【正文】 (29) 當|e(k)|ε時，即β=0，進行PD控制，PD控制算法為： (210)當|e(k)|≤ε時，即β=1，進行PID控制，PID控制算法為： (211) PID調節(jié)器參數(shù)對控制性能的影響1）、比例控制Kp對系統(tǒng)性能的影響（1）對動態(tài)性能的影響比例控制Kp加大，使系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快，Kp偏大，振蕩次數(shù)加多，調節(jié)時間加長。若Kp太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。2） 積分控制Ti對控制性能的影響積分控制通常與比例控制或微分控制聯(lián)合使用，構成PI控制或PID控制。Ti太小系統(tǒng)將不穩(wěn)定。Ti太大，對系統(tǒng)性能的影響減少。（2） 對穩(wěn)態(tài)性能的影響積分控制Ti能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度。3） 微分控制Td對控制性能的影響微分控制經常與比例控制或積分控制聯(lián)合作用，構成PD控制或PID控制。當Td偏小時，超調量σp也較大，調解時間ts也較長。 PID控制器參數(shù)設定及其控制系統(tǒng)的優(yōu)點PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的核心內容。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。PID控制器有4個主要的參數(shù)Ts、Kp、Ti和Td需要整定，參數(shù)整定效果的影響非常大。在PID這三種控制作用中，比例部分與誤差信號在時間上是一致的，具有調節(jié)及時的特點，比例系統(tǒng)Kp越大，比例調節(jié)作用越強，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度越高?？刂破髦械姆e分作用與當前誤差的大小和誤差的歷史情況有關系，只要誤差不為0，控制器輸出就會因積分作用而不斷變化，一直要到誤差消失，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，積分部分才不會發(fā)生變化，因此積分部分可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。積分時間常數(shù)Ti增大時，積分作用減弱，系統(tǒng)的動態(tài)性能可能有所改善，但是消除穩(wěn)態(tài)誤差的進度減慢。它較比例調節(jié)更為及時，所以微分部分具有超前和預測的特點。如果Td過大，系統(tǒng)輸出量在接近穩(wěn)態(tài)值時可能上升慢。為使采樣值能及時反映模擬量的變化，Ts越小越好。（1）結構簡單，容易實現(xiàn)，使用方便PID控制器的結構典型，程序設計簡單，計算工作量較小，各參數(shù)有明確的物理意義，參數(shù)調整方便，容易實現(xiàn)多回路控制、串級控制等復雜的控制。隨著智能控制技術的發(fā)展，PID控制與神經網絡控制等現(xiàn)代控制方法結合，可以實現(xiàn)PID控制器的參數(shù)自整定，使PID控制器具有經久不衰的生命力。SIMULINK的含義相當直觀，其明顯地表明該軟件的2個顯著功能：simu（仿真）與link（連接），亦即可以利用鼠標器在模型窗口上“畫”出所需的控制系統(tǒng)模型，然后利用SIMULINK提供的功能來對系統(tǒng)進行仿真或線形化分析。要求印制電路板的絕緣質量要好，布線安排要合理。（2）采用屏蔽技術、隔離技術和接地技術?？墒蛊帘魏袃鹊碾娐访馐芡饨绺蓴_電場、磁場的影響。將數(shù)字地、模擬地分開，最后在電源板一點共地，可有效的防止A/D輸入對單片機產生的共摸干擾。（4）微機系統(tǒng)應用中供電系統(tǒng)抗干擾是很重要的。（5）采用軟件濾波法，提高軟件的可靠性。3 控制系統(tǒng)的仿真實驗圖及分析對于電阻爐溫度控制，采用了適用于工業(yè)控制的8051單片機組成的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的被測參數(shù)是電阻爐的溫度，由單片機PID運算得出的控制量去控制晶閘管的導通和關斷，以便切斷或接通加熱電源，調整電工功率，從而控制電阻爐的溫度穩(wěn)定在設定值上。PID控制器結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。即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獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術。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。當只有比例（P）控制時，我們在MATLAB上可以設計出只有P的控制框圖，框圖如下：圖31 比例的控制框圖將此圖進行仿真（以上比例（P）的設定數(shù)據(jù)，可以在實驗中反復調試，最終當P為20時，根據(jù)實驗仿真出來的圖形得出此時系統(tǒng)的溫度設定相對穩(wěn)定）。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。由圖我們不難發(fā)現(xiàn)這個問題。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。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。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。 我們可以用仿真實驗來說明這個問題。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(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+積分+微分(PID)控制器能改善系統(tǒng)在調節(jié)過程中的動態(tài)特性。例如我們也可以運用仿真實驗來說明問題，還是以以上實驗為例。當最終確定為以上數(shù)據(jù)時，我們得出的控制系統(tǒng)的仿真圖如下：圖36 PID系統(tǒng)仿真圖由以上三組仿真出來的圖形，我們可以看出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能確實是逐步得到改善。設計的史密斯預估補償控制框圖如圖29：37 史密斯預估補償控制框圖由以上的控制框圖，我們可以得出以下的仿真圖圖38史密斯預估補償控制仿真圖由仿真圖我們可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能得到了很大的改善。對于隨動控制系統(tǒng)，控制過程僅在時間上推遲了時間t ，這樣，系統(tǒng)的過度過程狀態(tài)與品質和無時滯的完全相同。史密斯預估補償器的應用近年才日益普遍。但隨著電子計算機應用，特別是DCS系統(tǒng)中事實跟尾方便。史密斯預估補償器對大時滯過程盡可能提供很好的控制質量，但遺憾的是，其控制質量對模型誤差十分敏感，特別是時滯時間和增益誤差。 占空比函數(shù)設定U(k)變化量是從10到10，占空比α為0%到100%，則得到變化量k的值： （31） （32）則α與U(k)的關系式為 （33） （34） （35）設電源導通周期為20ms，則在一個周期內加熱的時間Ton=αT。這樣避免了能源的浪費，更重要的是避免了加熱中溫度不能達到設定值。則在實際電加熱爐控制系統(tǒng)中，我們可以根據(jù)實際情況設置的數(shù)據(jù)運算出占空比，然后根據(jù)占空比計算出加熱時間。電壓是控制好電加熱爐溫度的重要參數(shù)。這里以電加熱爐為被控對象，通過對電加熱爐對象的特性的分析來確定電加熱爐系統(tǒng)的構成及控制方案，建立了電加熱爐數(shù)學模型，同時應用PID控制算法來實現(xiàn)電加熱爐的溫度控制。結構簡單，調試方便，抗干擾性強。當然對于普通的PID算法，也存在著局限性。衡量過程（對象）時滯的大小通常采用過程時滯t和過程等效時間常數(shù)T之比t/T。對于大時滯系統(tǒng)能夠采用PID控制規(guī)律，如果要求不高，則可以差強人意，如果希望有良好的控制品質，就難于滿足。運用這個方案，主要一個原因就是消除了時滯對控制品質不利的影響。所以說對于非線性嚴重或時變增益的過程，這種線性史密斯預估器是不太適用的。此外最重要的是在溫度控制過程中采用了微機控制，應用微機進行自動控制，不但可以節(jié)省人力，而且精確度遠遠高于人類手工控制溫度 。在此我向默默給我?guī)椭睦蠋煛⑼瑢W謹以最誠摯的感謝。因為工作實習的原因，畢業(yè)設計初期我沒有呆在學校做畢業(yè)設計，而是在外地邊工作邊做畢業(yè)設計，在那段時間羅老師經常打電話詢問我的畢業(yè)設計的進展情況，同時對一些復雜的問題進行指導。不管是工作日還是周末，只要設計情況出現(xiàn)問題，羅老師就會放棄休息時間認認真真的幫我分析問題，指出問題的癥狀，直到我弄懂為止。其次要感謝是的我的同學雒得齊。在此向他表示我誠摯的感謝。設計有很多方面也是因為他的幫助才能順利完成。此外還要感謝的是張道海，黃永忠,涂緒堅,徐猛華,黃河,高浪琴等老師在我大學期間對我的教導及幫助。還有就是感謝我的母校東華理工學院四年來給我提供了良好的學習環(huán)境。大學即將結束，再次向大學階段我認識和認識我的人表示我最誠摯的問候。集散控制系統(tǒng)原理及應用，化學工業(yè)出版社，[8] 丁元杰，單片機原理及應用，機械工業(yè)出版社，[9] 陳伯時，電力拖動自動控制系統(tǒng)，機械工業(yè)出版社，[10] 周荷琴，吳秀清，微型計算機原理與接口技術。 Text Educational Publishers.[14] Thaler,..1973 .Design of Feedback Systems. California。主程序的任務是對系統(tǒng)進行初始化，實現(xiàn)參數(shù)輸入，并控制電加熱爐的正常運行。子程序主要有：采樣子程序、數(shù)字濾波子程序、控制算法子程序、數(shù)制轉換子程序、顯示子程序等。由于熱電偶本身的非線性及模擬輸入通道存在的非線性，需要將A/D值與溫度值之間的對應關系存入ROM中。 程序清單Dat8279 EQU 8000H ；8279數(shù)據(jù)命令口地址Com8279 EQU 8001H ；8279狀態(tài)命令口地址DISBUF EQU 20H ；顯示緩沖區(qū)起始地址EOC BIT ；ALARMU BIT 08H ；溫度超過上限報警標志位ALARMD BIT 09H ；溫度超過下限報警標志位ORG 0000HAJMP MAINORG 000BHAJMP INT1MAIN： CRL ；清報警聲音 CLR ；清紅燈 SETB ；綠燈亮SETB ；電爐加熱MOV SP， 60H ；設置堆指針CLR A ST： DPTR Com8279 ；送8279命令狀態(tài)口地址MOV A， 0D1H ；總清顯示RAM命令字MOVX DPTR， A ；總清除命令字寫入8279LP： MOVX A， DPTR ；讀8279內容狀態(tài)字JB ， LP1 ；等待清除顯示RAMMOV A， 10H ；設置8279方式命令字（鍵盤顯示）MOVX DPTR，A ；命令字送入8279MOV A， 34H ；對CLK20分頻為100KMOVX DPTR， A ；分頻命令字寫入8279MOV DPTR， BISBH ；顯示提示符—BH—LCALL DISMOV 20H， 80H ；20H為鍵盤數(shù)據(jù)緩沖單元首址，設D7=1SETB IT1 ；INT1下降沿觸發(fā)SETB EA ；開放CPUSETB EX1 ；允許INT1中斷ATD： MOV B，03H ；擴展程序入口地址表間隔RDKEY： MOV A，20H ；取鍵盤數(shù)據(jù)緩沖內容JNB ， K0 ；=0已有鍵值轉K0SETB EA SJMP RDKEY ；鍵盤數(shù)據(jù)緩沖單元20HK0： MOV 20H， 80H ；鍵盤數(shù)據(jù)緩沖單元，置標志D7=1CLR EA ；關中斷處理鍵值分類MOV DPTR，K1 ；K1為鍵功能程序地址表首址MUL ABJMP A+DPTR ；鍵功能程序散轉INT1中斷程序，行列進入8279FIFO RAM單元，同時IRQ=1，向INT1=0申請中斷，CPU執(zhí)行下面讀鍵值，中斷服務程序。DIS： PUSH DPH ；提示符顯示代碼地址入踐保護PUSH DPL MOV R0， 20H ；顯示緩沖區(qū)首地址MOV R2， 04H ；顯示LED位數(shù)送R2MOV A， 90H ；寫顯示RAM命令字MOV DPTR，Com8279 ；命令口地址MOVX DPTR， A ；將命令字寫入8279POP DPL ；恢復地址POP DPHTI： MOV A，00H ；采用固定偏移量查提示表MOVC A，A+DPTR ；查提示符代碼表相對偏移量PUSH DPHPUSH DPLMOV DPTR，TAB ；指向段選碼首地址MOVC A，Dat8279 ；取段選碼送AMOVX DPTR，A ；段選碼寫入8279顯示RAM中POP DPLPOP DPHINC DPTR ；指向下一個提示符代碼地址DJNZ R2，T1 ；4位LED未顯示完，繼續(xù)送RET ；送完返回—BH—的相對偏移量BISBH： DB 13H，0BH，11H，13HTAB：