基于AT89S51單片機(jī)的PID溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.5聲光報(bào)警電路模塊

　　某一通道的溫度測(cè)量值超出預(yù)先設(shè)定的上、下限報(bào)警值或系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警以提醒用戶注意。如圖5所示。

　　圖5聲光報(bào)警電路圖

　　3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

　　在反應(yīng)器系統(tǒng)中，主程序的功能主要是設(shè)定程序執(zhí)行過(guò)程中用到的相關(guān)變量，分配寄存器，對(duì)所需要的參數(shù)初始化，根據(jù)定時(shí)中斷程序，調(diào)用相應(yīng)的功能模塊，完成一定的任務(wù)。

　　3.2系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)

　　3.2.1顯示子程序

　　LED顯示方式包括有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種，動(dòng)態(tài)掃描顯示電路是將顯示各位的所有相同字段線連在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，而每一位的公共端(共陽(yáng)或共陰COM)由另一個(gè)I/O口控制。由于這種連接方式將每位相同字段的字段線連在一起，當(dāng)輸出字段碼時(shí)，每一位將顯示相同的內(nèi)容。因此，要想顯示不同的內(nèi)容，必須采取輪流顯示的方式。

　　3.2.2定時(shí)子程序

　　定時(shí)程序主要是用于完成查表的占空比控制?？傮w思想是根據(jù)控制表中占空比控制變量U的不同取值，采用不同的定時(shí)來(lái)改變繼電器的通斷，根據(jù)繼電器的特性，要求不能頻繁通斷，所以通斷要有一定長(zhǎng)的時(shí)間，但又要考慮到控制能夠及時(shí)的根據(jù)新的采集值和設(shè)定值的變化來(lái)做出相應(yīng)的動(dòng)作。

　　4.控制方案

　　4.1 PID控制

　　PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值與實(shí)際輸出值構(gòu)成控制偏差，將偏差比例、積分和微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。

　　4.2 PID參數(shù)整定

　　由于PID控制器的輸出為系統(tǒng)偏差的比例、微分和積分作用后的線性組合，所以調(diào)整各個(gè)部分的線性系數(shù)就是PID控制器控制性能好壞的關(guān)鍵。必須針對(duì)具體被控對(duì)象對(duì)PID控制器參數(shù)進(jìn)行整定，采取擴(kuò)充臨界比例度法：

　　(a)選擇合適的采樣周期T.所謂合適是指周期足夠小，一般應(yīng)選它對(duì)象的純滯后時(shí)間的1/IO以下;

　　(b)僅讓控制器作純比例控制，由小到大逐漸增大比例系數(shù)Kp，直至使系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下此時(shí)的臨界振蕩周期Ts和臨界振蕩增益Ks;

　　(c)選擇合適的控制度。所謂控制度，就是數(shù)字控制器和模擬調(diào)節(jié)器所對(duì)應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程的誤差平方的積分之比;

　　(d)根據(jù)控制度查表。

　　4.3 Matlab仿真

　　通過(guò)對(duì)上述的整定方法的綜合運(yùn)用，整定后得到PID控制器的參數(shù)為：Kp=1.75，Ki=0.0125，Kd=3，在MATLAB/Simulink環(huán)境下建立溫度控制系統(tǒng)的仿真模型，如圖6示。仿真后得到系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線。

　　圖6仿真模型

　　仿真后得到的系統(tǒng)階躍響應(yīng)的動(dòng)態(tài)性能還是比較理想的，超調(diào)很小(響應(yīng)峰值為1.017，超調(diào)量Q%=1.7%)。統(tǒng)的響應(yīng)誤差是也是比較小的(穩(wěn)態(tài)誤差為0.005)，在系統(tǒng)要求的精度范圍之內(nèi)。

　　5.總結(jié)

　　系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)展性強(qiáng)。模塊化設(shè)計(jì)，使控制器具有一定的通用性，而且運(yùn)行安全可靠。成本低，操作簡(jiǎn)單，體積小，安裝方便，反應(yīng)靈敏，控制精度高。