【正文】 差商代替微商，使PID算法離散化，將描述連續(xù)時(shí)間PID算法的微分方程，變?yōu)槊枋鲭x散時(shí)間PID算法的差分方程。將式（41）離散化，得到對(duì)應(yīng)的離散系統(tǒng)的數(shù)字PID算法。轉(zhuǎn)換方法如下：控制量 比例比例 積分求和 矩形面積微分差商 后向差商顯然，轉(zhuǎn)換精度與采樣周期的選擇密切相關(guān)。(1) 位置型控制算法將上面的轉(zhuǎn)換代入式（41）得 （42） 式中，為比例系數(shù)，=為積分系數(shù)，=為微分系數(shù)，為采樣周期，為積分時(shí)間；為微分時(shí)間。 從式（42）可見，采樣周期越大，積分作用越強(qiáng)，但微分作用越弱。并且，欲求第k個(gè)采樣時(shí)刻的輸出值必須知道歷史e(0)~e(k)的值，成為全量算法，也稱為非遞推形式，它表示了控制總量，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)而言表示其位置，如閥門的總開度，故又稱為位置型控制算法。位置型控制算法的特點(diǎn)是：①與各次采樣值有關(guān)，需要知道所有歷史值，占用較多的存儲(chǔ)空間；②需做誤差值的累加，容易產(chǎn)生較大的累加誤差，且容易產(chǎn)生累加飽和現(xiàn)象；③控制量以全量輸出，誤動(dòng)作影響大。(2) 增量型控制算法求出每步的控制量 因?yàn)? 故增量型控制量為 式中，，在增量型控制算法中，只需要知道當(dāng)前值及兩個(gè)歷史輸入值就可求出當(dāng)前的控制增量，如步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)量。步進(jìn)電機(jī)就可以在原位置上前進(jìn)或后退一步。增量型控制算法的特點(diǎn)是：①增量?jī)H與最近譏刺采樣值有關(guān)，累加誤差??；②控制量以增量輸出，僅影響本次的輸出，誤動(dòng)作影響小，且不會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象；③易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)沖擊切換。進(jìn)一步，可寫出位置算法的推理式為 采用這種遞推式要求控制器必須具有保持功能，能后保持上一次的輸出值。(3) PID參數(shù)的整定對(duì)大多數(shù)控制系統(tǒng)，當(dāng)遞減比為4:1時(shí)，過(guò)渡過(guò)程只稍帶振蕩并很快穩(wěn)定下來(lái)，具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定行和快速性，習(xí)慣上把滿足這一遞減過(guò)程的控制器參數(shù)稱為“最佳整定參數(shù)”。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，PID控制器的參數(shù)整定方法較多，但簡(jiǎn)單易行的方法還是簡(jiǎn)易工程整定法。一般情況下，被控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型都難以準(zhǔn)確獲得，簡(jiǎn)易工程法最大的優(yōu)點(diǎn)就在于整定參數(shù)時(shí)不必依賴被控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，它是由經(jīng)典的頻率法簡(jiǎn)化而來(lái)的，雖然稍微粗糙一點(diǎn)，但簡(jiǎn)單易行，適用現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。PID參數(shù)的整定是一種近似方法，所得的控制器參數(shù)不一定是最佳的，但經(jīng)過(guò)幾次調(diào)整可獲得令人滿意的效果。調(diào)整，，以對(duì)控制品質(zhì)的影響為依據(jù)。 以上為PID控制軟件的編制依據(jù)，參數(shù)的選取是在參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上用實(shí)驗(yàn)法確定的，本系統(tǒng)中取=10s, =5min, =，=，據(jù)此可計(jì)算出程序所需要的參數(shù)、。這些參數(shù)在運(yùn)行時(shí)可適當(dāng)調(diào)整，以獲得滿意的效果。綜上所述，可以看到，非遞推式與遞推式、全量算法與增量算法雖然只是數(shù)學(xué)上的等效變換，但在物理系統(tǒng)上卻代表了不同的實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)選擇不同的控制算法。另外，數(shù)字PID算法并不是簡(jiǎn)單地用數(shù)字控制器去模仿連續(xù)PID規(guī)律，而是要充分結(jié)合與利用計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的邏輯運(yùn)算、靈活多樣的控制功能甚至智能化的控制方案。 PID子程序流程圖PID算法子程序的作用在于：根據(jù)給定電壓、實(shí)測(cè)電壓和調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算輸出量，并將輸出量按比例轉(zhuǎn)換為雙晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間。按增量式PID算法計(jì)算控制增量時(shí)，只需要保留當(dāng)前時(shí)刻偏差及前三個(gè)偏差值和。計(jì)算時(shí)，由初始化程序置初值==0，由中斷服務(wù)程序?qū)^(guò)程變量進(jìn)行采樣，并根據(jù)參數(shù)、以及和計(jì)算。編寫程序時(shí)，首先要將內(nèi)存中指定的單元存入PID運(yùn)算所需的參數(shù)，除固定常數(shù)、以外，其他數(shù)據(jù)都要每個(gè)采樣周期更新一次。其中，是按照預(yù)定的控制要求，被控物理量在第八個(gè)采樣周期時(shí)刻應(yīng)達(dá)到的數(shù)值，稱為給定值。是被控物理量在第八個(gè)采樣周期的測(cè)量值。如果需求被控物理量始終保持恒定，那么就是一個(gè)常數(shù)，由鍵盤輸入后存入內(nèi)存即可；如果要求被控制量隨時(shí)間變化，那么一般要每次通過(guò)計(jì)算求出后存入內(nèi)存。在PID控制程序中，必須有一個(gè)計(jì)時(shí)模塊，每隔一個(gè)采樣周期T產(chǎn)生一次定時(shí)中斷，CPU響應(yīng)中斷后，而執(zhí)行中斷程序。中斷服務(wù)程序執(zhí)行的順序是：取當(dāng)前采樣值、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換和非線形處理、計(jì)算當(dāng)前給定值、計(jì)算偏差、超限報(bào)警、PID運(yùn)算以及輸出處理模塊。 PID子程序流程圖 本節(jié)小結(jié)本節(jié)主要是介紹實(shí)驗(yàn)室用數(shù)控低壓恒壓源系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)思想，根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能要求編寫相應(yīng)的代碼。給出了各個(gè)功能部分的程序流程圖。經(jīng)過(guò)在線編譯，其程序調(diào)試基本基本上運(yùn)行通過(guò)，而且滿足了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。5 系統(tǒng)測(cè)試根據(jù)設(shè)計(jì)的任務(wù)書要求，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)室用數(shù)控低壓恒壓源系統(tǒng)進(jìn)行制定硬件電路原理圖并編制相應(yīng)程序。并畫好PCB板制作實(shí)物，通過(guò)硬件和軟件的設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)制作成樣機(jī)，經(jīng)過(guò)上電測(cè)試運(yùn)行。根據(jù)實(shí)物圖，觀察根據(jù)輸入電壓的變化情況來(lái)判斷輸出電壓的變化。并用萬(wàn)用表測(cè)試輸入電壓與顯示電壓值如下表所示。預(yù)置電壓（V）顯示電壓（V）測(cè)量電壓（V）用單片機(jī)控制電源時(shí)，輸出直流036V，液晶顯示器顯示清晰正確，誤差極小，完美的實(shí)現(xiàn)了數(shù)控恒壓源這一課題。6 結(jié)論此實(shí)驗(yàn)室用數(shù)控低壓恒壓源系統(tǒng)以單片機(jī)STC89C52為核心，采用12位轉(zhuǎn)換器AD7896轉(zhuǎn)換芯片對(duì)電壓進(jìn)行采樣，AD7896通過(guò)編寫軟件運(yùn)行直接將采集的模擬電壓值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸入到單片機(jī)中，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的間接采樣，再由單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳送給MAX531進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電壓與輸出電壓構(gòu)成PID閉環(huán)反饋環(huán)節(jié)。在A/D轉(zhuǎn)換同時(shí)對(duì)其電壓值進(jìn)行補(bǔ)償保證電壓輸出的穩(wěn)定性，單片機(jī)通過(guò)P1口將采樣的電壓值通過(guò)LCD1602顯示。系統(tǒng)還設(shè)置了按鍵調(diào)節(jié)功能。方便在使用過(guò)程中對(duì)輸出電壓的調(diào)整。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、所用芯片少、控制精度高，系統(tǒng)可靠性強(qiáng)。與傳統(tǒng)的需要A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相比，控制更加簡(jiǎn)單，抗干擾性大大增強(qiáng)。在軟件上，各個(gè)功能是分塊編寫完成的，增強(qiáng)了代碼的可讀性和移植性。 本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)控低壓恒壓源系統(tǒng)的工作原理、硬件結(jié)構(gòu)、軟件開發(fā)思路、器件的選擇和軟件的編程作了闡述。它基本符合要求的性能指標(biāo)?？偨Y(jié)以上的工作得出以下的結(jié)論：選用的微處理器內(nèi)部資源豐富，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求?？紤]整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，大大減少了硬件的開支，節(jié)省了成本。選用的AD7896是12位的轉(zhuǎn)換器普遍使用的芯片，有足夠的參考資料。降低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，可靠行強(qiáng)。硬件、軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中都考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，多方考慮并采取了系統(tǒng)軟硬件抗干擾措施，裝置的設(shè)計(jì)比較成功。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，本人從中受益匪淺。本系設(shè)計(jì)不足之處，系統(tǒng)的基本功能可以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，需要進(jìn)一步地研究。謝 辭論文終于定稿了，此刻的我思緒萬(wàn)千，心情久久不能平靜。畢業(yè)設(shè)計(jì)剛開始，拿著選定的題目不知如何入手。靜下心來(lái)，仔細(xì)分析題目，再加上劉東東老師的說(shuō)明與提示，心中才有了譜。將整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)不同的功能化分成模塊，再分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，逐個(gè)攻破，最后再將其整合即可。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，既有用過(guò)的芯片，又有沒(méi)用過(guò)的，只能自己查表，分析功能。即學(xué)即用。最后調(diào)試階段哪怕一個(gè)小小的錯(cuò)誤也會(huì)使結(jié)果出不來(lái)。只好一條線一條線地查，一個(gè)孔一個(gè)孔的測(cè)。結(jié)果終于出來(lái)了，又發(fā)現(xiàn)還有其他地方需要改進(jìn)。如顯示不正常，還有就是按鍵失靈等等?；貞浳以诖髮W(xué)學(xué)習(xí)的四年中，最令我難忘的恩師是導(dǎo)師。老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，品德高尚，平易近人，在我學(xué)習(xí)期間不僅傳授了做學(xué)問(wèn)的秘訣，還傳授了做人的準(zhǔn)則。這些都將使我終生受益。無(wú)論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在論文的選題、資料查詢、開題、研究和撰寫的每一個(gè)環(huán)節(jié)，無(wú)不得到導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和幫助。我愿借此機(jī)會(huì)向劉東東老師表示衷心的感謝！感謝我的家人，尤其感謝我的父母，他們?yōu)槲姨峁┝松洗髮W(xué)的機(jī)會(huì)！同時(shí)也向這幾年來(lái)幫助過(guò)、關(guān)心過(guò)我的老師、同學(xué)表示由衷感謝?；仡櫵哪陮W(xué)習(xí)期間的一千余個(gè)日日夜夜，自己為有機(jī)會(huì)擺脫工作的煩惱與浮躁，靜心鉆研，潛心研究，并取得初步研究成果而感到欣慰。欣慰之余，我要向關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的所有領(lǐng)導(dǎo)、同事和朋友們表示真摯的謝意！感謝他們對(duì)我的關(guān)心、關(guān)注和支持！同窗之誼和手足之情，我將終生難忘！師生之情，血濃于水的感情將陪伴我度過(guò)一生，這將是我進(jìn)步的階梯。路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我受益頗多，既鞏固了課堂上學(xué)到的理論知識(shí)，又掌握了常用集成電路芯片的使用。在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，學(xué)會(huì)了科學(xué)的分析實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)查資料、分析資料及請(qǐng)教老師和同學(xué)等多種途徑，獨(dú)立解決問(wèn)題。同時(shí)也培養(yǎng)了我認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。我愿在未來(lái)的學(xué)習(xí)和研究過(guò)程中，以更加豐厚的成果來(lái)答謝曾經(jīng)關(guān)心、幫助和支持過(guò)我的所有領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)、和朋友。參考文獻(xiàn)[1] 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