1、 題 目：基于stc89c52的通用數(shù)字 調(diào)節(jié)器設(shè)計54內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即

2、：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)

3、書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項1.設(shè)計（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）

4、附錄（對論文支持必要時）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準(zhǔn)請他人代寫2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用a4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5

5、.裝訂順序1）設(shè)計（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它基于stc89c52的通用數(shù)字調(diào)節(jié)器設(shè)計 摘 要工業(yè)控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器單元是自動控制系統(tǒng)中重要組成部分，調(diào)節(jié)器在自動控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計的主要目的是設(shè)計一臺具有通用功能的數(shù)字調(diào)節(jié)器，本文主要介紹通用數(shù)字調(diào)節(jié)器的組成、原理以及如何實現(xiàn)數(shù)字化控制。該調(diào)節(jié)器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)對模擬信號的轉(zhuǎn)換；用單片機stc89c52完成各種控制規(guī)律的pid運算；由v/i轉(zhuǎn)換電路輸出電流信號控制執(zhí)行器的動作。通用數(shù)字調(diào)節(jié)器的主要功能就是pid調(diào)節(jié)，在硬件設(shè)計要求完成的情況下，pid算法的設(shè)計和實現(xiàn)是整個設(shè)

6、計的核心。在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)器還應(yīng)該具備串行通訊，參數(shù)自整定等功能。通用數(shù)字調(diào)節(jié)器就是在模擬調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上用軟件編程的方法實現(xiàn)pid的運算，以達(dá)到提高精度、降低成本、提高系統(tǒng)可靠性，實現(xiàn)被控對象的自動控制。關(guān)鍵詞：調(diào)節(jié)器；數(shù)字化；單片機；pid控制； a/d轉(zhuǎn)換designs based on the stc89c52general digital regulatorabstractin the industrial control, the regulator is in automatic control systems important component,the regulator ha

7、s the widespread application in the automatic control system. the this designs main purpose is designs one to have the general function digital regulator,the main introduction general digit regulators composition, how do the principle as well as realize the numerical control. realizes through the mo

8、dulus switch to the simulated signal transformation; completes each kind of control rule with monolithic integrated circuit stc89c52 the pid operation; by v/i switching circuit output current signal control actuators movement. the general digital regulators major function is the pid adjustment, in t

9、he hardware design request completes in the situation, the pid algorithms design and realizes is the entire design core. based on the regulator should also have the serial communication, the parameter self regulating grade function. the general digit regulator is in simulates in regulators foundatio

10、n to realize the pid operation with the software programming method, achieves increases the precision, to reduce the cost, to enhance the system reliability, realizes the controlled plant automatic control.key word: regulator; digitization; monolithic integrated circuit; pid control; a/d transformat

11、ion目 錄摘 要iiabstractiii第一章 引言11.1 背景11.2 調(diào)節(jié)器的簡介21.2.1 調(diào)節(jié)器的發(fā)展21.2.2 調(diào)節(jié)器的基本控制規(guī)律及其特點21.2.3 pid調(diào)節(jié)器在控制系統(tǒng)中的作用31.3 設(shè)計任務(wù)的提出4第二章 方案設(shè)計62.1 調(diào)節(jié)器的類型選擇62.1.1 模擬式調(diào)節(jié)器62.1.2 數(shù)字式調(diào)節(jié)器62.2 單片機類型選擇72.3 pid算法的數(shù)字化實現(xiàn)82.4 設(shè)計方案實現(xiàn)10第三章 硬件設(shè)計113.1 調(diào)節(jié)器硬件設(shè)計方案113.1.1 stc89c52芯片簡介113.1.2 各外圍接口電路芯片簡介143.1.3 調(diào)節(jié)器硬件原理圖173.2 硬件具體設(shè)計173.2.1

12、 a/d轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換過程173.2.2 v/i轉(zhuǎn)換電路183.2.3 鍵盤部分設(shè)計193.2.4 顯示部分設(shè)計203.2.5 串口通信部分設(shè)計21第四章 通用數(shù)字調(diào)節(jié)器系統(tǒng)軟件設(shè)計234.1 軟件設(shè)計方案234.1.1 軟件設(shè)計原理234.1.2 軟件設(shè)計方案234.1.3 軟件總體設(shè)計方案流程圖234.2 系統(tǒng)軟件的具體設(shè)計254.2.1 a/d采樣轉(zhuǎn)換程序254.2.2 數(shù)字濾波程序254.2.3 數(shù)據(jù)顯示程序264.2.4 按鍵處理程序274.2.5 pid算法實現(xiàn)28第五章 系統(tǒng)調(diào)試32總結(jié)37參考文獻(xiàn)38致謝40附錄a 硬件原理圖41附錄b 源程序42內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢

13、業(yè)論文）第一章 引言1.1 背景隨著自動化水平的不斷提高，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)廣泛應(yīng)用的各種類型的調(diào)節(jié)器也在不斷的發(fā)展更新，調(diào)節(jié)器的性能不斷提高，功能日趨完善，并朝著集成化、數(shù)字化、智能化的趨勢不斷進(jìn)步。調(diào)節(jié)器主要分為模擬調(diào)節(jié)器和數(shù)字調(diào)節(jié)器。模擬調(diào)節(jié)器采用模擬技術(shù)，以運算放大器等模擬電子器件為基本器件；數(shù)字調(diào)節(jié)器采用數(shù)字技術(shù)，以微處理器為核心部件。調(diào)節(jié)器將來自變送器的測量值與給定值相比較，然后根據(jù)比較產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例、積分、微分（pid）運算，并輸出統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(4-20 ma d.c）去控制執(zhí)行機構(gòu)的動作，以實現(xiàn)對溫度，壓力、流量、液位以及其他工藝參數(shù)的自動控制。調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律是指調(diào)節(jié)器的輸出

14、信號與輸入偏差之間隨時間變化的規(guī)律。電子儀器的演化與發(fā)展從總體上看沿著兩條主線展開。一是從所采用的技術(shù)上看，經(jīng)歷了模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器的發(fā)展過程；二是從儀器結(jié)構(gòu)(可擴(kuò)展性)和實現(xiàn)形式上看，經(jīng)歷了單臺儀器、模塊化儀器和虛擬儀器的發(fā)展過程。這兩條發(fā)展主線的技術(shù)基礎(chǔ)都是微電子技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、計算機技術(shù)，儀器儀表也隨著這些技術(shù)的發(fā)展而不斷的發(fā)展更新。通用數(shù)字調(diào)節(jié)器就是在模擬調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上用軟件編程的方法實現(xiàn)pid的運算，以達(dá)到提高精度、降低成本、提高系統(tǒng)可靠性，實現(xiàn)對被控對象自動控制的目的。在通用數(shù)字調(diào)節(jié)器的開發(fā)應(yīng)用中，單片機的使用使數(shù)字調(diào)節(jié)器的設(shè)計更方便、更快捷，系統(tǒng)性能也得到了很

15、大的提高。單片機所提供的強大功能也為開發(fā)更高性能的儀器儀表創(chuàng)造了條件。 1.2 調(diào)節(jié)器的簡介1.2.1 調(diào)節(jié)器的發(fā)展控制儀表又稱控制器或調(diào)節(jié)器，是控制系統(tǒng)的判斷指揮中心。其作用是將被控變量的測量值與給定值相比較，根據(jù)比較的結(jié)果（偏差）進(jìn)行一定的數(shù)學(xué)運算，并將運算結(jié)果以一定的信號形式送往執(zhí)行器，以實現(xiàn)對被控變量的自動控制。控制儀表的發(fā)展上分為三個階段：第一階段為基地式控制儀表。這類儀表一般是將檢測裝置、控制裝置、顯示裝置組裝在一個整體內(nèi)，同時具有檢測、控制和顯示的功能，它的功能簡單、價格低廉、使用方便，但通用性差，信號不能與其他儀表共享，一般只應(yīng)用于一些簡單的控制系統(tǒng)。適用于一些小型的、控制要求

16、比較低的生產(chǎn)設(shè)備。第二階段為單元組合式控制儀表。這類儀表主要完成控制功能，附帶簡單的顯示，和其他單元之間以統(tǒng)一的信號相互聯(lián)系。單元組合式控制儀表有氣動和電動兩大類，氣動儀表采用的是20-100ka的氣動標(biāo)準(zhǔn)信號；電動儀表采用的標(biāo)準(zhǔn)信號是0-10ma dc(型)和4-20ma dc (型)。第三階段為以微處理器為中心的控制儀表。這類儀表功能豐富、操作方便、易于構(gòu)成各種復(fù)雜控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。主要有單回路控制系統(tǒng)、可編程序數(shù)字控制器（plc）和各種微計算機控制系統(tǒng)等。1由此，該設(shè)計選擇以微處理器為中心的控制器。1.2.2 調(diào)節(jié)器的基本控制規(guī)律及其特點調(diào)節(jié)器接受偏差信號后，按一定的

17、運算規(guī)律輸出控制信號，作用于被控對象以消除擾動對被控參數(shù)的影響，從而使被控參數(shù)回到給定值上來。控制過程的品質(zhì)如何，這不僅與對象特性有關(guān)，而且還與調(diào)節(jié)器的特性，即調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律(或稱調(diào)節(jié)規(guī)律)有關(guān)。調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律就是指調(diào)節(jié)器的輸出信號與輸入偏差之間隨時間變化的規(guī)律。基本運算規(guī)律有比例(p)、積分(i)和微分(d)三種，各種調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律均是由這些基本運算規(guī)律組合而成的。只有比例運算規(guī)律的調(diào)節(jié)器，為p調(diào)節(jié)器。比例系數(shù)越大，控制精度越高，但是系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，對于不太重要的參數(shù)，可考慮采用，如中間儲罐的液位、熱量回收預(yù)熱系統(tǒng)等控制要求不高的系統(tǒng)中。工程實踐中沒有單純積分作用控制器，都是與比例作

18、用組合成比例-積分控制器。比例-積分控制器對變化很慢（甚至不變）的偏差有很強的調(diào)整能力，但是其滯后角度也較大，積分時間越小，消除余差的能力越強，系統(tǒng)越趨向不穩(wěn)定。對于比較重要的，控制精度要求較高參數(shù)，可采用比例-積分控制器。工程實踐中沒有單純微分作用控制器，都是與比例作用組合成比例-微分控制器。他對慣性較大的對象有“超前”調(diào)整作用，所以一般用在有較大滯后被控對象的場合。如果微分作用過大，系統(tǒng)變的非常敏感，控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量將變差，甚至變成不穩(wěn)定。對于不太重要的參數(shù)，但是慣性較大，又不希望動態(tài)偏差較大，可考慮采用比例-微分控制器，但是對于系統(tǒng)噪聲較大的參數(shù)，例如流量，則不能選擇此控制器。2比例-

19、積分-微分控制器綜合了比例、積分、微分三者的優(yōu)點，為控制精度最高的調(diào)節(jié)器。對于比較重要，控制精度要求較高，希望動態(tài)偏差較小，被控對象的滯后時間比較大的參數(shù)可選擇此控制器。pid調(diào)節(jié)器控制算法簡單、魯棒性好、可靠性高，在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中是應(yīng)用最廣泛的一類控制器，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。1.2.3 pid調(diào)節(jié)器在控制系統(tǒng)中的作用目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。同時，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。控制系統(tǒng)技術(shù)對于提高勞動生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動條件以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面起著非常重要

20、的作用4。pid調(diào)節(jié)器以其簡單的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的調(diào)節(jié)品質(zhì)而廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中,成為改善工業(yè)控制系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的重要手段,其參數(shù)的選擇直接影響著系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì),特別是在連續(xù)線性常值控制系統(tǒng)中扮演著重要角色。pid調(diào)節(jié)器解決了自動控制理論所要解決的最基本問題，既系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。調(diào)節(jié)pid的參數(shù)，可實現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，兼顧系統(tǒng)的帶載能力和抗擾能力，同時在pid調(diào)節(jié)器中引入積分項，系統(tǒng)增加了一個零積點，使之成為一階或一階以上的系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差就為零。61.3 設(shè)計任務(wù)的提出隨著工業(yè)自動化生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，自動化設(shè)備的發(fā)展日新月異，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率，降低了工

21、人的勞動強度；同時不斷提高的生產(chǎn)技術(shù)水平為自動化裝備提出了更高的要求，這其中調(diào)節(jié)器扮演著重要角色。在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域中，數(shù)字調(diào)節(jié)器有著廣泛應(yīng)用，可實現(xiàn)多種工業(yè)控制，如變頻調(diào)速，流量調(diào)節(jié)，溫度控制等等。以調(diào)節(jié)器構(gòu)成的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的重要手段，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制質(zhì)量的好壞直接影響著工業(yè)過程的經(jīng)濟(jì)性和安全性。因此設(shè)計一個可靠性高的調(diào)節(jié)器是非常必要的。第二章 方案設(shè)計2.1 調(diào)節(jié)器的類型選擇2.1.1 模擬式調(diào)節(jié)器模擬控制器是用模擬電路實現(xiàn)控制功能的儀表，又成電動調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器將來自變送器的測量值與給定值相比較后產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例、積分、微分（pid）運算，并輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，去控制

22、執(zhí)行機構(gòu)的動作，以實現(xiàn)對溫度、壓力、流量、液位及其他工藝變量的自動控制。其發(fā)展經(jīng)歷了型（電子管）、（晶體管）和（集成電路）。目前型、型都已經(jīng)淘汰。這里介紹ddz型調(diào)節(jié)器。ddz型儀表采用了集成電路和安全火花型防爆結(jié)構(gòu)，提高了儀表精度、儀表可靠性和安全性，適應(yīng)大型工廠、煉油廠的防爆要求。特點如下：（1）采用國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，現(xiàn)場傳輸信號為dc4-20ma，控制室聯(lián)絡(luò)信號為dc1-5v。（2）廣泛采用集成電路，儀表的電路簡化、精度提高、可靠性提高、維修工作量將少。（3）整套儀表可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)。 ddz型控制器的基本類型是全刻度指示pid調(diào)節(jié)器。為滿足各種特殊控制系統(tǒng)的要求，還有特殊控制器

23、，例如斷續(xù)控制器、自整定控制器、前饋控制器、非線性控制器等。2.1.2 數(shù)字式調(diào)節(jié)器數(shù)字式控制器是以微處理器為基礎(chǔ)的多功能控制儀表，可接受多路模擬量及開關(guān)量輸入信號，能實現(xiàn)復(fù)雜的運算控制，并具有通信及故障診斷功能，是自動控制、計算機及通信技術(shù)（合稱3c技術(shù)，control，computer，communication）發(fā)展的產(chǎn)物。數(shù)字式pid控制器是通過編程來控制pid調(diào)節(jié)功能的，又稱可編程pid調(diào)節(jié)器，或可編程調(diào)節(jié)器。由于微處理器的強大計算功能，用戶可以根據(jù)需要編寫復(fù)雜的控制程序，所以一臺可編程控制器可以代替多臺模擬儀表，并且可以根據(jù)重編程序修改功能。可編程調(diào)節(jié)器產(chǎn)品種類較多，例如西安儀表廠

24、生產(chǎn)的ys80系列和ys100系列等，它們都以8位或16位微處理器為cpu，外圍電路也大同小異。數(shù)字式調(diào)節(jié)器與模擬式控制儀表在構(gòu)成原理和所用器件上有很大差別。前者采用數(shù)字技術(shù)，以微型計算機為核心部件；而后者采用模擬技術(shù)，以運算放大器等模擬電子器件為基本部件。數(shù)字調(diào)節(jié)器與模擬式控制儀表相比較，數(shù)字調(diào)節(jié)器有如下一些優(yōu)點：(1) 實現(xiàn)了儀表的數(shù)字化、智能化 (2) 具有豐富的運算、控制功能(3) 通用性強，使用方便(4) 具有通信功能，便于系統(tǒng)擴(kuò)展(5) 可靠性高，維護(hù)方便隨著計算機日益廣泛地應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)，數(shù)字控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)的主流。數(shù)字控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用促進(jìn)調(diào)節(jié)器的進(jìn)一步發(fā)展。盡管

25、基于計算機的數(shù)字控制系統(tǒng)目前已出現(xiàn)了很多種數(shù)字調(diào)節(jié)器和控制器,但pid調(diào)節(jié)器以其結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)效果突出、可調(diào)參數(shù)少和數(shù)字算法實現(xiàn)過程簡單等優(yōu)良品質(zhì)，而獨占控制調(diào)節(jié)器之首。 2.2 單片機類型選擇目前的單回路調(diào)節(jié)器通常由單片機、adc、dac、放大器、數(shù)字i/o接口、參考電源、鍵盤與顯示電路、通信接口等眾多芯片構(gòu)成，電路復(fù)雜，致使可靠性下降。所以需要選擇一個高性能、高性價比的單片機。it行業(yè)飛速發(fā)展的今天，單片機(mcu-micro computer unit)在測控和低速信號處理等方面的應(yīng)用越來越廣泛，單片機應(yīng)用技術(shù)是一門實戰(zhàn)性很強的學(xué)科。現(xiàn)在比較流行的單片機有：mcs51、at89c51、a

26、vr、stc系列等等。這次設(shè)計我考慮使用stc公司的stc89c52系列單片機17，stc89c52是stc公司推出的一款性價比很高的單片機。它與同類型單片機相比的優(yōu)點：（1）超強抗干擾能力，輕松過2kv/4kv快速脈沖干擾(eft)；（2）高抗靜電(esd)，6kv靜電可直接打在芯片管腳上；（3）超低功耗，power downa時，為pd控制當(dāng)=a時,為pid控制如上圖所示，曲線1為采用積分分離手段后的控制曲線。比較曲線1、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。帶死區(qū)的pid算式在微型機控制系統(tǒng)中，某些系統(tǒng)為了避免控制動作過于頻繁，以消除

27、由于頻繁動作所引起的振蕩，有時也采用帶死區(qū)的pid控制算式，如圖4.7所示：圖4.7 帶有死區(qū)的控制過程曲線 帶死區(qū)的控制算式為： 當(dāng) 當(dāng) 式中,k為死區(qū)增益，其數(shù)值可為：0、0.25、0.5、1等。 如上圖所示，死區(qū)b是一個可調(diào)的參數(shù)。其具體數(shù)值可根據(jù)實際控制對象確定。b值太小，使調(diào)節(jié)動作過于頻繁，不能達(dá)到穩(wěn)定被調(diào)對象的目的。如果b 取得太大，則系統(tǒng)將產(chǎn)生很大的滯后。當(dāng)b=0（或k=1）時，則為pid控制。該系統(tǒng)實際上是一個非線性控制系統(tǒng)，即當(dāng)偏差的絕對值時，其控制輸出為0，當(dāng)時，則輸出值p(k)以pid(或pi、pd）運算結(jié)果輸出。 限位問題在某些自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，往往不希望調(diào)

28、節(jié)閥“全開”或“全關(guān)”，而是有一個上限位和一個下限位。也就是說，要求調(diào)節(jié)器輸出限制在一定的幅度范圍內(nèi)，即=p=。在具體系統(tǒng)中，不一定上、下限位都需要，可能只有一個下限或上限限位。例如，在加熱爐控制系統(tǒng)中，為防止加熱爐熄滅，不希望加熱爐的燃料（重油、煤氣或天然氣）管道上的閥門完全關(guān)閉，這就需要設(shè)置一個下限限位。為此，可以在pid輸出程序中進(jìn)行上、下限比較，為了提高調(diào)節(jié)品質(zhì)，當(dāng)程序判斷輸出為(或)后，也可按有限偏差重新求出平p（k）值。在實際pid控制過程中，往往要考慮死區(qū)、積分分離、限幅等問題，下圖4.8即為其程序流程圖： 圖4.8 pid算法程序流程圖第五章 系統(tǒng)調(diào)試單片機系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件

29、調(diào)試是不能分開的,許多硬件錯誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。但通常是先排除明顯的硬件故障以后,再和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進(jìn)一步排除故障。可見硬件的調(diào)試是基礎(chǔ),如果硬件調(diào)試不通過,軟件調(diào)試則是無從做起。當(dāng)硬件設(shè)計從布線到焊接安裝完成之后,就開始進(jìn)入硬件調(diào)試階段,調(diào)試大體分為以下幾步。排除電源故障 在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查vcc與gnd之間電位，若在5v48v之間屬正常。若有高壓，聯(lián)機仿真器調(diào)試時，將會損壞仿真器等，有時會使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。 顯示部分調(diào)試，分別用規(guī)定的電平加至控制數(shù)碼管段碼和位碼顯示的引腳上

30、，看數(shù)碼管顯示是否與理論上一致。不一致，一般為led顯示器接觸不良所致，找出故障，然后在通過編寫程序（采用“8”字循環(huán)程序）進(jìn)行調(diào)試。顯示結(jié)果如下圖5.1所示：圖5.1 跑八試驗程序顯示有上圖可知，顯示部分沒有問題，接下來就可以編寫應(yīng)用程序了。a/d轉(zhuǎn)換部分調(diào)試 a/d轉(zhuǎn)換的作用是把采樣的電壓信號轉(zhuǎn)換成單片機所需要的數(shù)字信號，單片機在對其計算輸出。由此可知a/d部分是非常重要的，所以在顯示沒有錯誤的情況下，緊接著對a/d部分進(jìn)行調(diào)試。根據(jù)a/d轉(zhuǎn)換器的特點、工作原理以及與單片機連接的端口等問題進(jìn)行c語言編程，編譯、下載。采樣信號可以通過電位器自給定，顯示結(jié)果如下圖5.2所示： 圖5.2 a/d

31、轉(zhuǎn)換顯示由上圖可知，a/d部分硬件電路沒有錯誤。pid算法部分調(diào)試 pid部分是整個設(shè)計中最核心的部分，調(diào)試也是最重要的部分之一，如果pid算法實現(xiàn)錯誤就無所謂控制參數(shù)了，首先根據(jù)pid算法編寫程序，然后根據(jù)下面的實例來探究，如果調(diào)節(jié)器的實際輸出與理論相一致，則說明pid算法沒有錯誤。假設(shè)有一溫度控制系統(tǒng)，溫度測量范圍是0600，溫度采用pid控制，控制指標(biāo)為4502。已知比例系數(shù),積分時間，微分時間，采樣周期。當(dāng)測量值，時，計算增量輸出。若，計算第n次閥位輸出。解：將題中給出的參數(shù)代入有關(guān)公式計算得，由題知，給定值，將題中給出的測量值代入公式（514）計算得代入公式（5116）計算得代入公式（5119）計算得調(diào)節(jié)器顯示結(jié)果如下圖5.3所示：圖5.3 pid輸出顯示d/a轉(zhuǎn)換+v/i轉(zhuǎn)換 這屬于調(diào)節(jié)器的輸出部分，由數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，最后在把模擬電壓量轉(zhuǎn)換成電流進(jìn)行遠(yuǎn)傳控制。編寫程