(PID控制是目前工程上应用最广的一种控制方法.docVIP

PID控制是目前工程上应用最广的一种控制方法，它的优点在于结构简单，且不依赖被控对象模型，控制所需的信息量也很少，因而非常易于工程实现，同时通过参数的调整也可获得较好的控制效果。? ????PID控制是将误差信号的比例（P）、积分（I）和微分通过线性组合构成控制量，故称之为PID控制。因此，在使用中只需要设定三个参数即可。在很多情况，往往不一定需要三个单元，但是比例单元是必不可少的。? ????PID控制器设计的难点在于参数整定。但是实际上很多情况下我们可以直接根据系统的时域响应来调整比例、微分和积分三个环节的参数，当然这就需要了解这三个环节对时域响应的有什么样的影响。? ????（1）比例环节：直接将误差信号放大或缩小，因此将比例环节参数增大可以提高响应速度并且减小稳态误差，但是，快速性和稳定性总是一对矛盾，也就是在增大比例系数的同时，系统的稳定性逐渐减低，系统将会出现超调、振荡，甚至发散，因此合适的比例增益是在快速性和稳定性之间进行折中。? ?????（2）积分环节：从积分的定义可知，该环节是将误差不断进行累积，可实现消除稳态误差。增益越大，积分作用越强，稳态误差消除也越快，但是带来的问题是容易产生积分饱和现象，带来大的超调并延缓了系统进入稳态的速度，因此这又是一个矛盾。? 微分环节：该环节或取的是误差的微分信息，根据微分的定义，我们可以知道，这是一个超前环节，也就是说该信号提前告诉我们控制量是该减还是该增，避免造成超调、振荡，因此增大该环节增益有助于提高系统的稳定性，避免振荡，但是对快速性却产生了负作用（快速性和稳定性总是一会矛盾体），因此必须合理选取。还有必须注意的是，微分环节对噪声信号将产生放大作用，因此在噪声较大的系统中慎用。 电加热炉是典型工业过程控制对象，其温度控制具有升温单向性，大惯性，纯滞后变性等特点，很难用数学方法建立精确的模型和确定参数。而PID控制因其成熟，容易实现，并具有可消除稳态误差的优点，在大多数情况下可以满足系统性能要求，但其性能取决于参数的整定情况。且快速性和超调量之间存在矛盾，使其不一定满足快速升温、超调小的技术要求。模糊控制在快速性和保持较小的超调量方面有着自身的优势，但其理论并不完善，算法复杂，控制过程会存在稳态误差。 　　将模糊控制算法引入传统的加热炉控制系统构成智能模糊控制系统，利用模糊控制规则自适应在线修改PID参数，构成模糊自整定：PID控制系统，借此提高其控制效果。 基于PID控制算法，以ADuC845单片机为主体，构成一个能处理较复杂数据和控制功能的智能控制器，使其既可作为独立的单片机控制系统，又可与微机配合构成两级控制系统。该控制器控制精度高，具有较高的灵活性和可靠性。 　　2 温度控制系统硬件设计 　　该系统设计的硬件设计主要由单片机主控、前向通道、后向通道、人机接口和接口扩展等模块组成，如图l所示。由图1可见，以内含C52兼容单片机的ADuC845为控制核心．配有640 KB的非易失RAM数据存储器、外扩键盘输人、320x240点阵的图形液晶显示器进行汉字、图形、曲线和数据显示，超温报警装置等外围电路；预留微型打印机接口，可以现场打印输出结果；预留RS232接口，能和PC机联机，将现场检测的数据传输至PC机来进一步处理、显示、打印和存档。  　　电阻炉的温度先由热电偶温度传感器检测并转换成微弱的电压信号，温度变送器将此弱信号进行非线性校正及电压放大后，由单片机内部A／D转换器将其转换成数字量。此数字量经数字滤波、误差校正、标度变换、线性拟合、查表等处理后。一方面将炉窑温度经人机面板上的LCD显示：另一方面将该温度值与被控制值(由键盘输入的设定温度值)比较，根据其偏差值的大小，提供给控制算法进行运算，最后输出移相控制脉冲，放大后触发可控硅导通(即控制电阻炉平均功率)。达到控制电炉温度的目的。如果实际测得的温度值超过了该系统所要求的温度范围，单片机就向报警装置发出指令，系统进行报警。 　　2．1 系统主控模块 　　系统主控模块电路如图2所示，它主要由CPU及数据存储器，晶体振荡器、复位电路、图形液晶显示器(LCD)及控制电路、微型打印机接口控制电路、实时日历时钟，热电偶信号处理电路等构成。这里，该系统设计可测量3点温度。传感器选择K型(镍铬-镍硅)热电偶，可用于从室温到1 200°C的温度测量，测量范围宽，精度高。在温度测量范围内K型热电偶的输出热电势只有0～45．119 mV，为了和ADuC845的A／D转换器相匹配，采用ACl226和1B51作为信号调理电路，由AC1226、1B51构成热电偶冷端温度补偿及信号调理器电路。当热端距测温仪表较远时，需利用热电偶匹配导线将冷端延长。CD4051为多路模拟开关，由ABC控制接通，当5～3接通时，输入接地，UO输