基于PID控制算法的温度控制系统的设计与仿真.pptx

学 海 无 涯 ; 学 海 无 涯 摘 要 本设计是一种温度控制系统，温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。其 控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方 式超调大、调节时间长、控制精度低。采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、 精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等具有重要的现实意义。 PID 控制法最为常见，控制输出采用 PWM 波触发可控硅来控制加热通断。使系统具有 较高的测量精度和控制精度。单片机控制部分采用 AT89S51 单片机为核心，采用 Keil 软件进行编程，同时采用分块的模式，对整个系统的硬件设计进行分析，分别给出了系 统的总体框图、温度检测调理电路、A/D 转换接口电路，按键输入电路以及显示电路， 并对相应电路进行相关的阐述软件采用 PID 算法进行了建模和编程，在 Proteus 环境中 进行了仿真。 关键词：PID;单片机；温度控制；Keil；Proteus ;2;3;1; 学 海 无 涯 ; 学 海 无 涯 3 系统硬件仿真电路 3.1 温度测量调理电路;4; 学 海 无 涯 ; 学 海 无 涯 ; 学 海 无 涯 电阻连接到三极管的基极，用于驱动采样值显示数码管，将 AT89S51 的 P2.0、P2.1 和 P2.2 口分别与一个 2kΩ 的电阻连接到三极管的基极，用于驱动设定值显示数码管。显示 电路如图 3-4 所示。 ; 学 海 无 涯 ;9; 学 海 无 涯 PT100 温度测控系统的主程序流程图如图 4-1 所示。 ; 学 海 无 涯 子程序设计 PID 控制的实现 PID 简介。PID（Proportional Integral Derivative）控制是控制工程中技术成熟、 应用广泛的一种控制策略，经过长期的工程实践，已形成了一套完整的控制算法和典型 的结构。它不仅适用于数学模型已知的控制系统，而且对于大多数数学模型难以确定的 工业过程也可以应用，在众多工业过程控制中取得了满意的应用效果。 PID 工作原理。由于来自外界的各种扰动不断产生，要想达到现场控制对象 值保持恒定的目的控制作用就必须不断地进行。若扰动出现使得现场控制对象（以下简 称被控参数）发生变化，现场检测元件就会将这种变化采集后经变???器送到 PID 控制器 的输入端，并与其给定值（以下简称SP 值）进行比较得到偏差值（以下简称 e 值），调 节器按此偏差并以预先设定的整定参数控制规律发出控制信号，去改变调节器的开度， 使调节器的开度增加或减小，从而使现场控制对象值发生改变，并趋向于给定值（SP 值），以达到控制的目的，如图 4-2 所示。其实 PID 的实质就是对偏差(e)值进行比例、 积分、微分运算，根据运算结果控制执行部件的过程。; 学 海 无 涯 克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而 改善系统的动态性能。根据不同被控对象的控制特性，又可以分为 P、PI、PD、PID 等 不同的控制模型。 （3）数字 PID 的实现。在连续时间控制系统（模拟 PID 控制系统）中，PID 控制 器的应用非常广泛。其设计技术成熟，长期以来形成了典型的结构，参数整定方便，结 构更改灵活，能满足一般的控制要求。随着计算机的快速发展，人们将计算机引入到 PID 控制领域，也就出现了数字式PID 控制。 由于计算机基于采样控制理论，计算方法也不能沿袭传统的模拟 PID 控制算法，所 以必须将控制模型离散化。离散化的方法为：以T 为采样周期，k 为采样序号，用求和 的形式代替积分，用增量的形式（求差）代替微分，这样就可以将连续的 PID 计算公式 离散： t ? kT (k ? 0,1, 2…); 学 海 无 涯 ;14;15; 学 海 无 涯 ; 学 海 无 涯 四舍五入取 100 时，显示最高只能显示 99，所以选用 101。 8.显示子程序 显示模块的功能为：使第 1 个数码管显示A/D 转换数据采集的采样 值，而第 2 个数码管显示由按键输入的设定值，用于显示对系统的温度设定，在整个系 统进行测控的过程中，两个数码管同时显示，显示程序中采样值显示采用了常规的显示 程序，不再赘述。这里只谈编写显示程序中键盘显示时主要注意的一点。由于最后生成 的设定值是有十位或个位的加一和十位或个位的减一键输入，须严格区分才可以编制其 显示程序，此处采用的方法是将个位的加一、减一键输入的值存放在 28H，而十位的加 一、减一键输入的值存放在 34H，然后驱动不同的位码即可正常显示。流程图如图 4-5 所示。;