM for as the core of the control system, can produce excellent control effect. The water temperature controller based on PID algorithm with high cost performance and current system of digital temperature sensor DS18B20 as the test transmitter, through the keyboard input to the single chip microputer preset temperature, single chip microputer temperature deviations PID operation will be after PWM wave output. And by controlling the PWM waves of the solid state relay high time to adjust the heating speed electric mug, and finally achieve the accurate control of the temperature. The whole system hardware circuit is simple, the stability is good. After the actual test, this system overshoot small, no shock, basic can realize the automatic control system stability, accurate, fast three goals. Key words： PID。 PWM square wave 目 錄 第 1 章 前 言 .......................................................................................................................... 1 第 2 章 系統(tǒng)方案 .................................................................................................................... 2 設(shè)計(jì)思想 .......................................................................................................................... 2 方案論證 .......................................................................................................................... 2 論證分析 .......................................................................................................................... 2 第 3 章 PID 原理解說(shuō) ............................................................................................................... 4 PID 概念及其構(gòu)成 ........................................................................................................... 4 PID 算法原理 ................................................................................................................. 4 PID 應(yīng)用到水溫控制器中的編程思路 ........................................................................... 7 第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 9 控制模塊單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .................................................................................. 9 鍵盤模塊的設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 9 顯示模塊的設(shè)計(jì) ............................................................................................................ 10 溫度采集模塊的設(shè)計(jì) ................................................................................................. 10 第 5 章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 12 主程序模塊流程圖的搭建 ......................................................................................... 12 PID 模塊流程圖的搭建 .............................................................................................. 13 定時(shí)器模塊流程圖的搭建 ........................................................................................ 13 第 6 章 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................................................................................. 15 溫度時(shí)間變化曲線的繪制 ........................................................................................ 15 分析曲線并獲得相應(yīng)結(jié)論 ............................................................................................ 16 第 7 章 結(jié) 論 .......................................................................................................................... 18 致 謝 ..................................