【正文】 對于單入單出被控對象，需要研究針對不穩(wěn)定對象或被控過程存在較大干擾情況下的PID參數(shù)整定方法，使其在初始化、抗干擾和魯棒性能方面進一步增強，使用最少量的過程信息及較簡單的操作就能較好地完成整定。 另外也發(fā)展了一批專用的PID整定設備可以外接到工業(yè)控制回路上。隨著計算機技術的發(fā)展和自整定技術的成熟，El前有關自動整定控制器的商業(yè)化產(chǎn)品已大量涌現(xiàn)，其中比較著名的如Foxboro公司的ExACT 系列、First Control的M R0CONTROLLER系列、Leed ＆ Northrop 的Electromax V 系列、SattControl的ECA40系 、Honeywell公司的RPID、ControlSoft公司INTUNE 等 。近年來，國際自動控制領域?qū)ID控制器參擾、提高魯棒性、加快算法的收斂速度等方向發(fā)展 ?？梢酝ㄟ^數(shù)學的方法證明，在其他控制方法導致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過程反復的情況下，一個PID反饋回路卻可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。這個控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個參考值進行比較，然后把這個差別用于計算新的輸入值，這個新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達到或者保持在參考值。被控物理量在發(fā)生變化后很難恢復，首先加大比例增益P，如果恢復較慢，可以適當?shù)臏p小積分時間I，還可以加大微分時間D。微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)蓄料目結合，組成PD或PID控制?？梢詼p少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。I因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，提高無差度。PID參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響作用缺點P加快調(diào)節(jié)，減少穩(wěn)態(tài)誤差。優(yōu)點：1. 技術成熟 2. 易被人們熟悉和掌握 3. 不需要建立數(shù)學模型 4. 控制效果好 5. 魯棒性 PID控制器是一種線性的控制器，它根據(jù)給定值r(t)和實際輸出值c(t)構成控制偏差： e(t)=r(t)c(t) (21) 將偏差的比例（P）、積分（I）、微分(D)通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制，故稱PID控制器。 對于PID存在的這些缺陷，相應的解決辦法是： (1)安排合適的“過渡過程”； (2)合理提取“微分“跟蹤微分器； (3)探討“擾動估計辦法“擴張狀態(tài)觀測器； (4)探討合適的組合方法“非線性組合”； PID控制器PID控制的本質(zhì)是一個二階線性控制器。(4)線性組合不一定是最好的組合方式 PID控制器給出的控制量是誤差的現(xiàn)在、過去、將來三者的線性組 合。 (2)誤差的微分信號的產(chǎn)生沒有太好的辦法 由于微分器物理不可實現(xiàn)，只能近似實現(xiàn)。而隨著科技的進步和對控制品質(zhì)要求的提高，經(jīng)典PID控制技術的缺陷越來越凸現(xiàn)出來。PID控制的最大優(yōu)點就是控制機理完全獨立于對象的數(shù)學模型，只用控制目標與被控對象實際行為之間誤差來產(chǎn)生消除此誤差的控制策略，這也是PID控制技術的精髓。這就是說，在控制器中僅僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例加上微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。主要原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。這樣，即便誤差很小，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)誤差進一步減小，直到等于零。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分（I）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系。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量來進行控制的。2 PID控制 PID控制的特點和原理在工程實際中，應用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。第五章主要是軟件設計，有軟件的介紹和程序的設計，程序設計有按鍵程序、顯示程序、PID參數(shù)設置程序和PID算法程序與各程序設計的流程圖和仿真圖。第三章主要是整個論文的設計方案和設計的性能要求，單片機的選擇、引腳功能和現(xiàn)在單片機的一些類型和特點還有單片機的工作原理。論文主要結構，第一章緒論，簡單介紹了PID控制在現(xiàn)在社會的應用和PID控制的發(fā)展和趨勢。該系統(tǒng)還采用模糊PID方法進行溫度控制，能克服普通的單片機PID溫度控制系統(tǒng)的一些不足之處，讓它達到令人較為滿意的控制效果。國際著名自動化儀表廠商都十分注意PID功能的應用，如20世紀70年代至80年代中期，從DCS的PID組態(tài)，擴大各種PID控制功能（如抗積分飽和、疊加邏輯狀態(tài)等）到推出自整定PID控制（如日本東芝公司的FuiiMicrer自整定調(diào)節(jié)器、美國Foxboro公司的Exact自整定調(diào)節(jié)器、日本橫河機電株式會社的YS80專家自整定調(diào)節(jié)器）。近年來，出現(xiàn)了許多新型PID控制器，對于復雜對象、其控制效果遠遠超過常規(guī)PID控制。隨著微處理機技術的發(fā)展和數(shù)字智能式控制器的實際應用，這種設想已變成了現(xiàn)實。在實際生產(chǎn)現(xiàn)場中，由于受到參數(shù)整定方法煩雜的困擾，常規(guī)PID控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，對運行工況的適應性很差。一方面,各種新的好的控制思想不斷被應用于PID控制器的設計當中或者是使用新的控制思想設計出具有PID結構的新控制器,PID控制技術被注入了很多新的活力。PID控制至今仍然是應用最廣泛的一種實用控制器。最重要的是：如果PID控制器不能控制復雜過程，無論怎么調(diào)參數(shù)都沒用。　　第三，PID控制器在實踐中也不斷的得到改進。也就是，PID參數(shù)Kp，Ki和Kd可以根據(jù)過程的動態(tài)特性及時整定。雖然很多工業(yè)過程是非線性或時變的，但通過對其簡化可以變成基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)，這樣PID就可控制了。但是，只有三分之一的控制器在應用中能夠讓人滿意，剩下的控制器都不能讓用戶對它的控制滿意，這給我們現(xiàn)在研究控制理論的學者帶來了機遇和挑戰(zhàn)?！癙re2act”與“Haper2re2set”功能實際都是在控制器中加入了微分控制。一些處于世界領先地位的自動化儀表公司對PID控制器的早期發(fā)展做出重要貢獻,甚至可以說PID控制器完全是在實際工業(yè)應用中被發(fā)明并逐步完善起來的。儀表工業(yè)的重心是使PID控制技術能跟上工業(yè)技術的最新發(fā)展。1940年以后則是第二階段——革新階段。第一個階段為發(fā)明階段( 1900 ～1940 ) 。 圖 模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖 PID控制的發(fā)展和趨勢PID控制技術的發(fā)展可以分為兩個階段。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。即使當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來得到系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用的也是PID控制技術。PID控制器至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。PID控制被證明是一種非常好的控制模式。有利用PID控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC)，還有可實現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。不同的控制系統(tǒng)，它們的傳感器、變送器、執(zhí)行機構都是不一樣的。一個控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機構﹑輸入輸出接口這幾個部分。 基于單片機的PID控制器畢業(yè)設計1 緒論 概述目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標志。同時，控制理論的發(fā)展主要經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。控制器的輸出經(jīng)過輸出接口、執(zhí)行機構，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器 (intelligent regulator)，其中PID控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應算法來實現(xiàn)。 PID控制是最實用化的控制方式，指的是一項流行的線性控制策略，它是對偏差信號e(t)進行比例、積分、微分運算變換后形成的一種控制規(guī)律，基本思想是“利用偏差、消除偏差”。它的產(chǎn)品已經(jīng)在工程實際中得到了廣泛的應用，很多大公司都開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能控制器。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或者當使用者得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術很難采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時用PID控制技術是最方便的。PID控制，實際中有PI和PD控制。模擬PID控制系統(tǒng)的原理框圖（），系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對象組成。20世紀的30年代晚期微分控制的加入標志著PID控制成為一種標準結構,也是PID控制兩個發(fā)展階段的分水嶺。PID控制的思想逐漸明確，氣動反饋放大器被發(fā)明,儀表工業(yè)的重心被放在實際PID 控制器的結構設計上。在革新階段，PID 控制器已經(jīng)發(fā)展成一種魯棒的、可靠的、易于應用的控制器。從氣動控制到電氣控制到電子控制再到數(shù)字控制, PID 控制器的體積逐漸縮小,性能不斷的提高。值得提出的是, 1939年Taylor儀器公司推出的一款帶有所謂“Pre2act”功能的名為“Fulscope”的氣動控制器以及同時期Foxboro儀器公司推出的帶有所謂“Hyper2re2set”功能的“Stabilog”氣動控制器都是最早出現(xiàn)的具有完整結構的PID控制器。，他先利用模糊控制語句組的模糊控制器，用于鍋爐和汽輪機的運行控制；我國的模糊控制理論和研究工作是在1979年開始的，如對模糊控制系統(tǒng)的結構、模糊推理算法、自學習或自組織模糊控制器以及模糊控制器的穩(wěn)定性方面的研究；80年代末對模糊控制器和PID控制器的關系進行研究，1985年，徐承偉提出模糊控制器輸出與被控對象之間存在積分作用；1987年胡家耀在這基礎上提出FuzzyPI調(diào)節(jié)器，用于退火爐燃燒過程中；1988年，河北廊坊市工具廠李利民、王金奎研制的高溫鹽浴爐微機控制系統(tǒng)以磁性調(diào)壓器作為執(zhí)行元件，采用MPID調(diào)解方式，當爐溫在11001300攝氏度范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)誤差小于20度；1989年，武漢鋁廠鄭恭恒、沈協(xié)和用單片機實現(xiàn)爐溫控制，采BangBang和PID相結合的算法，達到升溫速度快，超調(diào)量小的升溫效果；1997年，吉林工業(yè)大學呂俊偉、王文成、黃海東研制的模糊PI開關混合控制器用于滲炭爐溫度控制系統(tǒng)，縮短了升溫時間，大大提高了控制精度最大超調(diào)量小于1度；DESBOROUGH和MILLER在2002年的一次統(tǒng)計報告中指出，目前在美國有超過11600個有PID控制器結構的調(diào)節(jié)器在工業(yè)控制中應用，有一些復雜的控制律其基本控制也用的PID控制算法，有大部分的反饋回路都是用的PID控制算法。PID控制的優(yōu)點很多：首先，PID應用范圍廣。第二，PID參數(shù)較易整定。如果過程的動態(tài)特性變化，例如可能由負載的變化引起系統(tǒng)動態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定。在一些情況下針對特定的系統(tǒng)設計的PID控制器控制得很好，但仍不可否認PID也有其固有的缺點：PID在控制非線性、時變、耦合及參數(shù)和結構不確定的復雜過程時，工作地不是太好。雖然有這些缺點，PID控制器是最簡單的有時卻是最好的控制器。各種現(xiàn)代控制技術的出現(xiàn)并沒有減弱PID控制器的應用,相反,新技術的出現(xiàn)對于PID控制技術的發(fā)展起了很大的作用。另一方面,某些新控制技術的發(fā)展要求更精確的PID控制,從而刺激了PID控制器設計與參數(shù)整定技術的發(fā)展。針對這些問題，長期以來，人們一直在尋求PID控制器參數(shù)的自動整定技術，以適應復雜的工況和高指標的控制要求。同時，隨著現(xiàn)代控制理論(諸如智能控制、自適應模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡技術等)研究和應用的發(fā)展與深人，為控制復雜無規(guī)則系統(tǒng)開辟了新途徑。尤其引人注目是近些年來電氣傳動及機電控制等非自動儀表傳統(tǒng)的應用領域，又都采用了PID，可以說PID應用領域已大為擴大。運用單片機設計的控制器有很多的用途，比如用單片機的全自動鍋爐壓力控制器，該系統(tǒng)能根據(jù)鍋爐現(xiàn)場檢測的各個狀態(tài)做出實時精確的自動控制，如實現(xiàn)溫度、壓力、水位等的監(jiān)控，數(shù)碼管顯示、報警、系統(tǒng)參數(shù)設置的功能。 論文研究的內(nèi)容和結構安排在對PID控制的發(fā)展現(xiàn)狀、PID控制器的特點和單片機的結構等知識的閱讀和了解，設計一個基于單片機的PID控制器。第二章簡單介紹了PID控制的特點和原理還有PID整定的一些方法和特點。第四章主要是對電路的設計，包括電源電路、按鍵電路、顯示電路、AD轉換電路和單片機的復位和晶振電路。第六章是對本次設計的總結，主要有這次論文的不足和對PID控制的展望。PID控制，實際中有PI和PD控制。比例（P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate error）。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error）。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。所以，比例加上積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。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)振蕩甚至失穩(wěn)。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近于零時，抑制誤差的作用就應該是零。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例加上微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。正是這樣，它才能在控制工程實驗中得到廣泛有效的應用。PID的缺陷，總體來說就是信號處理太簡單、