基于PID算法的電烤箱控制系統(tǒng)

本科生課程設(shè)計(jì)（論文）i寅/笊上孝本科生課程設(shè)計(jì)（論文）課程題目基于PID算法的烤箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)或程設(shè)計(jì)論文）任務(wù)1ii卜(C￡r課題完成的功能、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能采用單片機(jī)作為控制器，由pt100測量溫度，與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，經(jīng)過PID運(yùn)算后調(diào)整溫度控制信號(hào)的占空比，將溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，并要求實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值，用三位LED燈顯示。被控對象為_^^^^仿真研究時(shí)用，*2近似。Ts+1 s+10.5s+1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 °1、確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，包括單片機(jī)的選擇，輸入輸出通道，鍵盤顯示電路和報(bào)警電路；2、建立被控對象的數(shù)學(xué)模型；3、推導(dǎo)控制算法，設(shè)計(jì)算法的程序流程圖或程序清單；4、仿真研究，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果；5、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書一份；設(shè)計(jì)說明書應(yīng)在4000字以上。技術(shù)參數(shù)溫度控制范圍：室溫+20?260c誤差小于：±5%進(jìn)度計(jì)戈It卜'J1、布置任務(wù)，查閱資料，確定系統(tǒng)方案（1天）2、被控對象建模（1天）3、算法推導(dǎo)，程序設(shè)計(jì)（3天）4、仿真研究（2天）5、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書（2天）6、答辯（1天）指導(dǎo)孝師*語及成績f?攵口F與2要平時(shí): 論文質(zhì)量： 答辯: 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年月日院（系）：電氣工程學(xué)院教研室：自動(dòng)化注：成績：平時(shí)20%論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計(jì)算

44小孝44小孝本科生課程設(shè)計(jì)（論文）摘要隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們改造自然的能力也在不斷的提高。機(jī)器的誕生，為我們減少了部分或者全部的腦力勞動(dòng)和體力勞動(dòng)。電子技術(shù)的誕生更是帶來了翻天覆地的變化。機(jī)電控制系統(tǒng)成為機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)集成的共性關(guān)鍵技術(shù)。人們通過它可以使機(jī)械完全按照自己的意愿來執(zhí)行。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制。單片機(jī)在日常生活中的運(yùn)用越來越廣泛。溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到。從石油化工到電力生產(chǎn)，從冶金到建材，從食品到機(jī)械都要對溫度進(jìn)行控制.甚至在有些產(chǎn)品生產(chǎn)過程中溫度的控制直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。單片機(jī)溫度控制無論是現(xiàn)在還是未來都會(huì)起到重要作用。本文介紹了以AT89C51單片機(jī)為核心的電烤箱溫度控制系統(tǒng)。電烤箱的溫度控制系統(tǒng)有兩個(gè)部分組成：硬件部分和軟件部分。其中硬件部分包括：單片機(jī)電路、傳感器電路、放大器電路、轉(zhuǎn)換器電路、以及鍵盤和顯示電路。軟件部分包括：主程序、運(yùn)算控制程序、以及各功能實(shí)現(xiàn)模塊的程序。文章最后對本設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。對溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展提出了幾點(diǎn)建議。關(guān)鍵詞：AT89C51；溫度傳感器；單片機(jī)；II本科生課程設(shè)計(jì)（論文）44小孝本科生課程設(shè)計(jì)（論文）TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章緒論 1\o"CurrentDocument"第2章烤箱溫度控制的設(shè)計(jì)方案 2\o"CurrentDocument"概述 2\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)的要求 2\o"CurrentDocument"烤箱總體設(shè)計(jì)方案 2\o"CurrentDocument"第3章烤箱溫度控制系統(tǒng)各硬件的選擇 4\o"CurrentDocument"控制器的選擇 4\o"CurrentDocument"溫度檢測器的選用 5\o"CurrentDocument"A/D轉(zhuǎn)換電路 6\o"CurrentDocument"輸出通道設(shè)計(jì) 7\o"CurrentDocument"鍵盤電路設(shè)計(jì) 8\o"CurrentDocument"三位LED顯示電路設(shè)計(jì) 9\o"CurrentDocument"報(bào)警電路設(shè)計(jì) 10\o"CurrentDocument"第4章PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11PID控制特點(diǎn) 11比例（P）控制 11積分（I）控制 11微分（D）控制 11\o"CurrentDocument"PID烤箱溫度控制系統(tǒng)流程圖 12\o"CurrentDocument"推導(dǎo)控制算法 13\o"CurrentDocument"第5章課程設(shè)計(jì)總結(jié) 16\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 17iii本科生課程設(shè)計(jì)（論文）44小孝本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第1章緒論隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對機(jī)械的應(yīng)用也越來越廣，進(jìn)而人們對機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制要求亦越來越高。機(jī)電控制實(shí)現(xiàn)了以電氣來控制機(jī)械。單片機(jī)的出現(xiàn)使機(jī)電控制技術(shù)突飛猛進(jìn)。單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長，但發(fā)展迅猛。自1975年美國德克斯儀器公司首次推出8位單片機(jī)TMS-1000后才開始快速發(fā)展。1976年9月，美國Intel公司首次推出MCS-48系列8位單片機(jī)以后，單片機(jī)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。1983年Intel公司推出的MCS-96系列、1987年Intel公司又推出的80C96等位16位單片機(jī)。近年來各個(gè)計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家已進(jìn)入更高性能的32位單片機(jī)研制、生產(chǎn)階段。單片機(jī)發(fā)展之快、品種之多。其中最常用的主要有：AT89系列單片機(jī)、AVR單片機(jī)Motorola公司的M68HC08系列單片機(jī)以及PIC單片機(jī)。隨著社會(huì)的發(fā)展，單片機(jī)的特點(diǎn)體現(xiàn)在體積小、可靠性高、使用方便等方面。根據(jù)溫度控制的特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)為控制核心，采用數(shù)字PID控制算法。實(shí)現(xiàn)對電烤箱的溫度的控制。通過本次設(shè)計(jì)進(jìn)一步詳細(xì)說明單片機(jī)控制系統(tǒng)在社會(huì)生活中的應(yīng)用。為以后進(jìn)一步應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)提供幫助。溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的控制，有些工藝過程對其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量，因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。根據(jù)溫度變化快慢的特點(diǎn)，并且控制精度不易掌握等特點(diǎn)，本文電烤箱的溫度控制為模型，設(shè)計(jì)了以AT89C51單片機(jī)為檢測控制中心的溫度控制系統(tǒng)。溫度控制采用PID數(shù)字控制算法，顯示采用3位LED靜態(tài)顯示。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，控制算法新穎，控制精度高，有較強(qiáng)的通用性。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）i寅/笊上票本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第2章 烤箱溫度控制的設(shè)計(jì)方案概述溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的控制，有些工藝過程對其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量，因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。根據(jù)溫度變化快慢的特點(diǎn)，并且控制精度不易掌握等特點(diǎn)，本文電烤箱的溫度控制為模型，設(shè)計(jì)了以AT89C51單片機(jī)為檢測控制中心的溫度控制系統(tǒng)。溫度控制采用PID數(shù)字控制算法，顯示采用3位LED靜態(tài)顯示。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，控制算法新穎，控制精度高，有較強(qiáng)的通用性。設(shè)計(jì)的要求采用單片機(jī)作為控制器，由pt100測量溫度，與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，經(jīng)過PID運(yùn)算后調(diào)整溫度控制信號(hào)的占空比，將溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，并要求實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值，用三位LED燈顯示?？鞠淇傮w設(shè)計(jì)方案產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不同，因而所采用的控制算法也不同。就溫度控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)的特性來講，基本上都是具有純滯后的一階環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)精度及溫控的線性性能要求較高時(shí)，多采用PID算法來實(shí)現(xiàn)溫度的控制。本系統(tǒng)是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。從技術(shù)指標(biāo)可以看出，系統(tǒng)對控制精度的要求不高，對升降溫過程的線性也沒有要求，因此，系統(tǒng)采用最簡單的通斷控制方式，當(dāng)烘干箱溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)斷開加熱電爐，當(dāng)溫度降到低于某值時(shí)接通電爐開始加熱，從而保持恒溫的控制。

本科生課程設(shè)計(jì)（論文）電烤箱總體設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)圖，如圖2.1所示。圖2.1電烤箱總體設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）電烤箱總體設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)圖，如圖2.1所示。圖2.1電烤箱總體設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)圖電烤箱溫度控制實(shí)現(xiàn)過程是：首先溫度傳感器將加熱爐的溫度傳回單片機(jī)，然后單片機(jī)將給定的溫度值和反饋回來的溫度值進(jìn)行比較并且經(jīng)過運(yùn)算處理后，傳給溫度控制系統(tǒng)，判斷加熱器材輸出端導(dǎo)通與否從而使加熱爐開始加熱或停止加熱。即電烤箱溫度控制得到實(shí)現(xiàn)，其中單片機(jī)的為加熱爐控制系統(tǒng)的核心部分起著重要作用。

本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4彳小博本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第3章烤箱溫度控制系統(tǒng)各硬件的選擇控制器的選擇隨著社會(huì)發(fā)展，單片機(jī)以其體積小、可靠性高、使用方便的特點(diǎn)在社會(huì)生活中達(dá)到廣泛應(yīng)用。根據(jù)溫度控制特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用AT89C51。AT89C51單片機(jī)是美國Intel公司的8位高檔單片機(jī)的系列。也是目前應(yīng)用最為廣泛的一種單片機(jī)系列。圖3.1AT89C51圖3.1AT89C51實(shí)物圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）44m等本科生課程設(shè)計(jì)（論文）溫度檢測器的選用pt100是伯熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。 PT100的阻值與溫度變化關(guān)系為：當(dāng)PT100溫度為0℃時(shí)它的阻值為100歐姆，在100℃時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成勻速增長的。由于 PT100熱電阻的溫度與阻值變化關(guān)系，人們便利用它的這一特性，發(fā)明并生產(chǎn)了PT100熱電阻溫度傳感器。它是集溫度濕度采集于一體的智能傳感器。溫度的采集范圍可以在-200℃?+200℃,濕度采集范圍是0%?100%。圖3.2圖3.2溫度檢測器實(shí)物圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4—點(diǎn)火博本科生課程設(shè)計(jì)（論文）A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0809是一個(gè)典型的逐次逼近型8位A/D轉(zhuǎn)換器。它由8路模擬開關(guān)、8位A/D轉(zhuǎn)換器、三態(tài)輸出鎖存器及地址鎖存譯碼器等組成。它允許8路模擬量分時(shí)輸入，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸出是三態(tài)的（總線型輸出），可以直接與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線連接。ADC0809采用+5V電源供電，外接工作時(shí)鐘。當(dāng)?shù)湫凸ぷ鲿r(shí)鐘為500KHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為128us。圖3.3AD圖3.3AD轉(zhuǎn)換器接口電路本科生課程設(shè)計(jì)（論文）i寅/常上孝本科生課程設(shè)計(jì)（論文）輸出通道設(shè)計(jì)輸出通道采用過零觸發(fā)器，由光耦驅(qū)動(dòng)電路組成。在驅(qū)動(dòng)電路中，由于是弱電控制強(qiáng)電，而弱電又很容易受到強(qiáng)電的干擾，影響系統(tǒng)的工作效率和實(shí)時(shí)性，甚至燒毀整個(gè)系統(tǒng)，導(dǎo)致不可挽回的后果，因此必須要加入抗干擾措施，將強(qiáng)弱電隔離。光耦合器是靠光傳送信號(hào)，切斷了各部件之間地線的聯(lián)系，從根本上對強(qiáng)弱電進(jìn)行隔離，從而可以有效地抑制掉干擾信號(hào)。此外，光耦合器提供了較好的帶寬，較低的輸入失調(diào)漂移和增益溫度系數(shù)。因此，能夠較好地滿足信號(hào)傳輸速度的要求，且光耦合器非常容易得到觸發(fā)脈沖，具有可靠、體積小、等特點(diǎn)。所以在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了帶過零檢測的光電隔離器MOC3061，用來驅(qū)動(dòng)雙向可控硅并隔離控制回路和主回路。MOC3061是一片把過零檢測和光耦雙向可控硅集成在一起的芯片。其輸出端的額定電壓是400V，最大重復(fù)浪涌電流為1.2A，最大電壓上升率dv/dt為1000v/us，輸入輸出隔離電壓為7500V，輸入控制電流為15mA。圖3.4光耦驅(qū)動(dòng)電路本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4彳d等本科生課程設(shè)計(jì)（論文）鍵盤電路設(shè)計(jì)如圖3.1所示，16個(gè)按鍵排列成4行4歹列，4個(gè)行的引線分別同P1口的P1.4?P1.7相聯(lián)接，4個(gè)列的引線通過一個(gè)上拉電阻分別聯(lián)接到P1.0?P1.3口。其中上拉電阻的值：R=4.7V/1.6mA=3KQ。在鍵盤操作過程中若四個(gè)按鍵同時(shí)按下時(shí)，則需要的上拉電阻值為12KQ,故此上拉電阻取值為10KQ。工作原理：從0列開始，順序行掃描，即該行輸出為0。每掃描一行，讀入列線數(shù)據(jù)，從0開始，列檢查，找該行輸出為0的列，若無，則順序掃描下一行，并檢查其各列；若找到某列線為0,則該列與檢查行交叉的按鍵為被按下的鍵。從0行0列開始，順序?qū)存I編號(hào)，就可以按掃描的值得到按鍵的值。本電路中從P1.3?P1.0順序輸出0,再檢查P1.7?P1.4。此鍵盤的實(shí)現(xiàn)要用軟件的方法識(shí)鍵和譯鍵?！?S1.◎ Q ?R110KS2―aQaR210KS3―Q Q 1R310KS4.口 O iR310KSW-PBSW-PBiSW-PBSW-PBP1.7S5_^^^^S6―fl .S7. no tS8―SW-PBSW-PB彳SW-PBSW-PBP1.6S9■ 0 Q 4S10? O O 4S11. o o 4SU Q O 4SW-PB■SW-PB■SW-PBriSW-PBP1.5S13. oo iS14? O o dS15. Q O JS1』 O o ASW-PBSW-PB■SW-PBSW-PBP1.4P1.3P1.2P1.1P1.0圖3.5鍵盤電路設(shè)計(jì)

本科生課程設(shè)計(jì)（論文）i寅/笊上孝本科生課程設(shè)計(jì)（論文）三位LED顯示電路設(shè)計(jì)如圖所示，采用P2口輸出到CD4511和74LS138兩塊芯片上。其中CD4511連到P2口的0~3口；74LS138連到P2口的4~6口上。74LS138為3-8譯碼器，用于控制8個(gè)共陰數(shù)碼管的發(fā)光與熄滅。它的作用是將P2.4?P2.6m個(gè)口的輸出輪流點(diǎn)亮共陰數(shù)碼管，頻率大于24幀，因此人眼看出來的是八個(gè)共陰管同時(shí)亮。CD4511將P2.0?P2.3口的數(shù)據(jù)譯成共陰管的顯示數(shù)據(jù)。

本科生課程設(shè)計(jì)（論文）44d字本科生課程設(shè)計(jì)（論文）3.7報(bào)警電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報(bào)警電路。峰鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過AT89C52的1根口線經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動(dòng)，也可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)。在圖中，P3.0接晶體管基極輸入端。當(dāng)P3.0輸出高電平“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當(dāng)P3.0輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。圖3.7報(bào)警電路圖3.7報(bào)警電路10本科生課程設(shè)計(jì)（論文）44小孝本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第4章PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)PID控制特點(diǎn)PID控制，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、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。比例（P）控制比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-stateerror）。積分（I）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。對一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（SystemwithSteady-stateError）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，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)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。微分（D）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。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使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，在控制器中僅引入“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)測誤差變化的趨勢。11

本科生課程設(shè)計(jì)（論文）ijf/笊上票本科生課程設(shè)計(jì)（論文）PID烤箱溫度控制系統(tǒng)流程圖圖4.1烤箱溫度控制程序流程圖圖4.1烤箱溫度控制程序流程圖12i寅/笊上票本科生課程設(shè)計(jì)(論文)4.3i寅/笊上票本科生課程設(shè)計(jì)(論文)4.3推導(dǎo)控制算法圖4.2模擬PID控制圖1、PID控制規(guī)律的離散化PID控制器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將系統(tǒng)的給定值r與實(shí)際輸出值y構(gòu)成的控制偏差c=r-y的比例(P)、積分(I)、微分(D)，通過線性組合構(gòu)成控制量，所以簡稱PID控制器。連續(xù)控制系統(tǒng)中的模擬PID控制規(guī)律為：.. de(t)u(t)=K[e(t)+ 』te(t)dt+T—(-)]pTo Ddt(式1)式中u(t)是控制器的輸出，e(t)是系統(tǒng)給定量與輸出量的偏差，Kp是比例系數(shù)，T是積分時(shí)間常數(shù)，Td是微分時(shí)間常數(shù)。其相應(yīng)傳遞函數(shù)為：尸,、 1 1D、G(s)=K(1+——+Ts)pTsDi(式2)比例調(diào)節(jié)器、積分調(diào)節(jié)器和微分調(diào)節(jié)器的作用：(1)比例調(diào)節(jié)器：比例調(diào)節(jié)器對偏差是即時(shí)反應(yīng)的，偏差一旦出現(xiàn)，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用，使輸出量朝著減小偏差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)Kp。比例調(diào)節(jié)器雖然簡單快速，但對于系統(tǒng)響應(yīng)為有限值的控制對象存在靜差。加大比例系數(shù)Kp可以減小靜差，但是，Kp過大時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)質(zhì)量變壞，引起輸出量振蕩,甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。13

本科生課程設(shè)計(jì)(論文)i寅/笊上孝本科生課程設(shè)計(jì)(論文)(2)比例積分調(diào)節(jié)器：為了消除在比例調(diào)節(jié)中的殘余靜差，可在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)具有累積成分，只要偏差e不為零，它將通過累積作用影響控制量u，從而減小偏差，直到偏差為零。如果積分時(shí)間常數(shù)T大，I積分作用弱，反之為強(qiáng)。增大TI將減慢消除靜差的過程，但可減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性。引入積分詞節(jié)的代價(jià)是降低系統(tǒng)的快速性。(3)比例積分微分調(diào)節(jié)器：為了加快控制過程，有必要在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，按偏差變化的趨向進(jìn)行控制，使偏差消滅在萌芽狀態(tài)，這就是微分調(diào)節(jié)的原理。微分作用的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一種采樣控制系統(tǒng)，只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，因此，利用外接矩形法進(jìn)行數(shù)值積分，一階后向差分進(jìn)行數(shù)值微分，當(dāng)采樣周期為T時(shí)，T7T/ 、u=K[e+—乙e+—d(e-e)]ipiT Jiii-1Ij=o(式3)如果采樣周期足夠小，這種離散逼近相當(dāng)準(zhǔn)確。上式中u■為全量輸出，它對應(yīng)于被控對象的執(zhí)行機(jī)構(gòu)第i次采樣時(shí)刻應(yīng)達(dá)到的位置，因此，上式稱為PID位置型控制算式。可以看出，按上式計(jì)算u■時(shí)，輸出值與過去所有狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對數(shù)值，而是其增量時(shí)，可導(dǎo)出下面的公式：-ei--ei-1+—e+—d~(e-2e+e)]r,iTi i-1 i-2I(式4)T「 T「 T=u+K[e—e+—e

i-1pi i-1 TiIT， -+—d(e-2e +e)]\o"CurrentDocument"Ti i-1 i-2(式5)式4稱為增量型PID控制算式；式5稱為遞推型PID控制算式；增量型控制算式具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)計(jì)算機(jī)只輸出控制增量，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的變化部分，因而誤動(dòng)作影響??；(2)在i時(shí)刻的輸出u■，只需用到此時(shí)刻的偏差，以及前一時(shí)刻，前兩時(shí)刻的偏差ei1,e,2,和前一次的輸出值u”，這大大節(jié)約了內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間；(3)在進(jìn)行手動(dòng)一自動(dòng)切換時(shí)，控制量沖擊小，能夠較平滑地過渡；控制過程的計(jì)算機(jī)要求有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，用微型計(jì)算機(jī)作為數(shù)字控制器14

本科生課程設(shè)計(jì)（論文）i寅/笊上孝本科生課程設(shè)計(jì)（論文）時(shí)，由于字長和運(yùn)算速度的限制，必須采用必要的方法來加快計(jì)算速度。下面介紹簡化算式的方法。按照式5表示的遞推型PID算式，計(jì)算機(jī)每輸出一次、，要作四次加法，兩次減法，四次乘法和兩次除法。若將該式稍加合并整理寫成如下形式：T—eepTi-2TOC\o"1-5"\h\z:TT、 T—eepTi-2HYPERLIN