(完整word版)帶PID的液位控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

(完整word版)帶PID的液位控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)(完整word版)帶PID的液位控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)PAGEPAGE3(完整word版)帶PID的液位控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)《過程控制》課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號：210992專業(yè)班級：電氣工程及其自動(dòng)化(1）班指導(dǎo)教師:二○一二年六月十五日目錄1.課程設(shè)計(jì)目的 3HYPERLINK\l”_Toc201418596"2.課程設(shè)計(jì)題目和要求 33。設(shè)計(jì)內(nèi)容 4HYPERLINK\l”_Toc201418598”3.1課程設(shè)計(jì)的方案 43。2硬件設(shè)計(jì)。。.。。..。..。.。。。.。.。..。。。...。.。。。..。。。.。..。.。..。。..。.。。。...。。.。.。。。。。.。。。.。.。。。。。.。。。。. 73。3軟件設(shè)計(jì)。..。。。。。.。。。.。.。。。。...。。.。。。..。。.。。.。。。.。。。。。。。。。。.。。.。..。..。。。。。...。.。。。。。。。..。.。。..。。...。。。..。..。。...。。104.設(shè)計(jì)總結(jié) 185.參考書目 18輸入電壓范圍：0～+5V,分辨率：8位,轉(zhuǎn)換值介于0～255之間。轉(zhuǎn)換時(shí)間：100us轉(zhuǎn)換誤差：±1LSB。這類型的A/D轉(zhuǎn)換器除了轉(zhuǎn)換速度快(幾十至幾百us)、分辨率高外，還有價(jià)錢便宜的優(yōu)點(diǎn),普遍被應(yīng)用要求不高的場合。DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè)DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成.3.2.3按鍵模塊本次設(shè)計(jì)中有復(fù)位，開始和停止按鈕，如圖3.1、3.2所示。圖3。1復(fù)位按鈕圖3.2開始、停止按鈕3.2.4顯示模塊本設(shè)計(jì)溫度顯示采用2位LED數(shù)碼管顯示電路。LED數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。如圖3.3所示,這些段分別由字母a,b,c,d，e，f，g，dp來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后,這些特定的段就會(huì)發(fā)亮,以形成我們眼睛看到的字樣了，為了便于實(shí)時(shí)顯示,本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示,用74LS164驅(qū)動(dòng)。液位顯示用LCD1602，它顯示的內(nèi)容為16X2，即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）,如圖3。4所示。工作電壓+5V，對比度可調(diào)，內(nèi)含復(fù)位電路，能提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能，微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中，本設(shè)計(jì)用74hc595驅(qū)動(dòng).圖3。3LED數(shù)碼管圖3。4LCD16023。3軟件設(shè)計(jì)3。3.1PID算法在控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制.常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖4。1所示。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對象組成。積分積分比例微分被控對象u(t)e(t)r(t)-c(t)圖4.1PID控制系統(tǒng)原理框圖PID控制器是一種線性控制器，它是根據(jù)給定值r（t)與實(shí)際輸出值c(t)構(gòu)成控制偏差e（t）=r(t）—c（t)（4—1）將偏差的比例（P）、積分（I)和微分（D）通過線性組合可以構(gòu)成控制量，對被控對象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。它的控制規(guī)律為（4-2)寫成傳遞函數(shù)形式為 （4—3)式中-—比例系數(shù)；——積分時(shí)間常數(shù)；--微分時(shí)間常數(shù)；從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來考慮，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下:1、比例環(huán)節(jié)用于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度,提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度.越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。取值過小，則會(huì)降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而延長調(diào)節(jié)時(shí)間,使系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性變壞.2、積分環(huán)節(jié)主要用來消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。越小,系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快，但過小，在響應(yīng)過程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)。若過大，將使系統(tǒng)靜態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。3、微分環(huán)節(jié)能改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，其作用主要是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化，對偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)。但過大，會(huì)使響應(yīng)過程提前制動(dòng)，從而延長調(diào)節(jié)時(shí)間，而且會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾性能.3。3。2增量型PID控制算法現(xiàn)以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn)kT代表連續(xù)時(shí)間t，以和式代替積分,以增量代替微分,則可作如下近似變換:(4-4)式中T——采樣周期.顯然，上述離散化過程中，采用周期T必須足夠短，才能保證有足夠的精度。為書寫方便,將e(kT)簡化表示成e(k）等，即省去將式(4—4）代入式（4-2），可得離散的PID表達(dá)式為(4—5）或（4-6)式中k——采樣序號，；u（k）—-第

k次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值；e(k）--第k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；e(k-1)——第(k-1)次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；——積分系數(shù)，;——微分系數(shù)，；當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量（例如驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）時(shí)，可由式（4-6)導(dǎo)出提供增量的PID控制算式。根據(jù)遞推原理可得（4—10.）用式（4-6）減式(4-10），可得（4-11）r(k)+D/AΔr(k)+D/AΔu(k)PID增量算法A/D執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象—u(t)∫Δu(t)圖4.4增量型PID控制系統(tǒng)框圖式（4-11）稱為增量式PID控制算法。圖4.4給出了增量式PID控制系統(tǒng)示意圖?？梢詫⑹剑?-11）進(jìn)一步改寫為（4-12）式中、、它們都是與采樣周期、比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)有關(guān)的系數(shù)?？梢钥闯?由于一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T,一旦確定了、、，只要使用前后3次測量值的偏差,即可由式（4-11）或式（4—12)求出控制增量。采用增量式算法時(shí),計(jì)算機(jī)輸出的控制增量Δu（k）對應(yīng)的是本次執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置(閥門開度)的增量。對應(yīng)閥門實(shí)際位置的控制量，即控制量增量的積累需采用一定的方法來解決，例如用有積累作用的元件來實(shí)現(xiàn);而目前較多的是利用算式通過執(zhí)行軟件來完成。被被控對象離線計(jì)算，，，置將A/D結(jié)果賦給求計(jì)算控制增量△D/AA/D將△輸出給D/A采樣時(shí)刻到否？否到圖4。5 PID增量型控制算法流程圖3.3.3主程序控制流程圖4.6 液位控制主程序流程圖YN燃料閥保持原開度系統(tǒng)初始化YN燃料閥保持原開度系統(tǒng)初始化讀取爐壁溫度溫度值送顯示顯示值等于設(shè)定值？A/D轉(zhuǎn)換設(shè)定值掃描有設(shè)定值？控制燃料閥開度比例讀輸入值偏差計(jì)算PIDN系統(tǒng)上電圖4。6 溫度控制主程序流程圖3.3.4部分程序(PID部分)＃include<reg52。h>＃defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharucharcodetable1[]="err”;voidmain(){。。。}intPID（uinterr){ uintpid_p，pid_i，pid_d;IntKp=50，Ti=50,Ki,Td=0.01，Kd； while(1） ｛ pid_p=kp*err; pid_i+=err; pid_d-=err； pid=pid_p+ki＊pid_i+kd＊pid_d； returnpid； }}設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過一周的課程設(shè)計(jì),使我深刻的感受到所學(xué)知識(shí)的綜合使用，像PID的運(yùn)用，單片機(jī)的運(yùn)用,C語言編程,protel畫原理圖,檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)的傳感器等，一開始設(shè)計(jì)時(shí)還真有點(diǎn)迷茫，只能重新翻開以前的書本，才一點(diǎn)一點(diǎn)的理解過來，有了思路。而且以前不是特別明白或根本就不懂的地方，通過重新學(xué)習(xí)和實(shí)踐弄懂了不少，對它們的原理有了更深的認(rèn)識(shí)。也使我感受到了理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，不但使我對所掌握的知識(shí)有了更深刻的認(rèn)識(shí),還提高了我獨(dú)立思考能力。遇到不懂的地方要的動(dòng)手查閱資料或問同學(xué)、老師。這次設(shè)計(jì)為以后的學(xué)習(xí)、生活打下良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也暴露了自己的一些不足之處，基礎(chǔ)知識(shí)不夠扎實(shí)，不太懂得知識(shí)的綜合利用，在以后的時(shí)間里要多加注重，以提高自己綜合能力。5.參