【正文】 補(bǔ)償導(dǎo)線，這樣熱偶絲只要引致溫度為 100 度以下的地方就行了，其他的長(zhǎng)度可用廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線來(lái)延伸。 本設(shè)計(jì)采用 K型鎳鉻 鎳硅（鎳鋁）熱電偶，適用于 0℃～ 1000℃的溫度測(cè)量范圍，鎳相應(yīng)的輸出電壓為 ，鎳為負(fù)極。當(dāng)介質(zhì)溫度低于 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì) ） 12 500℃時(shí)亦可用于還原介質(zhì)中測(cè)量溫度。此輸出電流經(jīng)過(guò) 250歐姆電阻成為 1～ 5 V DC的電壓信號(hào)輸出。輸入電壓為 0～10 mV DC，其具有安全防爆等級(jí)是 (H)Ⅲ e型，可用于易燃易爆場(chǎng)合。在配熱電偶和熱電阻的變送器中采用線性化電路，使其輸出電流 I 與被測(cè)溫度呈線性關(guān)系，測(cè)量精度高。 ⑵ 加入零點(diǎn)及滿量程信號(hào)，反復(fù)調(diào)節(jié)零電位器及量程電位器，零點(diǎn)、輸入時(shí)使儀表輸出為 1V 或 (4mA)滿量程后，開始測(cè)量各檢查點(diǎn)，輸出實(shí)測(cè) 值與理論值相比較，差值對(duì)于 ％，的表應(yīng)≤ 20mvdc或 177。4mv( 或 )滿足此項(xiàng)要求即合格。器件中的放大器適合很寬的測(cè)溫范圍，在 40℃ ~+85℃的工作溫度內(nèi)，傳送電流的總誤差不超過(guò) 1%，供電電源可以從 到 40V,輸入失調(diào)電壓 177。 XTR101外形采用標(biāo)準(zhǔn)的 14腳 DIP封裝。由于固態(tài)繼電器輸入控制電流小，輸出無(wú)觸點(diǎn)，所以與電磁式繼電器相比，具有體積小，重量輕，無(wú)機(jī)械噪聲，無(wú)抖動(dòng)和回跳，開關(guān)速度快，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。 交流型固態(tài)繼電器 交流型固態(tài)繼電器又可分為過(guò)零型和移相型兩類，它采用雙向可控硅作為開關(guān)器件，用于交流大功率場(chǎng)合，如交流電動(dòng)機(jī)控制，交流電閥控制等。對(duì)于非過(guò)零型 SSR 在輸入信號(hào)時(shí)，不管負(fù)載電流相位如何，負(fù)載端立即導(dǎo)通，而對(duì)于過(guò)零型必須在電源電壓接近零而且輸入控制信號(hào)有效時(shí)，輸出端負(fù)載電源立才導(dǎo)通。其輸出波形如圖 215所 示。 2為輸入端， 4為輸出端。要指出的是所謂 “ 過(guò)零 ” 并非真的必須是電源電壓波形的零處，而一般是指在 10～ 25V或 (10～ 25)V區(qū)域內(nèi)進(jìn)行觸發(fā)，如圖 216所示。 Ⅱ 區(qū)為 10～ 25V和 (10～ 25)V范圍，稱為響應(yīng)區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)只要加入輸入信號(hào) ， SSR立即導(dǎo)通。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì) ） 14 當(dāng)輸入端電壓信號(hào)撤除后，光耦合器中的光敏晶體管截止 ,但晶閘管 仍保持導(dǎo)通，直到負(fù)載電流隨電源電壓減小到小于雙向晶閘管的維持電流時(shí)， SSR才轉(zhuǎn)為截止。 PID控制的原 理和特 點(diǎn) 所謂 PID 控制器：將偏差的比例（ P） ,積分（ I） 和微分（ D） 通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，用這一控制量對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制，這樣的控制器就是 PID控制器。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或是不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 PID 控制技術(shù)，實(shí)際中也有 PI 和 PD 控制。 (1) 比例控制 比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減少穩(wěn)態(tài)誤差。當(dāng)期望值有一個(gè)變化時(shí)，系統(tǒng)過(guò)程 值將產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)態(tài)誤差。比例放大系數(shù)的加大，會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì) ） 16 為了減小穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中加入積分項(xiàng)，積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。 積分 (I)和比例 (P)通常一起使用，稱為比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。 圖 3－ 2 積分控制 （ 3）微分控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。解決辦法是引入微分 (D)控制，即在誤差很大的時(shí)候，抑制誤差的作用也很大； 在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用應(yīng)該是零 。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或是有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。這就是說(shuō)，在控制器中引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分”項(xiàng)，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例 +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(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。 數(shù)字 PID控制算法 PID 控制器最先出現(xiàn)在模擬控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的模擬 PID 控制器是通過(guò)硬件（電子元件，氣動(dòng)和液壓元件）來(lái)實(shí)現(xiàn)它的功能。數(shù)字 PID 控制器與模擬 PID控制器相比，具有非常強(qiáng)的靈活性，可以根據(jù)試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)在線調(diào)整參數(shù)，因此可以得到更好的控制性能。增量式控 制算法相較于位置式來(lái)說(shuō)有許多優(yōu)點(diǎn)，因此采用增量式 PID算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。以 T作為采樣周期， K作為采樣序號(hào)，則離散采樣時(shí)間 t,用求和的形式代替積分，用增量的形式代替微分， 在此，先對(duì)采樣周期的幾點(diǎn)要求有必要在此說(shuō)明： 采樣一數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)中，設(shè)采樣周期為 T，采樣速率為 1/T。 （ 1） 香農(nóng)（ Shannon）采樣定理 max2ww? （ Wmax被采樣信號(hào)的上限角頻率） 給出 了采樣周期的上限。在這個(gè)范圍內(nèi)，采樣周期越小，采樣 數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)的性能越接近于連續(xù) 時(shí)間控制系統(tǒng) 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì) ） 18 （ 2）閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)給定信號(hào)的跟蹤，要求采樣周期要小。 （ 4）從執(zhí)行元件的要求來(lái)看，有時(shí)要求輸入控制信號(hào)要保持一定的寬度。 （ 6）從系統(tǒng)成本上考慮，希望采樣周期越長(zhǎng)越好。 t≈ kT (K=0,1,2,3,??? .) 000 ( ) ( )t kkjjje t d t T e jT T e??????? 1( ) ( ) [ ( 1 ) ] kkeed e t e k T e k Td t T T ?????? 則可得離散的 PID表達(dá)式為： 1001[ ( ) ]k Dk p k j k kj TTu k e e e e uTT ??? ? ? ? ?? （ 31） 100 ()kk p k I j D k kju k e k e k e e u??? ? ? ? ?? （ 32） 上式中 k采樣序號(hào)， k=0,1,2,3…… ..； ku 第 k 次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)的輸出值； ke 第 k 次采樣時(shí)刻輸入偏差值； 1ke? 第 k1 次采樣時(shí)刻輸入偏差值； Ik 積分系數(shù)， pIIkTk T? 。 0u 開始進(jìn)行 PID 控制時(shí)的原始初值。式 35 可以改寫成： ( ) ( 1 ) [ ( ) ( 1 ) ] ( ) [ ( ) 2 ( 1 ( 2 ) ]p I Dp k p k k E n E n k E n k E n E n E n? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?） ( 1) P I Dp k p p p? ? ? ? ? (36) PID 控制算法子程序是根據(jù)式 36 設(shè)計(jì)的 。 表 31 存儲(chǔ)器內(nèi)部字節(jié)分布 46H 最低字節(jié) 47H 次低字節(jié) 48H 次高字節(jié) 49H 最高字節(jié) 4AH 最低字節(jié) 4BH 次低字節(jié) 4CH 次高字節(jié) 4DH 最高字節(jié) 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì) ） 20 圖 3－ 4 數(shù)字 PID 控制算法流程圖 PID參數(shù)的整定 和求取 PID控制器的參數(shù)自整定原理是基于被控對(duì)象的繼電特性，如圖 3－ 5 所示。 圖 3－ 5 自整定原理示意圖 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì) ） 21 圖 3－ 6 振蕩波形示意 圖 系統(tǒng)對(duì)象的參數(shù)可用下式求得： 式中： Ra 為振蕩波形的平均值； a 為滯環(huán)寬度； h=h0h1。 （１） 控制度的選擇 控制度就是以模擬控制器為基準(zhǔn)，將 DDC的控制效果與模擬控制器的效果相比較。 顯然由于采樣周期不是無(wú)限小的，所以必定會(huì)影響系統(tǒng)的質(zhì)量，在 上式中，分子必然大于分母，控制度必然大于 1，說(shuō)明 DDC系統(tǒng)質(zhì)量很好；其離開一越大，則系統(tǒng)質(zhì)量越差。 一個(gè)對(duì)象的純滯后大小是相對(duì)于對(duì)象的慣性而言的，通常以比值表示。當(dāng)變大時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性能變壞；當(dāng)達(dá)到某一臨界值時(shí)，系統(tǒng)成為不穩(wěn)定的。此外，微分的作用和積分的作用相反，越大，系統(tǒng)越趨于穩(wěn)定。 其原則是： ● 若 T0/τ 較小，即 ? 較大，宜選擇較大的控制度 ，即對(duì)應(yīng)于較小的 pk 和較大的 iT ； ● 若 T0/τ 較大，即 ? 較小 ，宜選擇較小的控制度； ● 若 ? 較小， T0不必選大，宜選擇較小的控制度。 通常當(dāng)控制度為 時(shí)，表示 DDC 系統(tǒng)與模擬控制系統(tǒng)效果相當(dāng)。然后改變給定值，給對(duì)象一個(gè)階躍信號(hào)。 ● 在曲線最大斜率處做切線，求得滯后時(shí)間 τ ，被控對(duì)象時(shí)間常數(shù) T0以及它們的比值T0/τ ，查表 32，即可得到數(shù)字控制器的 及采樣周期 T。根據(jù)一階 對(duì)象的響應(yīng)特性有：一般幅值的階躍信號(hào)輸入時(shí)，輸出穩(wěn)態(tài)值除以輸入幅值即為放大倍數(shù) K，輸出從起始值到達(dá) T。它與上圖的區(qū)別在于起始有一段純滯后τ。因?yàn)檩斎腚A躍信號(hào)若從“零”開始常會(huì)有很大的非線性。 實(shí)驗(yàn)的示意如圖 39 所示。輸出對(duì)應(yīng)也有一個(gè)變化部分，此即為輸出的飛升曲線圖。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì) ） 23 圖 3－ 9 試驗(yàn)框圖 由曲線 bc值減去 y0即為對(duì)象的飛升曲線。其傳遞函數(shù)是： W(s)=Keτ s/(T0S+1) （ 312） 式中： K—— 放大系數(shù) T0—— 對(duì)象時(shí)間常數(shù) τ —— 對(duì)象滯后時(shí)間 圖 3－ 10 對(duì)象的飛升曲線 （５） 參數(shù)的求取 對(duì)于一階對(duì)象的放大倍數(shù) K 可由輸出穩(wěn)態(tài)值和輸入階躍信號(hào)幅值的比值求得。而對(duì)象滯后時(shí)間τ可直接從圖中測(cè)量。這樣就求出一階對(duì)象的三個(gè)參數(shù) K， T0，τ .再根據(jù)表 32采用經(jīng)驗(yàn)值法對(duì) pK , IK . DK .查表獲得 PID 的系數(shù)值，從而對(duì)確定對(duì) PID 控制器的設(shè)定。 經(jīng)計(jì)算： KP=43 KI=80 KD=18 T=2 (S) 溫度控制程序 溫度控制程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題：① 鍵盤掃描，鍵碼識(shí)別和溫度顯示；② 爐溫采樣，數(shù)字濾波；③ 數(shù)字處理時(shí)把所有數(shù)按定點(diǎn)純小數(shù)補(bǔ)碼形式轉(zhuǎn)換，然后把 8 位溫度采樣值， Ui(k)和給定值 maxU 和 minU 變成 16 位參加運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果取 8 位有效值；④ 越限報(bào)警和處理；⑤ PID 計(jì)算和溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換。 系統(tǒng)控制程序采用兩重中斷嵌套方式。在其中中斷服務(wù)程序中啟動(dòng) A/D，讀入采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字濾波，上下報(bào)警處理， PID計(jì)算輸出控制信號(hào)。從 T1中斷返回后，再?gòu)?T0中斷返回主程序，等待下次 T0中斷。上述中的 T0定時(shí)器產(chǎn)生每 5秒一次中斷是指的外部中斷，即 由于系統(tǒng)所使用的是 220V 交流電壓，其為 50HZ，時(shí)鐘周期為 ，而本設(shè)計(jì)對(duì) T0的最大值為 250，所以采樣周期即為 5S,這樣就無(wú)需對(duì)采樣周期值進(jìn)行標(biāo)幺值 來(lái)添加系統(tǒng)的復(fù)雜度。 50hSP，堆棧指針初始化 MOV A, 00H 。 以上 7 句清暫存單元 MOV DISM0,A MOV DISM1,A MOV DISM2,A MOV DISM3,A 。 設(shè)置 T0為計(jì)數(shù)器方式 2， T1 為方式 1 MOV TL0,06H MOV TH0,06H 。 設(shè) T0為低中斷優(yōu)先級(jí) SETB TR0 。 T0 中斷允許 SETB EA 。調(diào)用顯示程序 AJMP LOOP ；等待 中斷 T0 中斷程序 T0 中斷服務(wù)程序如圖 410 所示，由圖可見， T0中斷服務(wù)程序是由溫度控制系統(tǒng)的主體程序，用于采樣爐 溫，讀入采樣數(shù)據(jù)，數(shù)字濾波，越限溫度報(bào)警和越限處理， PID計(jì)算和在 出控制脈沖等。 C8051從 T1中斷服務(wù)程序返回后即可恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回主程序，以等待下次 T0中斷。在 PID 計(jì)算程序中，也需要用到 雙字節(jié)