【正文】 廣泛有效的應(yīng)用。PID的缺陷，總體來說就是信號處理太簡單、未能充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，具體說來，有四個方面： (1)產(chǎn)生誤差的方式不太合理控制目標(biāo)A在過程中可以“跳變”，但是被 控對象輸出B的變化都有慣性，不可能跳變，要求讓緩變的變量b來 跟蹤能夠跳變的變量a，初始誤差很大，容易引起超調(diào)，很不合理。 (3)誤差積分反饋的引入有很多負(fù)作用 在PID控制中，誤差積分反饋的作用是消除靜差，提高系統(tǒng)響應(yīng)的準(zhǔn) 確性，但同時(shí)誤差積分反饋的引入，使閉環(huán)變得很遲鈍，容易產(chǎn)生振 蕩，易產(chǎn)生由積分飽和引起的控制量飽和。大量工程實(shí)踐表明，線性組合不一定是最好的組合方式，能否 在非線性領(lǐng)域找到更加合適的組合方式是值得去探索的。定義：通過調(diào)整比例、積分和微分三項(xiàng)參數(shù)，使得大多數(shù)的工業(yè)控制系統(tǒng)獲得良好的閉環(huán)控制性能。其輸入e(t)與輸出u(t)的關(guān)系為 （22） 式中u(t)——控制器(也稱調(diào)節(jié)器)的輸出；e(t)——控制器的輸入（常常是設(shè)定值與被控量之差；——控制器的比例放大系數(shù)； ——控制器的積分時(shí)間；——控制器的微分時(shí)間。穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。D反映系統(tǒng)偏差信號變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。PID參數(shù)的調(diào)整原則：PID參數(shù)的預(yù)置是相輔相成的，運(yùn)行現(xiàn)場應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行下列微調(diào)，被控物理量在目標(biāo)值附近振蕩，首先加大積分時(shí)間I，如果還是有振蕩，可適當(dāng)減小比例增益P。影響穩(wěn)態(tài)性能可以減少靜差，但不能消除消除靜差，但不能太大配合比例控制，可以減少靜差動態(tài)性能加快系統(tǒng)速度，但會引起震蕩太小會不穩(wěn)定，太大會影響性能太大和太小都會引起超調(diào)量大，過度時(shí)間長PID 控制器是一個在工業(yè)控制應(yīng)用中常見的反饋回路部件。和其他簡單的控制運(yùn)算不同，PID控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來調(diào)整輸入值，這樣可以使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定。 PID控制的自整定PID控制器自整定技術(shù)是近2O年來受到工業(yè)控制界和學(xué)術(shù)理論界廣泛關(guān)注并取得顯著成果的先進(jìn)控制策略，并早在8O年代中期就開發(fā)研制了相應(yīng)的自整定控制器 。K．J．Astrom、．Hang、Qingguo Wang、Z．J．Palmor、S．H．Shen等自整定專家不斷在幾大國際雜志上發(fā)表新的研究成果，顯示了PID 自整定技術(shù)強(qiáng)大的理論生命力 。而Fisher Control、Yokogawa、Eurotherra等公司紛紛在各自的工業(yè)控制器系列中也結(jié)合了不同的PID參數(shù)自動整定算法。如日本Toyo Systems的Supertuner，美國Techmadon 的Protuner，PowellProcess Instruments的Micon P200 Controller等，其中一些產(chǎn)品已在工業(yè)應(yīng)用中得到認(rèn)可。②對于多入多出被控對象，需要研究針對具有顯著耦合的多變量過程的多變量PID參數(shù)整定方法，進(jìn)一步完善分散繼電反饋方法，盡可能減少所需先驗(yàn)信息量，使其易于在線整定。PID控制參數(shù)的整定方法在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)或安裝完畢后，被控對象、測量變送器和執(zhí)行器這三部分的特性就完全確定了，不能任意改變。PID控制參數(shù)的整定方法概念確定調(diào)節(jié)器的比例度δ、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD。最佳整定參數(shù)，在某種評價(jià)指標(biāo)下，系統(tǒng)達(dá)到最佳控制狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律所對應(yīng)的一組參數(shù)值。這種方法需要知道數(shù)學(xué)模型。這種方法不需要事先知道過程的數(shù)學(xué)模型，可直接在系統(tǒng)中進(jìn)行現(xiàn)場整定，比較簡單。不同的PID參數(shù)組合，有時(shí)會得到十分相近的控制結(jié)果。程序設(shè)計(jì)包括顯示程序、按鍵程序、AD轉(zhuǎn)換程序、PID算法程序等。 系統(tǒng)的性能要求 的改變并能保持，直至重新設(shè)定另一參數(shù)值，即能實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)定。，成本低。單片機(jī)也被稱為微控制（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)PAM、27根I/O線和一個8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。 (2) 性能完善提高階段1980年，Intel公司推出了MCS51系列的單片機(jī)：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出。（3） 微控制器化階段1982年，又是Intel推出MCS96系列單片機(jī)。尋址范圍64K。特點(diǎn)：片內(nèi)面向測控系統(tǒng)電路增強(qiáng)，使之可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動測控系統(tǒng)及設(shè)備。國內(nèi)人們使用最廣泛的是MCS51系列單片機(jī)。51系列的產(chǎn)品有很多，比如：ATMEL公司融入Flash存儲器技術(shù)的AT89系列Philips公司的80C580C552系列華邦公司的W78C5W77C51高速低價(jià)系列ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列LG公司的GMS90/97低壓高速系列Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列Cygnal公司的C8051F系列高速SOC單片機(jī)非51結(jié)構(gòu)單片機(jī)新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間 ，近年來推出的非51系列的主要產(chǎn)品有：Intel的MCS96系列16位單片機(jī)Microchip的PIC系列RISC單片機(jī) TI的MSP430F系列16位低功耗單片機(jī)單片機(jī)的廣泛選擇 分別有 MOTOROLA公司的 MOTOROLA單片機(jī)、Microchip單片機(jī)、Scenix單片機(jī) 、NEC單片機(jī)、東芝單片機(jī)、富士通單片機(jī)、Epson單片機(jī)、Intel公司的8051單片機(jī)、Zilog單片機(jī)、美國國家半導(dǎo)體公司的NS單片機(jī)、三星單片機(jī)、華邦單片機(jī)。而日本在單片機(jī)制造業(yè)方面也有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，在積極爭奪家電產(chǎn)品的大客戶。另一方面，如此琳瑯滿目的單片機(jī)品種，著實(shí)給單片機(jī)應(yīng)用的工程師提供了巨大的選擇空間。相對過去以剖析、復(fù)制外國產(chǎn)品為主的思路有了相當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。各單片機(jī)廠商在開發(fā)工具以及技術(shù)服務(wù)方面也進(jìn)行著激烈的競爭，這種競爭與推出新型的單片機(jī)以顯示高技術(shù)方面的優(yōu)勢是相輔相成的。由于單片機(jī)對各行各業(yè)都有用，這種電子技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致各行各業(yè)的進(jìn)步，也帶動了人類文明的不斷進(jìn)步。由于CPU、存儲器及I/O接口集成在同一芯片內(nèi)，數(shù)據(jù)在傳送時(shí)受干擾的影響較小，而且不易受環(huán)境條件的影響。（3）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 （4）易擴(kuò)展 單片機(jī)內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行必需的部件。 （5）優(yōu)異的性能價(jià)格比 單片機(jī)的性能極高。單片機(jī)的尋址能力也突破64KB的限制，有的已可達(dá)到1MB和16MB，片內(nèi)的ROM容量可達(dá)62MB，RAM容量則可達(dá)2MB。 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域主要的幾個方面：(1) 智能儀器儀表 (2) 機(jī)電一體化產(chǎn)品(3) 實(shí)時(shí)工業(yè)控制(4) 家用電器目前單片機(jī)滲透到人們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。更不用說家用電器，汽車設(shè)備領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域，自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。 　　此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的應(yīng)用。目前，市面上的單片機(jī)不僅種類繁多，而且在性能方面也各有不同。 8051單片機(jī)8051單片機(jī)的特點(diǎn) ：8051單片機(jī)可分為ROM型和無ROM型兩種，無ROM型的芯片，必須外接EPROM才能應(yīng)用（典型芯片為8031），ROM型芯片又分為EPROM型（典型芯片為8751）、FLASH型（典型芯片為89C51）、掩膜ROM型（典型芯片為8051 ）、一次性可編程ROM（OTP）的芯片（典型芯片為97C51）。 （2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM和特殊功能寄存器SFR。 （4）兩個定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1，可用作定時(shí)器，也可用以 對外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （6）一個串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。 （8）內(nèi)部時(shí)鐘電路。（1） 運(yùn)算器運(yùn)算器以算術(shù)邏輯單元ALU為核心，加上累加器ACC、暫存寄存器TMP和程序狀態(tài)字寄存器PSW等所組成。 PSW: D7 D0CYACF0RS1RS0OV_P*CY：進(jìn)位標(biāo)志。*AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志。*F0：用戶標(biāo)志。 表1 RE0,RE1選擇RS1RS0工作寄存器組片內(nèi)RAM地址00第0組00H07H01第1組08H0FH10第2組10H17H11第3組18H1FH *OV：溢出標(biāo)志。*PSW中的D1位為保留位，對于8051來說沒有意義，對于 8052來說 為用戶標(biāo)志，與F0相同。每條指令指行完畢后，都按照累加器A中“1”的 個數(shù)來決定P值，當(dāng)“1”的個數(shù)為奇數(shù)時(shí)，P=1，否則P=0?？刂齐娐吠瓿芍笓]控制工作，協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分正常工作。堆棧指針SP：是用來指示堆棧的起始地址。指令譯碼器：當(dāng)指令送入指令譯碼器后，由譯碼器對該指令進(jìn)行譯碼，CPU根據(jù)譯碼器輸出的電平信號使定時(shí)控制的電路產(chǎn)生執(zhí)行該指令所需要的各種控制信號。 單片機(jī)的引腳簡介單片機(jī)的40個引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。 3. 控制線:控制線共有4根， （1） ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖。 ② PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 (3) RST/VPD:復(fù)位/備用電源。 ② VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。 ① EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。 4. I/O線 :80C51共有4個8位并行I/O端口：P0、PPP3口，共32個引腳。引腳功能四個I/O口P0口有三個功能，當(dāng)數(shù)據(jù)總線。 　　，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。 P2口有兩個功能，當(dāng)作地址總線使用； 　　，其內(nèi)部有上拉電阻； RST/VPDRXD/TXD/INT0/INT1/T0/T1/WR/RD/XTAL2XTAL1 VSS12345678910111213141516171819208051 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 21 22 23 24VCCEA/VppALE/PROGPSEN 圖 8051單片機(jī)的引腳圖 P3口有兩個功能除了作為I/O使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置，有內(nèi)部EPROM的單片機(jī)芯片（例如8751），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳的形式提供的。為使單片機(jī)能自動完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機(jī)能識別和執(zhí)行的指令），這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存放在具有存儲功能的部件——存儲器中。 　程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個部件能追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計(jì)數(shù)器PC（包含在CPU中），在開始執(zhí)行程序時(shí)，給PC賦予程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令，PC在中的內(nèi)容就會自動增加，增加量由本條指令長度決定，可能是2或3，以指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執(zhí)行。圖 7805的引腳圖7805是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，它使用方便，用一個很簡單的電路就可以輸入一個直流穩(wěn)壓電源了，它的輸出電壓正好為+5v，剛好符合51單片機(jī)運(yùn)行所需的電壓。 圖 7805穩(wěn)壓電源電路用7805實(shí)現(xiàn)的全橋整流電路如果輸入端的是220V的話，那么N1：N2=1：。這個電路輸入的是220v的交流電，經(jīng)過全橋整流穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的+5v直流電。 按鍵電路設(shè)計(jì)一個完善的鍵盤控制程序應(yīng)具備如下功能：(1) 檢測是否有按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤按鍵機(jī)械 觸點(diǎn)抖動的影響。每次只處理一個按鍵，其間對任何按鍵的 操作對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，而且無論一次按鍵時(shí)間有多長，系統(tǒng)僅執(zhí) 行一次按鍵功能程序。本次論文是用四個按鍵控制的，第一個控制PID參數(shù)(控制輸出P,I,D)，第二個實(shí)現(xiàn)加功能鍵，第三個實(shí)現(xiàn)減功能鍵 ，最后一個作為確定鍵。獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點(diǎn)是每個按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。數(shù)碼管顯示的原理數(shù)碼管內(nèi)部由七個條形發(fā)光二極管和一個小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的亮暗組合成字符。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管