電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設計

1、武漢華夏理工學院信息工程課程設計報告書課 程 名稱計算機控制技術課程設計課程設計總評成績學生姓名、學號學生專業(yè)班級自動化1142指導教師姓名李文彥課程設計起止日期 2017. 06.12-2016-6.23課程設計基本要求課程設計是工科學生十分重要的實踐教學環(huán)節(jié)，通過課程設計，培養(yǎng)學生 綜合運用先修課程的理論知識和專業(yè)技能，解決工程領域某一方面實際問題的能力。課程設計報告是科學論文寫作的基礎，不僅可以培養(yǎng)和訓練學生的邏輯 歸納能力、綜合分析能力和文字表達能力，也是規(guī)范課程設計教學要求、反映 課程設計教學水平的重要依據(jù)。為了加強課程設計教學管理，提高課程設計教 學質量，特擬定如下基本要求。1.

2、課程設計教學一般可分為設計項目的選題、項目設計方案論證、項目設計結果分析、答辯等4個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都應有一定的考核要求和考核成績。2. 課程設計項目的選題要符合本課程設計教學大綱的要求，該項目應能突出學生實踐能力、設計能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；該項目有一定的實用性，且學 生通過努力在規(guī)定的時間內(nèi)是可以完成的。課程設計項目名稱、目的與技術要 求記錄于課程設計報告書一、二項中，課程設計項目的選題考核成績占10%左右。3. 項目設計方案論證主要包括可行性設計方案論證、 從可行性方案中確定最佳方案，實施最佳方案的軟件程序、硬件電路原理圖和PCB圖。項目設計方案論證內(nèi)容記錄于課程設計報告書第三項中， 項目設

3、計方案論證主要考核設 計方案的正確性、可行性和創(chuàng)新性，考核成績占 30%左右。4. 項目設計結果分析主要包括項目設計與制作結果的工藝水平，項目測試 性能指標的正確性和完整性， 項目測試中出現(xiàn)故障或錯誤原因的分析和處理方法。項目設計結果分析記錄于課程設計報告書第四項中，考核成績占25%左右。5. 學生在課程設計過程中應認真閱讀與本課程設計項目相關的文獻，培養(yǎng)自己的閱讀興趣和習慣，借以啟發(fā)自己的思維，提高綜合分和理解能力。文獻 閱讀摘要記錄于課程設計報告書第五項中，考核成績占10%左右。6. 答辯是課程設計中十分重要的環(huán)節(jié)， 由課程設計指導教師向答辯學生提 出23個問題，通過答辯可進一步了解學生對

4、課程設計中理論知識和實際技能掌握的程度，以與對問題的理解、分析和判斷能力。答辯考核成績占25%左右。7學生應在課程設計周內(nèi)認真參加項目設計的各個環(huán)節(jié)，按時完成課程設 計報告書交給課程設計指導教師評閱。課程設計指導教師應認真指導學生課程 設計全過程，認真評閱學生的每一份課程設計報告，給出課程設計綜合評閱意 見和每一個環(huán)節(jié)的評分成績（百分制），最后將百分制評分成績轉換為五級分 制（優(yōu)秀、良好、中等、與格、不與格）總評成績。8.課程設計報告書是實踐教學水平評估的重要資料，應按課程、班級集成存檔交實驗室統(tǒng)一管理。課程設計任務書（八）學生姓名：專業(yè)班級：自動化1142指導教師：李文彥工作單位： 信息工程

5、系題目:電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設計（一）初始條件：1、設計一個單片機電阻爐溫度控制系統(tǒng)，控制對象為電阻加 熱爐功率為8KW，220V交流電源供電，利用大功率可控硅控制器控制熱阻絲 兩端所加的電壓大小，來改變流經(jīng)熱阻絲的電流，從而改變電爐爐內(nèi)的溫度。 溫度范圍50-350 C，控制精度為土C，通過LED顯示溫度，其對象溫控數(shù) 學模型為：其中Td= 350秒，Kd = 50，r=10秒。要求完成的主要任務:1、硬件設計：設計系統(tǒng)總體電路，設計輸入通道與輸出通道，分析的工作原理；2、 軟件設計：設計系統(tǒng)的總體程序程圖，編寫PID算法程序，從鍵盤接受Kp、Ti、Td、T;編寫顯示程序；3、 采用PID算

6、法，通過數(shù)據(jù)分析Kp改變時對系統(tǒng)超調量的影響；在MATLAB/SIMULINK上對控制算法進行仿真；4、仿真并調試設計的部分硬件電路和軟件程序；5、完成符合要求的課程設計說明書；6、課程設計說明書要求：引言、設計要求、系統(tǒng)結構設計、原理分析、各個模塊的設計與仿真、軟件設計、 調試過程、收獲、體會與總結、參考文獻、 電路圖和源程序。說明書使用A4打印紙計算機打印或手寫，用 Protel等繪圖軟件繪制電子線路圖紙。時間安排：第12天 下達課程設計任務書和日程安排，根據(jù)任務書查找資料；第3-4天 完成方案論證比較，設計系統(tǒng)的總體結構；第45天 詳細設計系統(tǒng)的各部分的硬件電路；第67天詳細總體軟件與各

7、部分的程序流程，完成程序的編寫第78天 仿真并調試設計的部分硬件電路和軟件程序；第910天結果分析整理、撰寫課程設計報告，驗收和答辯。指導教師簽名：年 月 日一、課程設計項目名稱電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設計（一）二、項目設計目的與技術要求1、 硬件設計：用51單片機設計系統(tǒng)總體電路，設計輸入通道與輸出通道，分析的工作原理；2、 軟件設計：設計系統(tǒng)的總體程序程圖，編寫積分分離PID算法程序，從鍵 盤接受Kp、Ti、Td、T與B的值；編寫顯示程序；3、 采用PID算法，通過數(shù)據(jù)分析Kp改變時對系統(tǒng)超調量的影響；在MATLAB/SIMULINK 上對控制算法進行仿真；4、仿真并調試設計的部分硬件電路和軟

8、件程序；5、完成符合要求的課程設計說明書；6、課程設計說明書要求：引言、設計要求、系統(tǒng)結構設計、原理分析、各個模塊的設計與仿真、軟件設計、 調試過程、收獲、體會與總結、參考文獻、 電路圖和源程序。說明書使用A4打印紙計算機打印或手寫，用Protues等繪圖軟件繪制電子線路圖紙。三、項目設計方案論證3.1 .方案論證比較3.1.1. 硬件選擇微型計算機是指由微處理器加上采用大規(guī)模集成電路制成的程序存儲器和 數(shù)據(jù)存儲器，以與輸入輸出設備相連接的I/O接口電路，微型計算機簡稱MC o 如果將微處理器、存儲器和輸入 /輸出接口電路集成在一塊集成電路芯版上， 稱為單片微型計算機，簡稱單片機。本次設計選用

9、的是 AT89C51，是MCS-51單片機系列的一種。其結構體 系完整、指令系統(tǒng)功能完善、內(nèi)部寄存器規(guī)范、性能優(yōu)越、技術成熟、具有高 可靠性和高性價比。它提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM， 32個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全 雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器與時鐘電路。同時， AT89C51可降至OHz的靜 態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口與中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式 保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個 硬件復位。

10、3.1.2. 算法選擇由于計算機控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值來計算控 制量。因此，在計算機控制系統(tǒng)中，必須首先對式（3-1 ）進行離散化處理，用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，此時積分項和微分項可用求和與增量式表達。對溫度的控制算法，采用技術成熟的PID算法，對于時間常數(shù)比較大的系統(tǒng)來說，其近似于連續(xù)變化，因此用數(shù)字PID完全可以得到比較好的控制效果。簡單的比例調節(jié)器能夠反應很快，但不能完全消除靜差，控制不精確，為 了消除比例調節(jié)器中殘存的靜差，在比例調節(jié)器的基礎上加入積分調節(jié)器，積 分器的輸出值大小取決于對誤差的累積結果，在誤差不變的情況下，積分器還 在輸出直到誤

11、差為零，因此加入積分調節(jié)器相當于能自動調節(jié)控制常量，消除 靜差，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。積分器雖然能消除靜差，但使系統(tǒng)響應速度變慢。進 一步改進調節(jié)器的方法是通過檢測信號的變化率來預報誤差，并對誤差的變化 作出響應，于是在 PI調節(jié)器的基礎上再加上微分調節(jié)器，組成比例、積分、 微分(PID)調節(jié)器，微分調節(jié)器的加入將有助于減小超調，克服振蕩，使系統(tǒng) 趨于穩(wěn)定，同時加快了系統(tǒng)的穩(wěn)定速度，縮短調整時間，從而改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能，其控制規(guī)律為:Kp?(e T-0edt 詩uo(3-2)單片機是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的誤差值計算控制變量，不 能直接計算公式中的積分項和微分項，采用數(shù)值計算法逼近后，P

12、ID的調節(jié)規(guī)律可以通過數(shù)值公式Kp?eTi e % Ti j o T Ve 1)uo(3-3)計算，如果采樣取得足夠小，這種逼近可相當準確，被控過程與連續(xù)過程 十分接近。我們變換上式(3-3)得：2u Ui 1 UiUi 1 Kp? ei I ? 6 D ? ei (3 4)把Aei = ei - ei-1, ei= Aei - Aei-1 帶人上式(3-4 )得：u ui 1 Kp?(e ei 1) I ?巳 D?(e 2巳 1 e 2)(3-5)式中ei=W Yi，W為設定值，Yi為第i次實際輸出值，Kp為比例系數(shù)， 積分系數(shù)I=T/Ti，微分系數(shù)D=Td/T，T為采樣周期，以(3-5)式

13、來編程比較方 便。用PID控制算法實現(xiàn)溫度控制是這樣一個反饋過程：比較實際溫度和設定 爐溫得到偏差，通過對偏差的處理獲得控制信號，再去調節(jié)電加熱爐的加熱功 率，從而實現(xiàn)對爐溫的控制，由于電阻爐一般都是下一階段對象和帶純滯后的 一階對象，所以式中 Kp、Kd和Ki的選擇取決于電阻爐的響應特性和實際經(jīng) 驗。本程序先將用戶設定溫度和鍋爐實際溫度T比較，計算出偏差ei，然后分兩種情況進行計算控制變量：1 . ei大于等于設定的偏差 e時，由于積分控制器使系統(tǒng)響應速度變慢， 不采用積分控制器調節(jié)，直接使用PD調節(jié)，獲得比較快的動態(tài)響應，計算Pd 和Pp，最終得到控制量獲得比較快的動態(tài)響應。2 . ei小

14、于設定的設定的偏差 e時，正常的分別計算 Pi、Pd和Pp，然后根據(jù)算法公式計算出控制變量。3.2總體方案設計與原理分析由于溫度控制系統(tǒng)的控制對象具有慣性大，連續(xù)性的特點。因而可以歸于 具有純滯后的一階大慣性環(huán)節(jié)。一般來說，熱過程大多具有較大的滯后，它對 任何信號的響應都會推遲一段時間，使輸出與輸入之間產(chǎn)生相移。對于這樣一 些存在大的滯后特性的過渡過程控制，一般來說可以采用以下幾種控制方案：3.2.1 .輸出幵關量控制對于慣性較大的過程可以簡單地采用輸出幵關量控制的方法。這種方法通 過比較給定值與被控參數(shù)的偏差來控制輸出的狀態(tài)：幵關或者通斷，因此控制 過程十分簡單，也容易實現(xiàn)。但由于輸出控制量

15、只有兩種狀態(tài)，使被控參數(shù)在 兩個方向上變化的速率均為最大，因此容易引起反饋回路產(chǎn)生振蕩，對自動控 制系統(tǒng)會產(chǎn)生十分不利的影響，甚至會因為輸出幵關的頻繁動作而不能滿足系 統(tǒng)對控制精度的要求。因此，這種控制方案一般在大慣性系統(tǒng)對控制精度和動 態(tài)特性要求不高的情況下采用。3.2.2 .比例控制（P控制）比例控制的特點是控制器的輸出與偏差成比例，輸出量的大小與偏差之間 有對應關系。當負荷變化時，抗干擾能力強，過渡時間短，但過程始終存在余 差。因此它適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、允許被控量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。使用時還應注意經(jīng)過一段時間后需將累積誤差消除。323 .比例積分控制（PI控制）由于

16、比例積分控制的特點是控制器的輸出與偏差的積分成比例，積分的作 用使得過渡過程結束時無余差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。雖然加大比例度可以使 穩(wěn)定性提高，但又使過渡時間加長。因此，PI控制適用于滯后較小、負荷變化不大、被控量不允許有余差的控制系統(tǒng)，它是工程上使用最多、應用最廣的一 種控制方法。324 .比例積分加微分控制（PID控制）比例積分加微分控制的特點是微分的作用使控制器的輸出與偏差變化的速 度成正比例，它對克服對象的容量滯后有顯著的效果。在比例基礎上加上微分作用，使穩(wěn)定性提高，再加上積分作用，可以消除余差。因此， PID控制適用于 負荷變化大、容量滯后較大、控制品質要求又很高的控制系統(tǒng)。結合本例

17、題設計任務與要求，由于溫度系統(tǒng)的傳遞函數(shù)事先難以精確獲得，因而很難判斷哪一種控制方法能夠滿足系統(tǒng)對控制品質的要求。但從以上對控制方法的分析來看，PID控制方法最適合本例采用。另一方面，由于可以采用 單片機實現(xiàn)控制過程，無論采用上述哪一種控制方法都不會增加系統(tǒng)硬件成本， 而只需對軟件作相應改變即可實現(xiàn)不同的控制方案。因此本系統(tǒng)可以采用 PID的控制方式，以最大限度地滿足系統(tǒng)對諸如控制精度、調節(jié)時間和超調量等控 制品質的要求。3.3硬件電路設計與分析3.3.1. 系統(tǒng)概況本系統(tǒng)是采用以 AT89C51單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)，通過溫度傳感器采樣實時溫度，并通過變送器將溫度最終轉換為電壓信號通過A

18、/D轉換器0808將其轉換為數(shù)字信號，送入單片機與給定值進行比較，通過運用PID算法得出控制結果，送顯示并進行控制?？傮w設計方案見如圖4-1所示?？撮T狗 圖3-1系統(tǒng)設計方案圖3.3.2. 功能模塊1、單片機控制模塊A/T89C51是整個系統(tǒng)的控制核心，將采集來的數(shù)據(jù)與設定值進行比較，利用PID算法得出結果并送輸出。整個控制系統(tǒng)的程序就下載到單片機中去。A/T89C51仿真圖如圖3-2所示。匕F1 口圖3-2單片機仿真F3 WA5P2.1/A£P2月祁M 1 rZ.4/12 F2.a/13 私同岸v再 F2.7/A1S;PO OWDO RO IjflAD! FO2AD FO3/AD3

19、FOFO 5/A.D5 pn rvb prFO 7.CAD7Pl-1 P1_2 FT啟 Pl-flP1_6 P忻P1.7C3HhC2HHGpF.pi 口 irFJtrF3.nrT£tEJ ”因亟I。 P3 屆iiiTPF3.<VTCI冋的匝PS.'RD:匸| XiCR/STAL-U1ia-J-Is_|rUK u wTEmT'1SO.史！XTAI ?I '-LN沁2、數(shù)據(jù)轉換與采集模塊A/D0808AD0808是CMOS的8位模/數(shù)轉換器，采用逐次逼近原理進行 A/D轉換， 芯片內(nèi)有模擬多路轉換幵關和 A/D轉換兩大部分，可對8路05V的輸入模 擬電壓信號

20、分時進行轉換。模擬多路幵關由8路模擬幵關和3位地址鎖存譯碼 器組成，可選通8路模擬輸入中的任何一路，地址鎖存信號ALE將3位地址信號ADDA、ADDB、ADDC進行鎖存，然后由譯碼電路選通其中的一路，被 選中的通道進行A/D轉換。A/D轉換部分包括比較器、逐次逼近寄存器（SAR）、 256R電阻網(wǎng)絡、樹狀電子幵關、控制與時序電路等。另外ADC0809輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到CPU數(shù)據(jù)總線上。實時溫度經(jīng)過傳感器的檢測并通過變送器將其轉換成模擬的電壓信號，而 A/D0808則用來采集電壓信號并將其轉換為數(shù)字信號存儲在單片機中，以便 后續(xù)對數(shù)據(jù)的處理。其硬件仿真圖如圖3-3所示圖3-

21、3 A/D0808 仿真圖3、按鍵選擇模塊系統(tǒng)采用了兩個按鍵用來進行溫度的設定，一個進行溫度加，一個進行溫 度減。每按下一次，溫度就相應的加一或減一。按照設計要求，溫度的設定范 圍為50-150度，其仿真如圖3-4所示。4、顯示模塊顯示模塊采用兩個7段共陰極數(shù)碼管，一個用來顯示實時溫度，一個用來顯示設定溫度。并用 74LS04來驅動數(shù)碼管。其仿真圖如圖3-5所示。Hi弋W圖3-5顯示示意圖5、報警模塊當實時溫度高于或低于設定溫度5度以上時，系統(tǒng)就會報警，報警指示燈紅燈亮。如圖3-6所示。圖3-6報警示意圖6、輸出模塊經(jīng)過數(shù)據(jù)的運算，單片機通過 P3.4 口的高低電平來控制加熱系統(tǒng)的通斷， 通過

22、導通時間的長短來控制加熱的強度，以達到精確控制的效果。當溫度在設 定溫度的正負5度之內(nèi)時，系統(tǒng)進行PID運算控制；當高于設定溫度5度時, 停止加熱；當?shù)陀谠O定溫度 5度時，全功率加熱。由于仿真軟件自身條件的原 因，使用綠色的LED燈代替，當綠燈亮時，表示正在加熱，不亮時，停止加 熱。仿真圖如3-7所示。圖3-7加熱示意圖3.33系統(tǒng)的整體設計系統(tǒng)的整體設計圖如圖3-8所示圖3-8系統(tǒng)設計方案圖其中：1.單片機采用的是 MCS-51系列的89C51，其集成了中央處理器 CPU、隨機存儲器RAM、程序存儲器ROM或EPROM、定時器/計數(shù)器、中斷控制 器與串型和并行I/O接口等部件。單片機主要應用

23、于工業(yè)控制領域，用來實現(xiàn)對信號的檢測、數(shù)據(jù)的采集以與對應用對象的控制。它具有體積小、重量輕、價格低、可靠性高、耗電少和 靈活機動等許多優(yōu)點。單片機是微型計算機的一個重要分支，特別適合用于智能控制系統(tǒng)。2 實時的溫度測量由于條件的限制直接用模擬電壓來代替?zhèn)鞲衅髋c變送 器，用0808來采樣和轉換溫度。3.34元器件清單系統(tǒng)所需的元器件清單如表4-1所示。表3-1系統(tǒng)配置清單表序號部件名稱所屬類數(shù)量1AT89C51Microprocessor ICs12A/D0808Data Con verters137SEG-MPX4-CCOptoelectr onics24BUTTONSwitches&

24、Relays35LED-GREENOptoelectr onics16LED-REDOptoelectr onics1774LS373TTL 74LS series18RESPACK-8Resistors1974LS04TTL 74LS series810NOTSimulatorPrimitives111NORSimulatorPrimitives212POT-HGResistors113電容Capacitors214CLOCKSimulatorPrimitives215CRYSTALMiscella neous116電阻Resistors117INPUT終端418GROUND終端719VSO

25、URCESimulatorPrimitives1.小結系統(tǒng)硬件是設計的基礎，在設計軟件程序之前，要對系統(tǒng)的結構有個深入 的了解，本章詳細介紹了整個系統(tǒng)的硬件結構和各模塊的選型，介紹了系統(tǒng)的 概況，使讀者對總體的設計有個大致了解。3.4軟件設計軟件概況PROTUES是一種基于標準仿真殷勤 SOICE3F5的混合電路仿真工具，既 可以仿真模擬電路，又可以仿真數(shù)字電路以與數(shù)字、模擬混合電路，其最大特 色在于能夠仿真基于控制器的系統(tǒng)。它是目前最好的仿真單片機與外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機幵發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界

26、上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿 真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世 界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平 臺，其處理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加 Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯。其程序界面如圖3-9所示。圖3-9 Protues7 工作界面PROTUES軟件的功能特點介紹

27、如下：1 .原理布圖2 . PCB自動或人工布線3 . SPICE電路仿真革命性的特點：1 .互動的電路仿真。用戶甚至可以實時采用諸如RAM , ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。2 .仿真處理器與其外圍電路?？梢苑抡?1系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示與輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波 器等，Protues建立了完備的電子設計幵發(fā)環(huán)境。同時它還具有4大功能模塊：智能原理圖設計（ISIS），完善的電路仿真功 能（Prospice），獨特的單片機協(xié)同

28、仿真功能 （VSM），實用的PCB設計平臺。Protues提供了豐富的資源：1. Protues可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù) 千種元器件，有30多個元件庫。2 . Protues可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、 SPI調試器、I2C調試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流 電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調用。3 .除了現(xiàn)實存在的儀器外，Protues還提供了一個圖形顯示功能，可以將 線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，例如極高的輸入阻抗、極

29、低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結果的影響。4. Protues可提供的調試手段 Protues提供了比較豐富的測試信用于電 路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。342.軟件流程圖溫度控制系統(tǒng)的軟件流程圖，系統(tǒng)幵始工作時會檢測爐溫，一般情況下此 時爐溫比給定值低，于是電爐幵始全速加熱。于此同時，系統(tǒng)會按照預定的采 樣周期進行采樣，當檢測爐溫在上限溫度和下限溫度之間，那么幵始進行PID控制，并繼續(xù)按照預定的采樣周期進行采樣，直至溫度穩(wěn)定為給定值。四、項目設計結果分析五、4.1調試記錄與結果分析4.1.1. 仿真程序與圖形在打幵Matlab中的Simulink之后，幵始繪制系統(tǒng)

30、仿真圖形，如圖4.1所示，該圖中對積分和微分先進行處理，使得的到當為等幅震蕩時的kc值，然后通過Z-N法則的第二法，加入為微分和積分之后，采用PID控制改變Kp的值，既可以的得到不同的結果， 從而可以分析出Kp的改變對系統(tǒng)超調量造成的影響。圖4.1系統(tǒng)仿真圖仿真結果與分析由圖可以得到 Kc=1.13 , Tc=40 , TI=O , TD=O，時出現(xiàn)的等幅震蕩曲線圖Kp=0.678Ki=0.05 Kd=5E7當Kp=0.7時，曲線圖如下所示:當Kp=0.8時曲線如上圖所示當Kp=1時，曲線如上圖所示當Kp=1.1時如上圖所示從上述結果圖中可以看出，但當Kp增大到一定程度時，將會導致系統(tǒng)的超調量

31、增加，穩(wěn)定性變差，并且使得系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩。從上面曲線圖中可以明顯看出 當Kp為1時，系統(tǒng)幵始出現(xiàn)震蕩，在 Kp大于1時，出現(xiàn)劇烈震蕩，系統(tǒng)穩(wěn) 定性變差。42結論本實驗通過PID算法調節(jié)，設計并比較實際溫度與設定溫度，最終達到實 際溫度與設定溫度的誤差穩(wěn)定在一定范圍。在這次課設的實驗過程中我遇到了諸多問題，算的上是困難重重，也讓我在實驗過程中了解了自己的不足之處， 讓我了解了自己對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。通過 這次實驗，我不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有 學到過的知識。這次課程設計使我了解了微型計算機控制技術課程設計的真正用意是培養(yǎng) 我們的自學能力，

32、養(yǎng)成編寫程序的好習慣，懂得了理論與實際相結合是很重要 的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來， 從理論中得出結論，才能真正為實際所用，從而提高自己的實際動手能力和獨 立思考的能力。五、參考文摘1 于海生.微型計算機控制技術M.清華大學出版社，2007 計算機控制系統(tǒng)概述、線性離散系統(tǒng)的數(shù)學描述和分析方法、計算機控制系統(tǒng) 的多種控制算法、過程輸入輸出通道、網(wǎng)絡控制技術、控制軟件設計、控制系統(tǒng)的計算機仿真以與計算機控制系統(tǒng)的設計與工程實現(xiàn)等內(nèi)容。本書注重了先進性、系統(tǒng)性和實用性。增加了內(nèi)?？刂?、模型預測控制等先進控制內(nèi)容；加強了網(wǎng)絡控制的內(nèi)容；每章附有大量的實例，并增加

33、大量MATLAB仿真等實踐內(nèi)容，以利于學生實踐能力、倉U新能力的培養(yǎng)和鍛煉。2 于海生.單片微機原理與接口技術冶金工業(yè)出版社，2003主要內(nèi)容包括嵌入式幵發(fā)技術。單片機的內(nèi)部指令、指令系統(tǒng)、內(nèi)部功能部件 的工作原理、應用編程與外部擴展技術。介紹mcs-51系列與增強型單片機的硬件編程結構、軟件設計、中斷系統(tǒng)、存儲器配置，以與mcs-96系列單片機硬件、軟件、pts、epa和人-機聯(lián)系設備，新產(chǎn)品80c196kc的應用結構。3 鄭榮煥.Proteus電子電路設計與仿真.電子工業(yè)出版社，2014Protues VSM 組合了混合模式SPICE電路仿真、處理 器模型、動態(tài)元器件庫、 虛擬儀器、處理器

34、軟仿真器、第三方編譯器和調試器等組件，第一次使得在物 理原型構建出來之前，在計算器上完成從原理圖設計、電子測試仿真、處理器 代碼調試聯(lián)系電路實時仿真設計、功能驗證、出版成品成為可能。使用Pouteus 能夠幫助電子電路幵發(fā)人員涉與更多知識，縮短幵發(fā)周期，降低幵發(fā)成本。4 鄒伯敏.自動控制理論機械工業(yè)出版社，2007超前、滯后、和滯后-超前3種對系統(tǒng)的校正方法，這些方法是基于校正裝置 的輸出與其輸入信號間相位的超前、滯后來區(qū)分的，并利用這些特性對不同的 系統(tǒng)進行動態(tài)校正。這些校正裝置所起的作用等價于時域中的比例-微分（PD ）、比例-積分（PI）或它們的組合（PID ）。PID控制器有著使用靈活

35、，參數(shù)調節(jié) 方便，性能穩(wěn)定等優(yōu)點，且已有定型的工業(yè)產(chǎn)品溫室，因此它在控制工程中被 廣泛應用。吳勤勤.控制儀表與裝置.化學工業(yè)出版社，2012本書以電子技術、微機原理、控制工程和計算機網(wǎng)絡技術為基礎，系統(tǒng)的闡述 儀表與裝置的結構、特點、功能和應用。本書全分為兩篇：第一篇為模擬式控 制儀表與裝置，主要介紹模擬式控制器、變送器和轉換器、運算器和執(zhí)行器； 第二篇為數(shù)字式控制儀器與裝置，主要介紹可編程調節(jié)器、可編程控制器、智 能變送器和閥門定位器、集散控制器系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。六附錄6.1軟件程序ORG0000HAJMPMAINORG001BHAJMP CT1ORG 0200HA1 EQU 50HM

36、AIN:CLRAMOV 2AH,AMOV2CH,AMOV 2DH,AMOV 2EH,AMOV A1,#50LOOP:ACALL SAMPACALL FILTERACALL TRASTACALLTESTKEYACALL DISPLAYMOV A,50HADDA,#5MOV52H,ASUBBA,#10MOV53H,AMOVA,51HCJNE A,52H,TPLCLRCLRAJMPTPL:CJNESETB CLR AJMP MTPL: SETB SETB AJMP TPL1: CLR AJMP HAT: CLRP3.4P3.2LOOPJNC TPL1 A,53H,MTPLP3.4P3.2LOOPJN

37、CHATP3.2P3.4LOOPSETB P3.2P3.4LOOPP3.2ACALLPIDMOVA,2FHCPLAINCASETBF0MOVTMOD,#50HSETBP3.4MOVTL1,AMOVTH1,#0FFHCLRPT1SETBEASETBTR1SETBET1LOOP1:ACALLTESTKEYACALLDISPLA YJBF0,LOOP1AJMPLOOPCT1:CLR TR1CLRF0CLRP3.4RETI；采樣子程序；SAMP:MOVR1,#02CHMOVR0,#03MOVDPTR,#0FEFFHREAD:MOVXDPTR,AHERE:JBP3.3,HEREMOVXA,DPTRRLC

38、AMOV20H.0,CRLCAMOV20H.1,CRLCAMOV20H.2,CRLCAMOV20H.3,CRLCAMOV20H.4,CRLCAMOV20H.5,CRLCAMOV20H.6,CRLCAMOV20H.7,CMOVA,20HMOVR1,AMOVP0,AINCR1DJNZR0,READRET；濾波子程序JFILTER:MOVA,2CHCJNEA,2DH,CMP1AJMPCMP2CMP1:JNCCMP2XCHA,2DHXCHA,2CHCMP2:MOVA,2DHCJNEA,2EH,CMP3MOV2AH,ARETCMP3:JCCMP4MOV2AH,ARETCMP4:MOVA,2EHCJNEA

39、,2CH,CMP5MOV2AH,ARETCMP5:JCCMP6XCHA,2CHCMP6:MOV2AH,ARETTRAST:MOVA,2AHMOVB,#02HDIVABADDA,#25MOV51H,ARETTRAST1: SUBB A,#25MOVB,#02HMULABRET;按鍵選擇子程序；TESTKE Y: JBP3.0,MAIN2_2ACALL DELA Y10JBP3.0,MAIN2_2JNBP3.0,$MOV A,#1ADDA,A1CLR CCJNE A,#150,MAIN2_1_1MOV A,#150AJMP MAIN2_1_3MAIN2_1_1:JC MAIN2_1_3MAIN2_

40、1_2:CLRCMOV A,#150MAIN2_1_3:MOVA1,A;上面這一段是+1度按鍵按下+1度;MAIN2_2: JBP3.1,MAIN2_3ACALL DELA Y10JB P3.1,MAIN2_3JNB P3.1,$MOV A,A1CJNE A,#50,MAIN2_2_1AJMP MAIN2_2_3MAIN2_2_1:JC MAIN2_2_2CLR CMOV B,#1SUBB A,BAJMP MAIN2_2_3MAIN2_2_2:MOV A,#50MAIN2_2_3:MOV A1,A;MAIN2_3:ACALL TRAST1MOV32H,AMOV31H,BRET;顯示子程序；MO

41、VA,A1;將待顯示的數(shù)存在70H到DISPLA Y:75H中MOV B,#100DIVABMOV73H,A;顯示子程序;百位在AMOV A,B ;MOV B,#10DIV AB換成十進制MOV B,#100MOV A,BMOV B,#10DIV ABDISP1:據(jù)首址初值PLA Y:MOV72H,AMOV71H,BMOVA,51HDIVABMOV76H,AMOV75H,AMOV74H,BMOVR1,#70HMOVR5,#0FEHMOVP1,#0FFH;十位在B;個位在C;將的十六進制數(shù)轉;顯示子程序;百位在A;十位在B;個位在C;指向顯示數(shù);掃描控制字MOVA,R5;掃描字放入AMOVP2,

42、A;從P2 口輸出MOVA,R1;取顯示數(shù)據(jù)到AMOVDPTR,#TAB;取段碼表地址MOVCA,A+DPTR;杳顯示數(shù)據(jù)對應段碼MOVP1,A;段碼放入P1口MOVA,R5LCALLD1MS;顯示1MSINCR1;指向下地址MOVA,R5;掃描控制字放入AJNBACC.6,ENDOUT;ACC.5=0 時一次顯示結束RLA;A中數(shù)據(jù)循環(huán)左移MOVR5,A;放回R5內(nèi)AJMPPLAY;跳回PLAY循環(huán)ENDOUT:MOVP1,#0FFH;一次顯示結束，P2 口復位MOVP2,#0FFH;P3 口復位RET;子程序返回TAB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0

43、F8H,80H,90H,0FFH；共陽段碼表“力"0""1""2""3""4""5""6""7""8""9""不亮"延時子程序；DIMS:MOVR6,#14H;1MS延時程序，LED顯示程序用DL1:MOVR7,#19HDL2:DJNZR7,DL2DJNZR6QL1RETDELA Y10:MOVD3:MOV R5,#255DJNZ R5,$DJNZ R6,D3RETDELA Y

44、125:MOVD1: M OVR5,#255DJNZ R5,$DJNZ R6,D1RETDELA Y1S:MOVD2: LCALLDELA Y125DJNZ R7,D2RET；PID算法子程序；PID:MOV R5,31HR6,#20 ;10MS 延時R6,#255;125MS 延時R7,#8;1S 延時MOVR4,32HMOVR3,2AHMOVR2,#00HACALLCPL1ACALLDSUMMOV39H,R7MOV3AH,R6MOVR5,35HMOVR4,36HMOVR0,#4AHACALLMULT1MOVR5,39HMOVR4,3AHMOVR3,3BHMOVR2,3CHACALLCPL1ACALLDSUMMOVR5,33HMOVR4,34HMOVR0,#46HACALLMULTIMOVR5,49HMOVR4,48HMOVR3,4DHMOVR2,4CHACALLDSUMMOV4AH,R7MOV4