【正文】 ID）記錄 6組以上的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)） ，并說(shuō)明你做參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整的原因，進(jìn)而掌握 PID 控制作用對(duì)控制質(zhì)量的影響。打開(kāi)副回路進(jìn)水閥（3 種開(kāi)度模擬 3 種不同幅值的階躍擾動(dòng)） ，記錄與其對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)） （注意：在這種情況下，不要去調(diào)整 PID 參數(shù)）。采用經(jīng)驗(yàn)湊試法調(diào)節(jié)主、副控制器參數(shù)，使控制系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制質(zhì)量。在 PID 參數(shù)調(diào)試過(guò)程中，記錄 10 組以上的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）來(lái)說(shuō)明你的調(diào)試過(guò)程，并說(shuō)明你做參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整的原因。打開(kāi)旁路干擾閥（較大幅值的階躍擾動(dòng)） ，記錄與其對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)） 。 實(shí)現(xiàn)副回路進(jìn)水流量的前饋控制畫(huà)出此前饋串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)的控制原理圖及方框圖，詳細(xì)說(shuō)明控制系統(tǒng)方框圖中的各部分環(huán)節(jié)所對(duì)應(yīng)的物理意義；說(shuō)明該控制系統(tǒng)的控制依據(jù)和控制功能；分析該控制系統(tǒng)和液位單回路控制系統(tǒng)相比有哪些變化，這些變化會(huì)使得該系統(tǒng)有哪些優(yōu)勢(shì)。采用簡(jiǎn)化模型代替前饋控制器，利用 Matlab 仿真軟件調(diào)節(jié)前饋控制器參數(shù)，使得副回路進(jìn)水流量發(fā)生劇烈變化時(shí)，控制系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制質(zhì)量。10 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室有兩套水箱液位系統(tǒng)控制，主管道控制系統(tǒng)是由控制器、調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)、上下串聯(lián)水箱以及水箱液位檢測(cè)變送器組成。下面以主管道上水箱液位控制系統(tǒng)為例說(shuō)明控制系統(tǒng)工作過(guò)程。圖 32 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖模式當(dāng)設(shè)置系統(tǒng)工作方式為自動(dòng)時(shí)，可以設(shè)置水箱液位高度 r，通過(guò) PID 控制器的設(shè)置，控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而保持水箱的液位高度穩(wěn)定。如果反饋值小于設(shè)定值，則 e0，通過(guò)反作用方式控制器時(shí)控制器的輸出為負(fù)，減小調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而使水箱液位減小，同樣能保證液位保持穩(wěn)定值不變。可以改變進(jìn)水流量，從而改變水箱液位高度，使液位高度達(dá)到新的平衡。擁有龐大的快閃記憶體多達(dá) 256 個(gè)字節(jié)，CC2530是理想 ZigBee 專業(yè)應(yīng)用。此外，CC2530 結(jié)合了一個(gè)完全集成的，高性能的 RF 收發(fā)器與一個(gè) MSP430 微處理器，16kB 的 RAM ，32/64/128/256 KB 閃存，以及其他強(qiáng)大的支持功能和外設(shè)。除了通過(guò)優(yōu)秀的 RF 性能、選擇性和業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng) 8051MCU 內(nèi)核，支持一般的低功耗無(wú)線通信，CC2530 還 可以配備 TI 的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)兼容或?qū)Ｓ械木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧（RemoTI,ZStack, 或 SimpliciTI）來(lái)簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)，使你更快的獲得市場(chǎng)。12 芯片 cc2530 電路圖下圖為 cc2530 的方框圖。8051 CPUCOREMEMORYARBITERDEBUG INTERFACECLOCK MUX and CALIBRATIONRADIO DATA INTERFACEPOWER MANACEMENTCONTROLLER8KB SRAM32/64/128/256KBFLASHWATCHDOG TIMERSLEEP TIMERRADIO REGISTERS圖 34 CC2530 方框圖 芯片 cc2530 的功能特性（1） 高性能和低功耗的 8051 微控制器核。（3） 優(yōu)良的無(wú)線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性。在待機(jī)模式時(shí)少于 的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。（6） 較寬的電壓范圍（～） 。（8） 具有電池監(jiān)測(cè)和溫度感測(cè)功能。（10）集成 AES 安全協(xié)處理器。13（12） 強(qiáng)大和靈活的開(kāi)發(fā)工具。 芯片 cc2530 的引腳及分布描述CC2530 芯片采用 6mm6mm QFN 封裝，共有 40 個(gè)引腳。(1) I/O 端口線引腳功能CC2530 有 21 個(gè)可編程的 I/O 口引腳，P0、P1 口是完全的 8 位口，P2 口只有 5 個(gè)可使用的位。I/O 口有下面的關(guān)鍵特性：可設(shè)置為通常的 I/O 口，也可設(shè)置為外圍 I/O 口使用。全部 21 個(gè)數(shù)字 I/O 口引腳都具有響應(yīng)外部的中斷能力。(2）電源線引腳功能：為芯片各個(gè)部分電路、模塊提供電壓。 14cc2530 引腳頂視圖 35 cc2530 引腳示意圖 DRF1605 特性簡(jiǎn)介及電氣參數(shù)DRF1065 ZigBee 無(wú)線通訊模塊具有自動(dòng)組網(wǎng)，無(wú)線數(shù)據(jù)透?jìng)鞴δ?，ZigBee 模塊DRF1605 使用 TI 公司第三代 ZigBee 芯片 cc2530，運(yùn)行 ZigBee 2022 協(xié)議，是目前最好用的 ZigBee 模塊。無(wú)線頻率： 無(wú)線協(xié)議：ZigBee2022 /PRO傳輸距離：可視距離 400 米 發(fā)射電流：34mA（最大）接收電流：25mA（最大） 低功耗模式：用戶可定制低功耗模塊（標(biāo)準(zhǔn)模塊沒(méi)有此功能） 接收靈敏度：96DBm主芯片：CC2530F256，256KFLASH，TI 公司最新一代 ZigBee SOC 芯片可配置節(jié)點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)數(shù)傳模塊可配置為 Coordinator，Router（出廠時(shí)已配好，用戶無(wú)需更改）15圖 36 DRF1605 元器件分布圖 機(jī)械參數(shù)（頂視圖，單位：mm）圖 37 機(jī)械參數(shù)圖16 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳定義 如下圖所示：圖 38 DRF1605 外觀圖圖 39 J1 與 J2 引腳示意圖J 1 J 21 Debug_D 1 Reset_N2 Debug_C 2 3 3 SW14 4 RX5 5 TX6 6 CTS7 7 RTS8 8 9 LED_2 9 10 10 LED_111 NC 11 GND12 NC 12 In表 310 DRF1605 引腳定義DRF1605詳細(xì)電路圖見(jiàn)附錄一。下圖為MSP430的擴(kuò)展串口：圖 311 MSP430 的擴(kuò)展串口由上面我們所介紹的 DRF1605 的管腳定義，我們可以知道用擴(kuò)展口的 2 或者 4 與DRF1605 J2 中的第 12 引腳相連，即把傳輸模塊接入了 的電源；把擴(kuò)展口的 6 或者 8與 DRF1605 中的第 11 引腳相連，即接地。 3 驅(qū)動(dòng)程序可在 DTK 網(wǎng)站上下載或者搜需 PL2303 驅(qū)動(dòng)。該軟件功能強(qiáng)大，人機(jī)界面友好，易學(xué)易用，同時(shí)也是業(yè)界人士首選的電路板設(shè)計(jì)工具。其中 Advanced Schematic 由兩部分組成：電路圖編輯器（Schematic）和 元件庫(kù)編輯器（Schematic Library） 。 以下介紹一些 Protel99SE 的部分最新功能：強(qiáng)大的全局編輯功能；同時(shí)運(yùn)行原理圖和 PCB，在打開(kāi)的原理圖和 PCB 圖間允許雙向交叉查找元器件、引腳、網(wǎng)絡(luò)；支持用 CUPL 語(yǔ)言和原理圖設(shè)計(jì) PLD，生成標(biāo)準(zhǔn)的 JED 下載文件；* PCB 可設(shè)計(jì) 32 個(gè)信號(hào)層，16 個(gè)電源地層和 16 個(gè)機(jī)加工層；提供大量的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)電路板做為設(shè)計(jì)模版；智能封裝導(dǎo)航（對(duì)于建立復(fù)雜的 PGA、BGA 封裝很有用） ； 經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證的傳輸線特性和仿真精確計(jì)算的算法，信號(hào)完整性分析直接從 PCB 啟動(dòng)； PCB 制版 在進(jìn)行 PCB 制作之前，首先是要進(jìn)行封裝，封裝形式是指安裝元件用的外殼。衡量一個(gè)芯片封裝技術(shù)重要指標(biāo)之一，是芯片面積與封裝面積之比，這個(gè)比值越接近越好。只有尺寸正確的元件才能安裝并焊接在電路板上。封裝圖中焊盤(pán)之間的距離也要與實(shí)際的引腳的距離一致。因此可以通過(guò)和芯片引腳距離的對(duì)比來(lái)確定其他元件的引腳距離。布局結(jié)果的好壞將直接影響布線的效果，因此可以這樣認(rèn)為，合理的布局是 PCB 設(shè)計(jì)成功的第一步。Protel 99SE 有自動(dòng)布局和手動(dòng)布局二種，本次設(shè)計(jì)我采用了手動(dòng)布局來(lái)完成的。最后放置小元器件。Protel 99SE 具有自動(dòng)布線功能，考慮到自動(dòng)布線無(wú)法完成復(fù)雜電路板的布線，所以本次設(shè)計(jì)中采用自動(dòng)布線和手動(dòng)布線相結(jié)合來(lái)完成的。因而，必須把如何正確設(shè)計(jì)印刷電路板元件布局的結(jié)構(gòu)和正確選擇布線方向綜合起來(lái)考慮，這樣既可以消除因布線不當(dāng)而產(chǎn)生的干擾，同時(shí)便于生產(chǎn)中的安裝、調(diào)試與檢修等。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬量輸入模塊（EM231）具有 4 路模擬量輸入，輸入信號(hào)可以是電壓，也可以是電流，其輸入與 PLC 具有隔離，輸入信號(hào)的范圍可以由 SWSW2 和 SW3 設(shè)定。對(duì)于未用的輸入通道應(yīng)短接（見(jiàn)圖 41 中的 B+、B） 。圖 41 EM231 模擬量輸入模塊的接線模擬量輸入模塊的分辨率通常以 A/D 轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示，模擬量輸入模塊（EM231）的輸入信號(hào)經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量數(shù)據(jù)值是 12 位二進(jìn)制數(shù)。最高有效位是符號(hào)位：0 表示正值數(shù)據(jù)，1 表示負(fù)值數(shù)據(jù)。這 12 位數(shù)據(jù)的最大值應(yīng)為 。差值 3276032022=760 則用于偏置/增益，由系統(tǒng)完成。(2) 雙極性數(shù)據(jù)格式 對(duì)于雙極性數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)單元（兩個(gè)字節(jié)）的低 4 位均為 0，數(shù)據(jù)值的 12 位（雙極性數(shù)據(jù)）是存放在 415 位區(qū)域。EM232 模擬量輸出模塊總體特性 外形尺寸：功耗：3W 輸出特性本機(jī)輸出：2 路模擬量輸出電源電壓：標(biāo)準(zhǔn) DC 24V/4mA 輸出類型：177。第一組 V0 端接電壓負(fù)載、I0 端接電流負(fù)載，M0 為公共端。輸出模塊下部 M、L+兩端接入 供電電源。最高有效位是符號(hào)位：0 表示正值數(shù)據(jù)，1 表示負(fù)值數(shù)據(jù)。電流輸出數(shù)據(jù)格式為 0~+32022。電壓輸出數(shù)據(jù)的格式對(duì)于電壓輸出的數(shù)據(jù)，其兩個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)單元的低 4 位均為 0，數(shù)據(jù)值的 12 位是存放在 4~15 位區(qū)域。模擬量輸入輸出模塊 EM235 具有 4 路模擬量輸入和 1 路模擬量輸出，它的輸入信號(hào)可以是不同量程的電壓或電流。EM235 有 1 路模擬量輸出，其輸出可以是電壓，也可以是電流23表 43 EM235 的技術(shù)性能EM235 模擬量混合模塊總體特性 外形尺寸：功耗：3W 輸入特性本機(jī)輸入：4 路模擬量輸入電源電壓：標(biāo)準(zhǔn) DC 24V/4mA 輸入類型： 050mV、0100mV 、0500mV、01V、05V、010V 、020mA、177。50mV、177。250mV、177。1V、177。5V、177。10V、020mA 分辨率：12bit 轉(zhuǎn)換速度：100μs（電壓輸出） ，2ms（電流輸出）隔離：有耗電 從 CPU 的 DC 5V（I/O 總線）耗電 10mA PID 閉環(huán)控制運(yùn)算在過(guò)程控制中，經(jīng)常涉及到模擬量的控制，比如溫度、壓力和流量控制等。檢測(cè)的對(duì)象是被控物理量的實(shí)際數(shù)值，也稱為過(guò)程變量；用戶設(shè)定的調(diào)節(jié)目標(biāo)值，也稱為給定值。 PID 回路表 在 MSP430 中，通過(guò) PID 回路指令來(lái)處理模擬量是非常方便的，PID 功能的核心是 PID指令。PID回路表提供了給定和反饋，以及 PID 參數(shù)等數(shù)據(jù)入口，PID 運(yùn)算的結(jié)果也在回路表輸出，見(jiàn)表 44 所示。給定值通常是固定的值，過(guò)程變量是經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換和計(jì)算后得到的被控量的實(shí)測(cè)值。在回路表中它們只能被 PID 指令讀取，而不能改寫(xiě)。每次完成 PID 運(yùn)算后，都要更新回路表內(nèi)的輸出值 ，它被限制在 之間。 增益為正時(shí)為正作用回路，反之為反作用回路。如果使用積分控制，上一次的積分值 MX（積分和）要根據(jù) PID 運(yùn)算的結(jié)果來(lái)更新，更新后的數(shù)值作為下一次運(yùn)算的輸入。⑵ PID 參數(shù)的整定方法PID 控制器有 4 個(gè)主要的參數(shù)需要整定。比例系數(shù) 越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，但過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)的輸出量振蕩加劇，穩(wěn)定性降低。但是積分作用的動(dòng)作緩慢，滯后性強(qiáng)，可能給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性帶來(lái)不良影響。比例(P)部分與誤差在時(shí)間上是一致的，只要誤差一出現(xiàn)，比例部分就能及時(shí)地產(chǎn)生與誤差成正比的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)。微分(D)部分反映了被控量變化的趨勢(shì)，微分部分根據(jù)它提前給出較大的調(diào)節(jié)作用。微分時(shí)間常數(shù)增大時(shí)，可能24會(huì)使超調(diào)量減小，動(dòng)態(tài)性能得到改善，但是抑制高頻干擾的能力下降。為使采樣值能及時(shí)反映模擬量的變化，越小越好。表 45 給出了過(guò)程控制中采樣周期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。PID 指令的功能是進(jìn)行 PID 運(yùn)算。為了保證在切換過(guò)程中無(wú)擾動(dòng)、無(wú)沖擊，在轉(zhuǎn)換前必須把當(dāng)前的手動(dòng)控制輸出值寫(xiě)入回路表的參數(shù)。（2）使（前一次過(guò)程變量）=（過(guò)程變量的當(dāng)前值） 。某水箱水位控制系統(tǒng)如圖 45 所示。圖 45 水位控制系統(tǒng)圖通過(guò)首次掃描調(diào)用子程序的方式，初始化 PID 參數(shù)表并為 PID 運(yùn)算設(shè)置時(shí)間間隔（定時(shí)中斷） 。通過(guò)定時(shí)中斷每隔 100ms 調(diào)用一次中斷服務(wù)程序。 根據(jù)控制要求，在計(jì)算機(jī)中編寫(xiě)程序，水箱水位 PLC 控制系統(tǒng)的梯形圖主程序如圖 67 所示，子程序如圖 48 所示，定時(shí)中斷子程序如圖 4圖 410 所示。⑵ 打開(kāi)狀態(tài)表編輯器，錄入25VD100，VD104，VD108，VD120，VD124，VD128，VD132，并使其進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。調(diào)節(jié)電位器旋鈕，使變頻器頻率由 0 上升，水泵轉(zhuǎn)速逐漸上升，水箱水位逐步提高。 ⑷ 待水箱水位接近 75%滿水位時(shí)，強(qiáng)制 得電，使系統(tǒng)進(jìn)入 PID 自動(dòng)調(diào)節(jié)控制狀態(tài)。 通過(guò)寫(xiě)操作，分別改變?cè)鲆?、積分時(shí)間常數(shù)的大小，觀察系統(tǒng)的運(yùn)行效果。import 。public class WaterLevel { public static void main（String[] args） { WaterBox wb = new WaterBox（）。 （ ）。