【正文】 控制由于其結構簡單、實用、價格低，在廣泛的過程領域內可以實現(xiàn)滿意的控制，所以應用極其廣泛。PID控制算法根據(jù)比例、積分、微分系數(shù)計算出合適的輸出控制參數(shù)，利用修改控制變量誤差的方法實現(xiàn)閉環(huán)控制，使控制過程連續(xù)。它用大量簡單的處理單元廣泛連接形成各種復雜網絡，拓撲結構算法各異，其中誤差反向傳播算法(即BP算法)應用最為廣泛。它適用于控制不易取得精確數(shù)學模型和數(shù)學模型不確定或經常變化的對象。其特點是不須知道被控對象的精確模型，易于控制不確定對象和非線性對象，對被控對象參數(shù)變化有強魯棒性，對控制系統(tǒng)干擾有較強抑制能力。PID控制器結構簡單，明確，能滿足大量工業(yè)過程的控制要求，特別是其強魯棒性能較好適應過程工況的大范圍變動。即用過程的運行狀態(tài)(溫度偏差及溫度變化率)確定PID控制器參數(shù)，用PID控制率確定控制作用。其實質是一種以模糊規(guī)則調節(jié)PID參數(shù)的自適應控制，即在一般PID控制系統(tǒng)基礎上，加上一個模糊控制規(guī)則環(huán)節(jié)。它將生物進化過程中適者生存規(guī)則與群體內部染色體的隨機信息交換機制相結合，通過正確的編碼機制和適應度函數(shù)的選擇來操作稱為染色體的二進制串l或O。基于遺傳算法溫控系統(tǒng)的設計就是傳感器得到的溫度信號放大，數(shù)字化送入單片機，單片機將其與給定溫度進行比較，用遺傳算法來優(yōu)化3個PID參數(shù)，然后將控制量輸出。實驗結果表明，它能適應對象參數(shù)的變化并表現(xiàn)出良好的控制品質，具有較強的魯棒性和自適應能力。具體表現(xiàn)為溫度上升和下降更為平穩(wěn), 基本沒有出現(xiàn)過采用傳統(tǒng)PID時溫度的跳躍式上升和下降情況。經過恒溫系統(tǒng)的實際運行, 基本得到預期的效果, 證明此系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實用性和可靠性。2 系統(tǒng)硬件設計采用專家PID數(shù)字式控制以達到快速響應和穩(wěn)定的性能，控制器基于單片機，并使用最佳性能的程序，傳感器置于槽內測量溫度。在封閉循環(huán)回路中控制器根據(jù)需要用電加熱器加熱和壓縮機制冷保持所需溫度，專家PID控制器對檢定腔的準確性和穩(wěn)定性的變化作出快速反應。 圖22 溫度控制系統(tǒng)結構框圖 控制系統(tǒng)硬件的總體設計單片機控制系統(tǒng)中，由于主要利用軟件算法實現(xiàn)控制方案，相比模擬控制較靈活；其次，單片機系統(tǒng)由于采用元器件較少，信號采用數(shù)字處理，避免了模擬信號傳遞過程中的畸變、失真，故受干擾小，可靠性高；第三，參數(shù)設定簡便，可以使系統(tǒng)的調試工作變得方便。又由于單片機系統(tǒng)具有體積小、成本低、易維護、性能穩(wěn)定等特點，得到了越來越多的應用。其中微處理器STC89C52是整個系統(tǒng)的控制核心。（25）。即 因此，輸出電流的微安數(shù)就代表熱力學溫度數(shù)，如需顯示攝氏溫度，需要加轉換電路或進行轉換計算。20000 個數(shù)字量,有STOR 選通控制的BCD 碼輸出, 具有精度高(相當于14 位A/D 轉換),每個轉換周期均有:自校準(調零),正向積分(被測模擬電壓積分),反向積分(基準電壓積分)和過零檢測四個階段組成,其中自校準時間為10001 個脈沖,正向積分時間為10000 個脈沖,反向積分直至電壓到零為止(最大不超過20001 個脈沖).故設計者可以采用從正向積分開始計數(shù)脈沖個數(shù), 給出了ICL7135 時序,由圖可見,當BUSY 變高時開始正向積分,反向積分到零時BUSY 變低,所以BUSY 可以用于控制計數(shù)器的啟動/：圖24 ICL引腳圖V+,V為電源輸入端，典型值為：5，+5V；REF為參考電壓輸入端，若參考電壓為1V，轉換結果=10000(VIN/VREF)；AC為模擬公共端，接地；INT OUT為積分輸出端，典型外接積分電容；AZ為自校零端；BUF OUT為緩沖放大器輸出端，典型外接積分電阻；RC1為外接參考電容+，典型值1uf；RC2為外接參考電容，典型值1uf；INPUT HI為模擬輸入正；INPUT LO為模擬輸入負；D1至D5為個、十、百、千、萬選通；B8 B4 B2 B1為BCD碼輸出，對應8421碼；UR為欠量程信號輸出端,當輸入信號小于量程范圍的9%時,該端輸出高電平；OR為過量程信號輸出端,當輸入信號超過計數(shù)范圍(20001)時,該端輸出高電平；STOR為數(shù)據(jù)輸出選通信號(負脈沖),寬度為時鐘脈沖寬度的一半,每次A/D 轉換結束時,該端輸出5 個負脈沖,分別選通由高到低的BCD 碼數(shù)據(jù)(5 位),該端用于將轉換結果打到并行I/O 接口；R/H為自動轉換/。當輸入為低電平時,轉換結束后需輸入一個大于300ns 的正脈沖,才能啟動下一次轉換；GND為數(shù)字地；POL為極性判斷端,高電平表示極性為正；BUSY為忙信號輸出,反向積分結束時自動變低；CLK為時鐘輸入端，典型值=125kHz,對50Hz 工頻干擾有較大抑制能力,此時轉換速度為3 次/s. (1)信號調理電路圖25 信號調理電路如圖24所示，AD590采集的信號是微弱的電流信號，需要經過一個電壓并聯(lián)負反饋電路進行放大，轉化為上的輸出電壓，放大增益為,由于反饋系數(shù)。因此無論負載如何變化，只要輸入電流不變，則不變。由下式得 由運算放大器2組成減法器電路，這樣，當溫度為70時。將此模擬信號于ICL7135的模擬輸入端相連，經過溫度轉換程序，即可求得此時的溫度值。BUSY由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，開始A/D轉換；當BUSY變?yōu)榈碗娖綍r，A/D轉換結束。例如：P1=01000101，則代表讀取的數(shù)字是500。ICL7137, 屬雙積分型并具有四位半精度( 相當于14 位二進制數(shù)) ,可以轉換19999至19999個數(shù)字量,大大提高了轉換的精度, 并且抗干擾能力強。對于數(shù)碼顯示（LED）用串行輸出口。用數(shù)碼顯示時，使STC89C52的串行口工作于方式0（即移位寄存方式）。接線圖如圖27所示： 圖27 數(shù)碼管顯示電路 該系統(tǒng)運行一開始，用戶由鍵盤將溫度給定值輸入給RAM指定單元，或者從ROM指定單元送給RAM指定單元。當溫度偏離給定的某個數(shù)值時，除自動作相應調節(jié)處理外，還要發(fā)出聲光報警。加熱器采用雙向可控硅過零觸發(fā)方式，使器件運行可靠，同時省去了D/A變換器件，簡化了觸發(fā)電路。交流電路過零時向單片機STC89C52發(fā)出中斷申請。R1與RR3是限流電阻，仿真效果如圖29所示： 圖29 過零檢測電路仿真 (2) 過零觸發(fā)電路 圖210 過零觸發(fā)電路如圖210所示，MOC3061 為光電耦合雙向可控硅驅動器,也屬于光電耦合器的一種,用來驅動雙向可控硅并且起到隔離的作用,R2 為觸發(fā)限流電阻,R3 為BCR 門極電阻,防止誤觸發(fā),提高抗干擾能力。另外,若雙向可控硅接感性交流負載時,由于電源電壓超前負載電流一個相位角,因此,當負載電流為零時,電源電壓為反向電壓,加上感性負載自感電動勢el 作用,使得雙向可控硅承受的電壓值遠遠超過電源電壓。一般在雙向可控硅兩極間并聯(lián)一個RC阻容吸收電路,實現(xiàn)雙向可控硅過電壓保護,圖210中的C1 、R4 為RC 阻容吸收電路。聲光報警電路包含有一個蜂鳴器和一個發(fā)光二極管。在發(fā)光二極管電路中加入電阻起到限流作用，防止通過的電流過大，燒毀發(fā)光二極管。單片機系統(tǒng)里都有晶振，在單片機系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，其結合單片機內部電路產生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片機接到的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。晶振電路如圖212 圖212 晶振電路的設計 單片機復位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并在這個狀態(tài)開始工作，例如復位后PC=0000H，使單片機從第一個單元取指令。單片機復位的條件是：必須使RST引腳加上持續(xù)兩個機器周期（24個振蕩周期）的高電平。本設計中采用的復位電路，該電路是采用上電和按鍵都有效地復位電路，此電路能實現(xiàn)開機和單片機在運行時的復位，開機復位要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復位操作，開機瞬間單片機的RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電RESET的高電平將逐漸下降，RESET引腳的高電平只要能保持足夠的時間，單片機就可以進行復位操作。復位電路如圖213所示:圖213 復位電路的設計 分頻電路的設計本設計中ICL7135的時鐘端需要接125KHz的時鐘信號，再不用外加信號源的情況下，需要對單片機ALE端進行分頻。如圖214所示，采用3個74LS74D觸發(fā)器組成的8分頻電路。間接型專家控制系統(tǒng)包括兩個回路，一回路為反饋回路，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和反饋控制，包括過程及分析算法，例如信號處理、數(shù)字控制；另一回路是實時專家控制系統(tǒng)，包括對多種算法進行組織和調整的決策知識。 圖31 專家控制系統(tǒng)控制框圖 PID控制原理用數(shù)字計算機代替模擬計算機調節(jié)器組成計算機控制系統(tǒng)，不僅可以用軟件實現(xiàn)PID控制算法，而且可以利用計算機的邏輯功能，使PID控制更加靈活。將偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）通