基于PID的多路溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于PID 的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)摘要：本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成電阻爐的溫度測(cè)控，利用C8051單片機(jī)套件模塊作為核心器件配以適當(dāng)?shù)耐鈬娐穼?shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)，實(shí)施溫度監(jiān)控。這個(gè)系統(tǒng)分為硬件和軟件兩大部分，其中硬件部分包括溫度檢測(cè). 轉(zhuǎn)換部分的K 型鎳鉻-鎳鋁熱電偶，變送器，控制部分的C8051F060單片機(jī)套件模塊，以及執(zhí)行部分的固態(tài)繼電器等。軟件部分主要包括主程序，T0中斷程序以及嵌套在T0中斷程序中的幾個(gè)程序等幾個(gè)部分。該系統(tǒng)主要采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。本設(shè)計(jì)中，采用PID 控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。當(dāng)溫度發(fā)生變化進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)偏差量時(shí)，通過(guò)PID 算法從單片機(jī)口上輸出一個(gè)脈沖，偏差量的大小不同其輸

2、出脈沖的寬度也相應(yīng)的改變，從而改變了固態(tài)繼電器的接通時(shí)間，最終改變加熱絲功率，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。我們將熱電偶、輸入輸出通道、單片機(jī)模塊等環(huán)節(jié)構(gòu)成一個(gè)溫度單回路數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)。利用單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)； 溫度控制； PID ； 硬件系統(tǒng)； 軟件系統(tǒng)Design Of SCMs Temperature Control System BasedOn PIDAbstract ：Design of the main tasks is to complete the

3、resistance furnace temperature monitoring, Boards using C8051 MCU module as a core device temperature regulation, the implementation of temperature control. The system is divided into two parts-hardware and software. Which also includes hardware detection of nickel chromium / nickel and aluminum two

4、 thermocouple transmitter, control part C8051F060 Boards module, operative and other solid-state relay. Some major software also includes main program and procedures T0 interrupted several parts. This system mainly use software control temperature. I use PID control the temperature in this design. W

5、hen the temperature changes result in a deviation of, through the PID algorithm to change its output pulse width, thus changing the solid state relays on-time and eventually change the heating wire power, to achieve the purpose of regulating temperature.We will thermocouple, the input and output cha

6、nnels; the MCU module links constitute a single loop digital temperature closed-loop control system. SCM right to control the temperature, control is not only convenient, simple configuration flexibility and the advantages of large, but can substantially increase the temperature was charged with the

7、 technical indicators, which can greatly enhance the quality and quantity.Key words: MCU ；PID ；temperature control； system hardware； system software目 錄緒論 . . 1第一章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) . . 2第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . . 32.1 C8051F060單片機(jī)簡(jiǎn)介 . 32.1. 3 模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器 . . 62.2 熱電偶 . . 102.3 DDZ-型溫度變送器 . 122.4 固態(tài)繼電器 . . 13第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

8、 . . 153.1 PID算法 . . 153.1. 3 PID控制算法子程序設(shè)計(jì) . 193.1. 4 PID 參數(shù)的整定和求取 . 203.2 溫度控制程序 . . 243.2. 2 T0中斷程序 . 26第四章 系統(tǒng)軟件的匯編與調(diào)試 . . 384.1 KEIL的使用 . . 38結(jié)論 . . 39致謝 . . 40參考文獻(xiàn) . . 41緒論問(wèn)題的提出在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度、壓力，流量和液位是四種最常見(jiàn)的過(guò)程變量。其中溫度是一個(gè)非常重要的過(guò)程變量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過(guò)程。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量

9、和產(chǎn)量等一系列問(wèn)題。盡管溫度控制很重要，但是要控制好溫度常常會(huì)遇到意想不到的困難。研究的現(xiàn)狀隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的智能設(shè)備日益增多，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快，對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提出了更高的要求。對(duì)于溫度控制系統(tǒng)，較為傳統(tǒng)的是實(shí)驗(yàn)室人員根據(jù)材料的燒成制度來(lái)調(diào)節(jié)電爐的輸出電壓以實(shí)現(xiàn)對(duì)電爐的溫度控制。一般的有兩種方法:第一種就是手動(dòng)調(diào)壓法, 第二種控制方法在主回路中采取雙向可控硅裝置, 并結(jié)合一些簡(jiǎn)單的儀表, 使得保溫階段能夠自動(dòng), 但這兩種方法的升溫過(guò)程都

10、是依賴于試驗(yàn)者的調(diào)節(jié), 并不能精確的按照給定的升降溫速度來(lái)調(diào)節(jié)。而采用以參數(shù)自整定PID 控制為基礎(chǔ)的溫控系統(tǒng)具有自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、處理及控制結(jié)果顯示等功能，簡(jiǎn)單、可靠, 具有真正的智能化和靈活性，大大提高了控制質(zhì)量及自動(dòng)化水平, 具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)提高電爐溫度的控制精度具有較好的意義。在單片機(jī)領(lǐng)域，C51系列單片微機(jī)具有很強(qiáng)的功能，處理能強(qiáng)、運(yùn)行速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在溫度測(cè)量與控制方面，控制簡(jiǎn)單方便，測(cè)量范圍廣，精度較高，特別是其集成了A/D與D/A轉(zhuǎn)換器，無(wú)須外加，使用范圍廣，既可構(gòu)成功能很強(qiáng)的復(fù)雜系統(tǒng)，也可組成較簡(jiǎn)單的應(yīng)用系統(tǒng)。利用單片機(jī)通過(guò)PID 的控制對(duì)電阻爐的溫度控

11、制進(jìn)行改造后的系統(tǒng)具有控溫精度高、功能強(qiáng)、體積小、價(jià)格低，簡(jiǎn)單靈活等優(yōu)點(diǎn)，很好的滿足了工藝要求。研究的主要內(nèi)容、目標(biāo)與方法主要內(nèi)容：該設(shè)計(jì)利用單片機(jī)來(lái)控制爐溫，使其達(dá)到預(yù)期值溫度，需要多次采樣爐溫值，利用PID 算法來(lái)對(duì)固態(tài)繼電器進(jìn)行通斷控制，加熱電阻絲，使其溫度與預(yù)期值相當(dāng)。設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)是實(shí)際值與設(shè)定值誤差甚少，結(jié)果良好。溫度控制范圍：室溫500o C; 控制精度為1C 。目標(biāo)與方法：本設(shè)計(jì)采用經(jīng)典算法PID 控制，通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計(jì)需求，通過(guò)采樣，A/D轉(zhuǎn)換, 濾波等一系列步驟，與設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)用PID 來(lái)是系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定值的范圍內(nèi)， PID計(jì)算值來(lái)控制可控硅的導(dǎo)通時(shí)間，對(duì)電阻絲進(jìn)行

12、加熱處理，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。第一章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動(dòng)化的重要任務(wù)。對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，控制方案也有所不同。例如冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。本設(shè)計(jì)的控制對(duì)象為一箱型電阻爐，輸入為加在電阻絲兩斷的電壓，輸出為電加熱爐內(nèi)的溫度?？販胤秶菏覝?00，控制精度：1。系統(tǒng)是一個(gè)由C8051F060單片機(jī)控制的電阻爐溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)。其目的在于對(duì)電阻爐的溫度進(jìn)行精確控制，從而得到

13、需要的溫度。為了達(dá)到較為理想的結(jié)果，本設(shè)計(jì)采用的設(shè)計(jì)思路是：首先利用熱電偶對(duì)電阻爐的溫度進(jìn)行采集，通過(guò)數(shù)字濾波，并將此檢測(cè)值與給定值比較，然后將其差值進(jìn)行PID 控制運(yùn)算，其控制輸出量通過(guò)C51引腳和放大電路，使其輸入的高電平（固態(tài)繼電器的接通時(shí)間是通過(guò)觸發(fā)脈沖加以控制的）直接去控制可控硅接通時(shí)間來(lái)對(duì)電阻爐進(jìn)行控制，以達(dá)到接近設(shè)定溫度值。溫度控制系統(tǒng)組成框圖如下 圖1 系統(tǒng)圖上圖是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)大致框圖，其包括了整個(gè)設(shè)計(jì)思路。第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 C8051F060單片機(jī)簡(jiǎn)介 圖21 C8051F060原理圖（）內(nèi)核采用流水線結(jié)構(gòu), 速度可達(dá)25MIPS （25MHZ 晶振）, 比普

14、通的51單片機(jī)快10倍; 其指令與標(biāo)準(zhǔn)系列51單片機(jī)兼容。因而掌握開(kāi)發(fā)過(guò)程非常容易; 該芯片的JTAG 調(diào)試方式支持在系統(tǒng)、全速、非插入調(diào)試和編程, 且不占用片內(nèi)資源。（）片上集成有64K lash 、4352內(nèi)部RAM （2564KB, 可外擴(kuò)至64KB ）、59個(gè)口、通道16位SPS 的可編程增益DC 、通道10位200KSPS 可編程增益ADC 、路12位DAC 、路模擬比較器、內(nèi)部電壓基準(zhǔn)以及片內(nèi)電源監(jiān)視、降壓檢測(cè)和看門(mén)狗等功能。由于C8051F060的高集成度, 因而無(wú)需外擴(kuò)ROM 、RAM 、AD 、DA 、WATCHDOG(看門(mén)狗定時(shí)器 、可編程I/O口和EEPROM （用片內(nèi)F

15、LASH 實(shí)現(xiàn)）, 從而大大簡(jiǎn)化了硬件電路, 并為構(gòu)成以C8051F060為核心的單片機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)造了條件, 同時(shí)也提高了系統(tǒng)的可靠性。（）片內(nèi)集成有個(gè)UART 、個(gè)SM （兼容I2）和個(gè)SPI（）可編程的位計(jì)數(shù)器陣列PAC 有個(gè)捕捉比較模塊和個(gè)通用位計(jì)數(shù)器定時(shí)器, 這一為要求定時(shí)器計(jì)數(shù)器具有較多的測(cè)控節(jié)點(diǎn)提供了方便。（）C8051F060能滿足絕大多數(shù)工業(yè)測(cè)控節(jié)點(diǎn)的要求, 能夠形成以C8051F060為核心的單片機(jī)系統(tǒng), 如果配以外圍測(cè)量單元, 還可形成完整的測(cè)控節(jié)點(diǎn)。圖2-1是C8051F060單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖。顯然，該單片機(jī)采用了標(biāo)準(zhǔn)8051的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址的結(jié)構(gòu)，程序存儲(chǔ)器為

16、64KB 的Flash 結(jié)構(gòu)，外加128字節(jié)Flash ；數(shù)據(jù)RAM 除包含標(biāo)準(zhǔn)51單片機(jī)256字節(jié)，還有4KB 片上XRAM 和可外擴(kuò)64KB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的接口。 圖22 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖（1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為內(nèi)部存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器。內(nèi)部RAM 包含256字節(jié)，其高端128字節(jié)為雙映射結(jié)構(gòu)，即間接尋址訪問(wèn)128字節(jié)通用RAM ，直接尋址訪問(wèn)128字節(jié)的特殊功能寄存器SFR 地址空間，這個(gè)空間又分為256個(gè)SFR 頁(yè)，由特殊功能寄存器SFRPAGE 來(lái)切換。這樣，單片機(jī)就有足夠的SFR 來(lái)設(shè)定和配制各種接口資源，并為以后擴(kuò)展預(yù)留了足夠的空間，低端的128字節(jié)RAM 可通過(guò)直接或間接尋址來(lái)訪

17、問(wèn)，這和8051單片機(jī)的RAM 完全一樣。其中前32個(gè)字節(jié)是4個(gè)通用工作寄存器區(qū)，接下來(lái)的16字節(jié)可以按字節(jié)尋址，也可以按位尋址。C8051F060單片機(jī)還有一個(gè)4KB 的片內(nèi)XRAM ，其尋址范圍以4KB 為邊界覆蓋整個(gè)64KB 的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間。另外，該單片機(jī)還有一個(gè)外部存儲(chǔ)器接口EMIF ，用于訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址范圍可以只映射為片內(nèi)存儲(chǔ)器、片外存儲(chǔ)器或二者的組合，即4KB 以內(nèi)指向片內(nèi)，4KB 以上指向外部存儲(chǔ)器接口EMIF ，該EMIF 可以配置為復(fù)用和非復(fù)用地址線/數(shù)據(jù)線兩種方式。編程步驟是：EMIF 端口的選擇和配置；確定地址形成非復(fù)用/復(fù)用和地址/數(shù)據(jù)

18、復(fù)用方式；存儲(chǔ)器方式為片內(nèi)方式，不帶地址選擇的分片方式，有地址選擇的分片方式，片外工作方式；確定接口定時(shí)參數(shù)。（2）程序存儲(chǔ)器C8051F060單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器為64KB 的Flash 存儲(chǔ)器，它能以512字節(jié)為扇區(qū)實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程，無(wú)需提供片外專用編程電壓，其中從0xFC000xFFFF的1024字節(jié)為保留區(qū)。另外，從0x100000x1007F的128字節(jié)Flash 存儲(chǔ)器，可以作為非易失存儲(chǔ)器，由軟件來(lái)訪問(wèn), 它最適合用于存放系統(tǒng)參數(shù)等。64KB 的Flash 存儲(chǔ)器區(qū)除了可以存放程序代碼外，也可以用來(lái)存放非易失數(shù)據(jù)。既可以在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中，通過(guò)JTAG 接口編程，也可以用MOV 指令來(lái)實(shí)現(xiàn)

19、軟件編程。注意，在對(duì)Flash 存儲(chǔ)器操作時(shí)，讀操作用MOVC 指令，寫(xiě)操作用MOVX 指令，若用MOVX 讀操作時(shí)，只能讀到XRAM 區(qū)。另外，要特別搞清楚程序存儲(chǔ)讀/寫(xiě)控制寄存器PSCTL 和Flash 存儲(chǔ)器控制寄存器FLSCL 的各個(gè)位的確切含義。 圖23 C8051F060外觀圖 圖24 C8051F060接線圖C8051F060系列內(nèi)部都有一個(gè)ADC 子系統(tǒng)，由逐次逼近型ADC 、多通道模擬輸入選擇器和可編程增益放大器組成。ADC 工作在100ksps 的最大采樣速率時(shí)可提供真正的8位、10位或12位精度. 除了12位的ADC 子系統(tǒng)ADC0之外，C8051F 系列還有一個(gè)8位AD

20、C 子系統(tǒng)，即ADC1，它有一個(gè)8通道輸入多路選擇器和可編程增益放大器。該ADC 工作在500ksps 的最大采樣速率時(shí)可提供真正的8位精度。ADC1的可編程增益放大器的增益可以設(shè)置為0.5、1、2或4。ADC1也有靈活的轉(zhuǎn)換控制機(jī)制，允許用軟件命令、定時(shí)器溢出或外部信號(hào)輸入啟動(dòng)ADC1轉(zhuǎn)換；用軟件可以使ADC1與ADC0同步轉(zhuǎn)換。C8051F060系列內(nèi)有兩路12位DAC ，2個(gè)電壓比較器。CPU 通過(guò)SFRS 控制數(shù)模轉(zhuǎn)換和比較器。CPU 可以將任何一個(gè)DAC 置于低功耗關(guān)斷方式。DAC 為電壓輸出模式，與ADC 共用參考電平。允許用軟件命令和定時(shí)器2、定時(shí)器3及定時(shí)器4的溢出信號(hào)更新DA

21、C 輸出。（1）多路模擬開(kāi)關(guān)切換電路因?yàn)镃8051F060只有2路高速A D 轉(zhuǎn)換器，而實(shí)際上有4路模擬量需要采集，故需要一個(gè)多路模擬切換開(kāi)關(guān)。NLAS4684是兩路單刀雙執(zhí)CMOS 模擬切換開(kāi)關(guān)，具有很低的導(dǎo)通電阻。當(dāng)ADO_CON、AD l CON 為高電平時(shí)，運(yùn)放的輸出OUT2進(jìn)入ADO 進(jìn)行A D 轉(zhuǎn)換，運(yùn)放的輸出OUT4進(jìn)入ADl 進(jìn)行A D 轉(zhuǎn)換；當(dāng)ADO_CON、AD l CON 為低電平時(shí)，運(yùn)放的輸出OUTl 進(jìn)入ADO 進(jìn)行A D 轉(zhuǎn)換，運(yùn)放的輸出OUT3進(jìn)入AD1進(jìn)行A D 轉(zhuǎn)換，如圖所示。 圖2 多路模擬開(kāi)關(guān)切換電路（2）模擬運(yùn)算放大電路LM134、R1、R2、D1構(gòu)成恒

22、流源電路，對(duì)橋式電路傳感器提供恒流源。橋式電路傳感器輸出信號(hào)INl+、INl 一經(jīng)INA326EA 放大后送入多路模擬切換開(kāi)關(guān)，然后由C805lF060的A D 電路進(jìn)行A D 轉(zhuǎn)換。INA326EA 是一款單電壓供電、高性能、低功耗、滿幅度輸入輸出的儀表運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器電路放大倍數(shù)G=2K1R3?？偣灿?路模擬運(yùn)算放大電路。圖6為其中一路模擬運(yùn)算放大電路。 圖26 模擬運(yùn)算放大電路CIP-51有3個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)8051MCU 兼容的16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，它們可用來(lái)測(cè)量時(shí)間間隔，對(duì)外部事件計(jì)數(shù)和產(chǎn)生周期性的中斷請(qǐng)求。定時(shí)器0和1幾乎完全相同，并且有4種工作方式。定時(shí)器2提供定時(shí)器1和0沒(méi)有的附

23、加功能例如捕捉和產(chǎn)生波特率。表2-1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器表 當(dāng)作為定時(shí)器時(shí)計(jì)數(shù)器/定時(shí)，器寄存器在每一個(gè)定時(shí)時(shí)鐘脈沖下都加1. 時(shí)鐘脈沖為系統(tǒng)時(shí)鐘被1或12除。由CKCON 中的定時(shí)器時(shí)鐘選擇位T2M-T0M 指定。定時(shí)時(shí)鐘脈沖為12個(gè)系統(tǒng)鐘周期選項(xiàng)提供了與標(biāo)準(zhǔn)8051系列的兼容性。如果需要更快的定時(shí)器可以使用1個(gè)時(shí)鐘選項(xiàng)。當(dāng)作為計(jì)數(shù)器時(shí)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器寄存器在選擇的輸入引腳P04/T0,P05/T1,P06/T2每1次從高到低跳變都加1對(duì)事件計(jì)數(shù)的最大頻率為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的1/4輸入信號(hào)不必是階段性的但是它應(yīng)該被保持在給定的電平至少2個(gè)完整的系統(tǒng)時(shí)鐘周期來(lái)確保該電偏高取樣。定時(shí)器0和定時(shí)器1通過(guò)SFR

24、 進(jìn)行訪問(wèn)和控制，每個(gè)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器都是16位寄存器。在被訪問(wèn)時(shí)以兩個(gè)字節(jié)的形式出現(xiàn)：一個(gè)低字節(jié)TL0或TL1和一個(gè)高字節(jié)TH0或TH1。計(jì)數(shù)器/定時(shí)器控制寄存器TCON 用來(lái)使能定時(shí)器0和定時(shí)器1以及指示其狀態(tài)。這兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都有四種工作方式，通過(guò)設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式寄存器TMOD 中的方式選擇位M1-M0 來(lái)選擇工作方式每個(gè)定時(shí)器都可被獨(dú)立配置。（1） 定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器 圖27 TCON控制寄存器7位：TF1： 定時(shí)器1溢出標(biāo)志當(dāng)定時(shí)器1 溢出時(shí)由硬件置位這個(gè)標(biāo)志能被軟件清除當(dāng)CPU 進(jìn)入定時(shí)器1中斷服務(wù)程序時(shí)它被自動(dòng)清除。0定時(shí)器1未溢出。1定時(shí)器1已溢出。6位：TR1：定

25、時(shí)器1控制0定時(shí)器1禁止。1定時(shí)器1允許。5位：TF0： 定時(shí)器0 溢出標(biāo)志當(dāng)定時(shí)器0 溢出時(shí)由硬件置位該標(biāo)志能被軟件清除當(dāng)CPU 進(jìn)入定時(shí)器0 中斷服務(wù)程序時(shí)它被自動(dòng)清除。0定時(shí)器0未溢出。1定時(shí)器0已溢出。4位：TR1：定時(shí)器0 控制0 定時(shí)器0禁止。1 定時(shí)器0允許。3位：IE1 外部中斷1當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)IT1 定義的邊沿/電平時(shí)該標(biāo)志由硬件置位它能被軟件清除但是當(dāng)IT1=1 時(shí)如果CPU 進(jìn)入外部中斷1 服務(wù)程序則自動(dòng)清除當(dāng)IT 1=0 時(shí)該標(biāo)志是/INT1 輸入信號(hào)的邏輯電平取反。2位：IT1：中斷1 類型選擇此位選擇/INT1 信號(hào)檢測(cè)到下降沿中斷還是檢測(cè)到低電平有效中斷。0 /IN

26、T1是電平觸發(fā)。1 /INT1是邊沿觸發(fā)。1位：IE0：外部中斷0當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)IT0定義的邊沿/電平時(shí)該標(biāo)志由硬件置位它能被軟件清除但是當(dāng)IT0=1時(shí)如果CPU 進(jìn)入外部中斷1 服務(wù)程序則自動(dòng)清除當(dāng)IT0=0 時(shí)該標(biāo)志是/INT0 輸入信號(hào)的邏輯電平取反。0位：IT0：中斷0 類型選擇此位選擇/INT0 信號(hào)否檢測(cè)到下降沿中斷還是檢測(cè)到低電平有效中斷。0 /INT0 是電平觸發(fā)。1 /INT0 是邊沿觸發(fā)。（2） 定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式寄存器 9圖28 TMOD方式寄存器7位：GATE1：定時(shí)器1門(mén)控位。0：當(dāng)TR1=1 時(shí)無(wú)論/INT1 如何定時(shí)器1允許。1：只有在TR1=1并且/INT1=邏輯1

27、時(shí)定時(shí)器1允許。6位：C/T1：計(jì)數(shù)器/定時(shí)器1選擇。0：定時(shí)器功能T1M 位CKCON.4 定義的時(shí)鐘使定時(shí)器1加1.1：計(jì)數(shù)器功能在外部輸入引腳P0.5/T1 上的從高到低的跳變使定時(shí)器1加1.5-4位：T1M1-T1M0： 定時(shí)器1方式選擇。這些位選擇定時(shí)器1 操作方式表2-2 定時(shí)器1選擇一覽表 3位：GATE0：定時(shí)器0 門(mén)控位0：當(dāng)TR0=1 時(shí)無(wú)論/INT0 如何定時(shí)器0 允許1：只有在TR0=1 并且/INT0=邏輯1 時(shí)定時(shí)器0 允許2位：C/T0： 計(jì)數(shù)器/定時(shí)器選擇0：定時(shí)器功能T0M 位CKCON.3 定義的時(shí)鐘使定時(shí)器0 加1：計(jì)數(shù)器功能在外部輸入引腳P0.4/T0

28、上的從高到低的跳變使定時(shí)器0 加0-1位：T0M1-T0M0： 定時(shí)器0 方式選擇這些位選擇定時(shí)器0 操作方式表2-3 定時(shí)器0選擇一覽表 （3）時(shí)鐘控制寄存器 圖29 CKCON時(shí)鐘控制寄存器7-6位：未用讀=00b，寫(xiě)=無(wú)關(guān)5位： T2M ： 定時(shí)器2時(shí)鐘選擇此位控制定時(shí)器2 的系統(tǒng)時(shí)鐘的分頻當(dāng)定時(shí)器為波特率發(fā)生方式或計(jì)數(shù)器方式即（C/T2=1）10此位被忽略。0：定時(shí)器2使用系統(tǒng)時(shí)鐘的12分頻。1：定時(shí)器2使用系統(tǒng)時(shí)鐘。4位：T1M ：定時(shí)器1時(shí)鐘選擇此位控制定時(shí)器1的系統(tǒng)時(shí)鐘的分頻。0：定時(shí)器1使用系統(tǒng)時(shí)鐘的12分頻。1：定時(shí)器1使用系統(tǒng)時(shí)鐘。3位: T0M 定時(shí)器0 時(shí)鐘選擇此位控制

29、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器0 的系統(tǒng)時(shí)鐘的分頻。0：計(jì)數(shù)器/定時(shí)器使用系統(tǒng)時(shí)鐘的12分頻。1：計(jì)數(shù)器/定時(shí)器使用系統(tǒng)時(shí)鐘。0-2位：未用讀=00b，寫(xiě)=無(wú)關(guān)。兩個(gè)外部中斷源（/INT0 和/INT1）可被配置為低電平觸發(fā)或下降沿觸發(fā)輸入，由IT0（TCON.0）和IT1（TCON.2）的設(shè)置決定。IE0（TCON.1）和IE1（TCON.3）分別為外部中斷/INT0 和/INT1 的中斷標(biāo)志。如果一個(gè)/INT0 或/INT1 外部中斷被配置為邊沿觸發(fā)，CPU 在轉(zhuǎn)向ISR 時(shí)將自動(dòng)清除相應(yīng)的中斷標(biāo)志。當(dāng)被配置為電平觸發(fā)時(shí)，中斷標(biāo)志將跟隨外部中斷輸入引腳的狀態(tài)，外部中斷源必須一直保持輸入有效直到中斷請(qǐng)求被響

30、應(yīng)。在ISR 返回前必須使該中斷請(qǐng)求無(wú)效，否則將產(chǎn)生另一個(gè)中斷請(qǐng)求。其余的2個(gè)外部中斷（外部中斷6-7）為邊沿觸發(fā)輸入，可以被配置為下降沿觸發(fā)或上升沿觸發(fā)。這些中斷的中斷標(biāo)志和配置位在端口3 中斷標(biāo)志寄存器中。2.2 熱電偶熱電偶是工程上應(yīng)用最廣泛的溫度傳感器。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，準(zhǔn)確度高，熱慣性小，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性好，溫度測(cè)量范圍寬，適用于信號(hào)的遠(yuǎn)傳自動(dòng)記錄和集中控制的優(yōu)點(diǎn)，在溫度測(cè)量中占有重要的地位。此外，通過(guò)熱輻射來(lái)測(cè)溫，不會(huì)破壞被測(cè)介質(zhì)的溫度場(chǎng)。熱電偶的測(cè)溫原理的以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的，將任意兩種不同的導(dǎo)體A/ B組成一閉合回路（圖2-11）只要其連接點(diǎn)1、2溫度不同，在回路就產(chǎn)生熱電

31、動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱效應(yīng)，我們就是利用熱電偶的熱效應(yīng)來(lái)測(cè)量溫度的。從物理上看，熱電偶回路產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)主要是由接觸電動(dòng)勢(shì)組成的。當(dāng)兩種不同導(dǎo)體A ，B 接觸是時(shí)，由于導(dǎo)體兩邊的自由電子密度不同，在交界上邊產(chǎn)生電子的互相擴(kuò)散。在開(kāi)始接觸的瞬間若導(dǎo)體中自由電子密度大于導(dǎo)體中自由電子密度，則導(dǎo)體向?qū)w擴(kuò)散的電子數(shù)將比導(dǎo)體向?qū)w擴(kuò)散的電子數(shù)多，因而使導(dǎo)體失去較多的電子而帶正電荷，導(dǎo)體得到較多的電子而帶負(fù)電荷，致使在導(dǎo)體、接觸外產(chǎn)生電場(chǎng)，以阻礙電子在導(dǎo)體中的進(jìn)一步積累，最后達(dá)到平衡。平衡時(shí)，在、兩個(gè)導(dǎo)體間的電位差稱為接觸電動(dòng)勢(shì)。其值決定于兩個(gè)導(dǎo)體的材料種類和接觸點(diǎn)的溫度。在圖2-11所示的熱電偶回路中，

32、當(dāng)接觸1、2的溫度不同時(shí)，則產(chǎn)生兩個(gè)不同的接觸電動(dòng)勢(shì)eAB(t和eAB(0。這時(shí)回路中的總電勢(shì)。E(t,t0=eAB(t-eAB(t0 (2-1式中：e 下標(biāo)字母表示電勢(shì)的方向。在實(shí)際使用熱電偶時(shí)，在熱電偶回路中總要接入測(cè)量?jī)x表及導(dǎo)線，如圖2-11所示：1為熱電偶ABC ；2為測(cè)量?jī)x表；3為連接熱電偶和測(cè)量?jī)x表的導(dǎo)線。 11 圖210 圖211 熱電偶是由兩種不同導(dǎo)線或半導(dǎo)體材料焊接而成。焊接的一端稱為熱端（或工作端）與導(dǎo)線連接的一端稱為冷端。熱端插入需要測(cè)量的設(shè)備之中，冷端置于設(shè)備之外。E(t,t0=eAB(t+eBC(t0+eCA(t0 (2-2如果回路中各接點(diǎn)溫度相同，即t=t0，則回路

33、總電勢(shì)E(t,t0必為零，即E(t,t0=eAB(t+eBC(t0+eCA(t0=0 (2-3eBC(t0+eCA(t0 = -AB(t0 (2-42-4代入2-3可得E(t,t0=eAB(t-eAB(t0 (2-5式2-2同式2-3完全一樣，由此可見(jiàn)，在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體的兩個(gè)接點(diǎn)溫度相等，回路中總電勢(shì)值不變。但是，如果圖2-12中導(dǎo)體、和導(dǎo)體、接點(diǎn)處溫度不同時(shí)，回路中總電勢(shì)會(huì)發(fā)生變化。所以，在使用熱電偶測(cè)溫時(shí)，冷端溫度應(yīng)該使之相等。一般熱電偶很短(幾百mm 幾千mm ，熱電偶冷端溫度會(huì)隨設(shè)備和環(huán)境溫度不斷變化。為了保證測(cè)量精度，必須采取措施，使熱電偶冷端溫度保持恒定，可以把熱電偶做

34、得很長(zhǎng)，使冷端遠(yuǎn)離被測(cè)物體，并連同測(cè)量?jī)x表一起放到恒溫或溫度波動(dòng)較小的儀表控制室。但是，這種方法是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)閺默F(xiàn)場(chǎng)到儀表室一般較遠(yuǎn)，這將要耗費(fèi)許多貴重的熱電板材料。所以一般要冷端補(bǔ)償。熱電偶測(cè)溫的誤差，在低溫大約為2.5-5度，高溫相對(duì)誤差大約為0.4-1%，例如，鉑銠10鉑熱電偶在0-600度間的允許誤差為2.4，溫度高于600度時(shí)為0.4%，適用熱電偶時(shí)必須十分注意其適用條件，在有些氣氛環(huán)境下，熱電偶性會(huì)急劇變化，產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差。熱電偶的熱電勢(shì)大小不僅與測(cè)量溫度有關(guān)，還決定于自由端的溫度，所以適用熱電偶時(shí)常需保持冷端溫度恒定，例如冷端置于冰瓶中，由冰水混合物保持零度的冷端溫度，在工

35、業(yè)測(cè)量?jī)x表中，通常在電路中引入一個(gè)隨冷端溫度變化的附加電勢(shì)，自動(dòng)補(bǔ)償冷端溫度的變化，以保證測(cè)量精度，考慮到冷端恒溫器或電勢(shì)補(bǔ)償裝置離測(cè)量點(diǎn)較遠(yuǎn)，在使用較貴的熱電偶時(shí)，如果全用熱電偶絲從測(cè)量點(diǎn)引至恒溫器，代價(jià)將太高，為了節(jié)約，工業(yè)上選用較低溫度下，與所用熱電偶的熱電特性相近的廉價(jià)金屬，作為熱偶絲在低溫區(qū)的代替品，稱為補(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。為了補(bǔ)償熱電偶測(cè)量過(guò)程中因冷端溫度不為0或是變化而引起熱電勢(shì)的變化值，我們采用冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法，也稱為補(bǔ)償電橋法，補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓ab U 作為補(bǔ)償信號(hào)。本設(shè)計(jì)

36、采用K 型鎳鉻-鎳硅（鎳鋁）熱電偶，適用于01000的溫度測(cè)量范圍，鎳相應(yīng)的輸出電壓為0mv-41.32mv. 鉻為正極，鎳為負(fù)極。它適用于氧化性或中性介質(zhì)中使用。當(dāng)介質(zhì)溫度低于12500時(shí)亦可用于還原介質(zhì)中測(cè)量溫度。2.3 DDZ-型溫度變送器本次采用的是DDZ 型溫度變送器，它的工作原理如下： 圖212 變送器原理圖直流信號(hào)通過(guò)輸入引線輸送到儀表，此電壓信號(hào)與零點(diǎn)調(diào)整橋路上的一臂上電勢(shì)相疊加后輸入到主放大器同相端，經(jīng)過(guò)放大器放大后成為電流信號(hào)疊加后輸入到主放大器同相端，經(jīng)過(guò)放大器放大后成為420mA 電流信號(hào)，流入輸出電流互感器初級(jí)，直流信號(hào)被10Kz 頻率的方波調(diào)制后耦合到互感器初級(jí)，再

37、被整流濾波成為420mA DC 信號(hào)輸出。此輸出電流經(jīng)過(guò)250歐姆電阻成為15 V DC 的電壓信號(hào)輸出。直流毫伏變送器電源為24V DC 集中供電，實(shí)現(xiàn)了二線制接線方式。輸入電壓為010 mV DC，其具有安全防爆等級(jí)是(He 型，可用于易燃易爆場(chǎng)合。采用低漂移，高增益的運(yùn)算放大器作為主要放大器，具有線路簡(jiǎn)單和良好的可靠性，穩(wěn)定性及各項(xiàng)技術(shù)性能。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。該儀表的輸入回路與輸出回路，電源回路之間只有磁的聯(lián)系，無(wú)電的直接聯(lián)系，因此它們之間是安全隔離的，調(diào)整校驗(yàn)步驟如下： 準(zhǔn)備工作：按要求準(zhǔn)備好設(shè)備，檢察供電電壓

38、是否24VDC ，極性是否正確，檢查接線無(wú)誤后接通電源，待通電半小時(shí)后，按照技術(shù)條件逐次檢查，首先根據(jù)該臺(tái)儀表的型號(hào)按表列出檢查點(diǎn)的輸入信號(hào)值，一般檢查點(diǎn)的量程范圍0，10，30，50，70，90， 100，調(diào)整電阻箱，用tg 測(cè)量輸入信號(hào)，記下電阻箱的數(shù)據(jù)。 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(kāi)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0.5，的表應(yīng)20mvdc 或0.03ma ，對(duì)于10%精度的儀表應(yīng)4mv(或0.16mA 滿足此項(xiàng)要求即合格。420mA線性化變送器，它可與鎳絡(luò)-鎳硅測(cè)溫傳感器構(gòu)成精密的T/I變換。

39、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11.6V 到40V, 輸入失調(diào)電壓2.5mV ，輸入失調(diào)電流20nA。XTR101外形采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳DIP 封裝。 有如下兩種應(yīng)用于轉(zhuǎn)換溫度信號(hào)的典型電路： 13圖213 溫度轉(zhuǎn)換一 圖214 溫度轉(zhuǎn)換二2.4 固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器簡(jiǎn)稱SSR ，它是晶體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，而在前級(jí)把光電隔離器融為一體，因此，固態(tài)繼電器實(shí)際上是一種帶光電隔離器的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。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(kāi)關(guān)速度

40、快，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，固態(tài)繼電器有直流固態(tài)繼電器和交流固態(tài)繼電器之分。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(kāi)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。其原理圖如下。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。而當(dāng)輸入的控制信號(hào)撤銷后，無(wú)論哪一種類型，它們都是流過(guò)雙向控制硅負(fù)載電流為零時(shí)才關(guān)斷。其輸出波形如圖2-15所示。 圖215 固態(tài)繼電器原理圖過(guò)零觸發(fā)型AC SSR 為四端器件，其內(nèi)部電路如圖2-15所示。1

41、、2為輸入端，3、4為輸出端。光耦合器將輸入與輸出電路在電氣上隔離開(kāi)，R8和C 組成浪涌吸收網(wǎng)絡(luò)，以吸收電源中帶有的尖峰電壓或浪涌電流，防止對(duì)開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生沖擊或干擾。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1025V 或-(1025V 區(qū)域內(nèi)進(jìn)行觸發(fā)，如圖2-16所示。圖中交流電壓分三個(gè)區(qū)域，區(qū)為-10V +10V范圍，稱為死區(qū)，在此區(qū)域中加入輸入信號(hào)時(shí)不能使SSR 導(dǎo)通。區(qū)為1025V 和-(1025V 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。區(qū)為幅值大于25V 的范圍，稱為抑制區(qū)在此區(qū)域內(nèi)加入輸入信號(hào)，SSR 的導(dǎo)通被抑制。當(dāng)輸入端電壓信

42、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。 圖2-16 電壓波形 圖217 交流SSR 輸出波形圖第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 PID算法根據(jù)對(duì)偏差的比例（P ），積分（I ）, 和微分（D ）運(yùn)算而進(jìn)行控制（簡(jiǎn)稱PID 控制），是對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律，此控制規(guī)律對(duì)許多工業(yè)過(guò)程控制時(shí)，都能得到比較滿意結(jié)果。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。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)

43、不能完全掌握，或是不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID 控制技術(shù)最為方便。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。PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例，積分和微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 (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。除了系統(tǒng)控制輸入為0和系統(tǒng)過(guò)程值等于期望值這兩種情況，比例控制都能給出穩(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。但是，比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。比例放

44、大系數(shù)的加大，會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。圖3 比例控制（2）積分控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。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。這樣，即使誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減少，直到等于零。 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。如果單獨(dú)用積分(I的話，由于積分輸出隨時(shí)間積累而逐漸增大，故調(diào)節(jié)動(dòng)作緩慢，這樣會(huì)造成調(diào)節(jié)不及時(shí)，使系統(tǒng)穩(wěn)定裕度下降。圖32 積分控制（3）微分控制在微分控制中，控制器的輸出與輸

45、入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。由于自動(dòng)控制系統(tǒng)有較大的慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay ）組件，在調(diào)節(jié)過(guò)程中可能出現(xiàn)過(guò)沖甚至振蕩。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。 圖33 微分控制 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至是失真。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。解決的辦法是抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。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

46、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)。所以對(duì)有較大慣性或是滯后的被控對(duì)象，比例+微分控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。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。隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，把它移植到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中來(lái)，將原來(lái)的硬件實(shí)現(xiàn)的功能用軟件來(lái)代替，因此稱作PID 控制器，所形成的一整套算法則稱為數(shù)字PID 算法。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

47、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。數(shù)字PID 控制算法可以分為位置式PID 控制算法和增量式PID 控制算法。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)。所謂增量式PID 是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量 。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(mén) ，采樣速率為1/T。采樣周期T 是設(shè)計(jì)者要精心選擇的重要參數(shù)，系統(tǒng)的性能與采樣周期的選擇有密切關(guān)系。（1）香農(nóng)（Shannon ）采樣定理（Wmax-被采樣

48、信號(hào)的上限角頻率）給出了采樣周期的上限。滿足這一定理，采樣信號(hào)方可恢復(fù)或近似地恢復(fù)為原模擬信號(hào)，而不丟失主要信息。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)（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。（3）從抑制擾動(dòng)的要求來(lái)說(shuō)，采樣周期應(yīng)該選擇得小些。（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。（5）從計(jì)算機(jī)精度考慮，采樣周期不宜過(guò)短。（6）從系統(tǒng)成本上考慮，希望采樣周期越長(zhǎng)越好。綜合上述各因素，選擇采樣周期，應(yīng)在滿足控制系統(tǒng)的性能要求的條件下， 盡可能地選擇低的采樣速率。t kT (K=0,1,2,3,.t則可得離散的PID 表

49、達(dá)式為：（3-1） 100( kk p k I j D k k j u k e k e k e e u -=+-+ （3-2）上式中 k-采樣序號(hào)，k=0,1,2,3. ；k u -第k 次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)的輸出值；k e -第k 次采樣時(shí)刻輸入偏差值； 1k e -第k-1次采樣時(shí)刻輸入偏差值； I k -積分系數(shù)，p I I k T k T =; D k -微分系數(shù)，p D D k T k T =; 0u -開(kāi)始進(jìn)行PID 控制時(shí)的原始初值。 由式（3-1）可得孔子其在K-1個(gè)采樣值為： 1111200(k D k p k j k k j I T T u k e e e e u T T -=+-+ （3-3） 將式（3-1）與式（3-3）相減，并整理，可得增量式PID 控制算法公式為： 11112(2 D k k k p k k k k k IT T u u u k e e e e e T T -=-=-+-+112(1 (1 DD D p k p k p k I T T T T k e k e k e T T T T-=+-+ (3-4 上式可以寫(xiě)成：( (1 ( (1( ( 2(1(2p I D U n U n k E n E n k E n k E n E n E n =-+-+-+-） (1 p I D U n p p p =-+ (3-5由于電阻爐一般都屬于一