微型計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計WK

微型計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計WK第一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二1.檢測元件及變送器檢測元件選用鎳鉻-鎳鋁熱電偶，分度號為EU，適用于0℃~1000℃的溫度測量范圍，相應(yīng)輸出電壓為0mV~41.32mV。變送器由毫伏變送器和電流/電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電偶輸出的16.4~41.32mV變換成0~10mA范圍內(nèi)的電流；電流/電壓變送器用于把毫伏變送器輸出的0~10mA電流變換成0~5V范圍內(nèi)的電壓。第二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二表1溫度-數(shù)字量對照表第三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二2.接口電路8031的接口電路有ADC0809、8155和2732等。本系統(tǒng)采用ADC0809型A/D轉(zhuǎn)換器，該芯片為8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0809為溫度測量電路的輸入接口；8155用于鍵盤和顯示接口；2732作為8031外部程序(ROM)存儲器。第四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二3晶閘管數(shù)字觸發(fā)輸出通道設(shè)計★晶閘管簡介晶閘管(可控硅整流器)——功率放大器件。IG

→↓iA+VAK-R+～US_晶閘管的工作方式有：

?調(diào)壓方式?調(diào)功方式調(diào)壓方式：是通過利用移相觸發(fā)脈沖調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，使輸入到電加熱元件的電壓改變，達(dá)到調(diào)節(jié)用電器的輸入功率，來實現(xiàn)控制目的。導(dǎo)通角第五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二調(diào)功方式：觸發(fā)電路采用的是過零觸發(fā)方式，外加正弦電壓過零時控制信號才使晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通，則負(fù)載上得到的電壓是一個正弦波。調(diào)功方式輸入電爐的平均功率為：P——輸入電爐的功率；R——負(fù)載有效電阻；U——電網(wǎng)電壓；n——允許導(dǎo)通的波頭數(shù)；N——設(shè)定的波頭數(shù)。當(dāng)n＝0時，電爐的輸入功率為零；n＝N，電爐的輸入功率為滿功率。第六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二

溫度控制電路如圖雙向可控硅和加熱絲串接在交流回路，因此可控硅導(dǎo)通時間決定加熱絲的加熱功率。下圖給出了可控硅在給定周期T內(nèi)具有不同導(dǎo)通時間的情況。過零信號是正弦交流電壓過零時刻的同步脈沖，可使可控硅在交流電壓正弦波過零后觸發(fā)導(dǎo)通。過零同步脈沖由過零觸發(fā)電路產(chǎn)生。第七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二輸出功率與通斷時間的關(guān)系第八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二過零觸發(fā)電路返回本節(jié)第九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二4、控制策略的選擇

（1）直接數(shù)字控制直接數(shù)字控制是根據(jù)采樣理論，首先把被控對象的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散，然后由計算機根據(jù)離散化的數(shù)字模型進(jìn)行控制。這種控制方法與PID控制相比，其針對性更強，調(diào)節(jié)品質(zhì)更好。

（2）最優(yōu)控制要求系統(tǒng)能夠根據(jù)被測參數(shù)、環(huán)境及原材料的成分的變化而自動對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)隨時都處于最佳狀態(tài)。包括性能估計(辨別)、決策和修改三個環(huán)節(jié)，它是微機控制系統(tǒng)發(fā)展的方向。但由于控制規(guī)律難以掌握，所以推廣起來尚有一些問題難以解決。微機控制技術(shù)第十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二

3．模糊控制模糊控制也叫Fuzzy控制。是按照人的思維方法去完成各種控制。采用這種方法，不需要數(shù)學(xué)模型，只要把設(shè)計者的控制決策(即專家意見)用模糊規(guī)則加以描述，即可實現(xiàn)模糊控制。模糊控制的特點是簡單，執(zhí)行速度快，占用內(nèi)存少，開發(fā)方便、迅速，因而近幾年得到了廣泛的應(yīng)用。

微機控制技術(shù)第十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二4、史密斯(Smith)預(yù)估控制施密斯提出了一種純滯后補償模型，但由于模擬儀表不能實現(xiàn)這種補償，致使這種方法在工程中無法實現(xiàn)?，F(xiàn)在人們利用微型計算機可以方便地實現(xiàn)純滯后補償。

第十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二5、

PID控制是模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)方式。PID調(diào)節(jié)的實質(zhì)就是根據(jù)輸入的偏差值，按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運算，運算結(jié)果用以控制輸出。在實際應(yīng)用中，根據(jù)被控對象的特性和控制要求，可靈活地改變PID的結(jié)構(gòu)，取其中的一部分環(huán)節(jié)構(gòu)成控制規(guī)律，如比例（P）調(diào)節(jié)、比例積分（PI）調(diào)節(jié)、比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)等。特別在計算機控制系統(tǒng)中，更可以靈活應(yīng)用，以充分發(fā)揮微型機的作用。微機控制技術(shù)第十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二

式中：Δt＝T——采樣周期，必須使T足夠小，才能保證系統(tǒng)有一定的精度；E(k)——第k次采樣時的偏差值；E(k-1)——第(k—1)次采樣時的偏差值；K——采樣序號，A＝0，l，2…；P(k)——第k次采樣時調(diào)節(jié)器的輸出。由于輸出值與閥門開度的位置一一對應(yīng)，因此，通常稱為位置型PID的位置控制算式。微機控制技術(shù)第十四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二5.1積分分離的PID算式設(shè)給定值為R(k)，經(jīng)數(shù)字濾波后的測量值為M(k)，最大允許偏差值為A，則積分分離控制的算式為

當(dāng)

圖7中曲線1為采用積分分離手段后的控制曲線，比較曲線1和2可知，使用積分分離方法后，顯著降低了被控變量的超調(diào)量和過渡過程時間，使調(diào)節(jié)性能得到改善。微機控制技術(shù)第十五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二具有積分分離作用的控制過程曲線微機控制技術(shù)第十六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二5.2變速積分的PID算式變速積分PID的基本作法是設(shè)法改變積分項的累加速度，使其與偏差大小相對應(yīng)。

偏差大時，積分累加速度慢，積分作用弱；偏差小時，使積分累加速度加快，積分作用增強。微機控制技術(shù)第十七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二為此，設(shè)置一系數(shù)f[E(k)]，它是E(k)的函數(shù)，當(dāng)|E(k)|增大時，f減小，反之則增大。每次采樣后，用f[E(k)]乘以E(k)，再進(jìn)行累加，即

式中，表示變速積分項的輸出值。f與｜E(k)｜的關(guān)系可以是線性或高階的，如設(shè)其為如下關(guān)系式

微機控制技術(shù)第十八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二分析：（1）f值在0~1區(qū)間內(nèi)變化，（2）當(dāng)偏差大于所給分離區(qū)間A十B后，f＝0，不再進(jìn)行累加；（3）|E(k)|≤(A十B)后，f隨偏差的減小而增大，累加速度加快；（4）直至偏差小于B后，累加速度達(dá)到最大值l。將代入PID算式，可得

微機控制技術(shù)第十九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二變速積分PID優(yōu)點：（1）實現(xiàn)了用比例作用消除大偏差，用積分作用消除小偏差的理想調(diào)節(jié)特性，從而完全消除了積分飽和現(xiàn)象；（2）大大減小了超調(diào)量，可以很容易地使系統(tǒng)穩(wěn)定，改善了調(diào)節(jié)品質(zhì)；（3）適應(yīng)能力強，一些用常規(guī)PID控制不理想的過程可以采用此種算法；微機控制技術(shù)第二十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二（4）參數(shù)整定容易，各參數(shù)間的相互影響小，而且對A、B兩參數(shù)的要求不精確，可作一次性確定。變速積分與積分分離控制方法很類似，但調(diào)節(jié)方式不同。積分分離對積分項采用“開關(guān)”控制，而變速積分則是根據(jù)誤差的大小改變積分項速度，屬線性控制。因而，后者調(diào)節(jié)品質(zhì)大為提高，是一種新型的PID控制。微機控制技術(shù)第二十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二6控制系統(tǒng)程序設(shè)計主程序流程圖1.主程序第二十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期二2.T0中斷服務(wù)程T0中斷服務(wù)程序是此系統(tǒng)的主體程序，用于啟動A/D轉(zhuǎn)換、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、越限溫度報警和越限處理、PID計算和輸出可控硅的同步觸發(fā)脈沖等。在T0中斷服務(wù)程序中，要用到一