溫度控制系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各個領(lǐng)域?qū)囟瓤刂葡到y(tǒng)的精度、穩(wěn)定性等要求越來越高，控制系統(tǒng)也千變?nèi)f化，溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動化的重要任務(wù)。對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案也有所不同。采用單片機(jī)進(jìn)行爐溫控制，可大大地提

2、高控制質(zhì)量和自動化水平， 具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價值。</p><p>　　本文主要介紹了利用AT89C51為主控制電路實現(xiàn)的爐溫調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的功能，硬件組成以及軟件設(shè)計，利用熱電偶采集溫度信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化后與給定信號送入微機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)分析控制算法，信號再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后控制調(diào)節(jié)可控硅控制器來改變爐內(nèi)的溫度。</p><p>　　關(guān)鍵字：溫度控制 自動化 單片機(jī)

3、 轉(zhuǎn)換器 </p><p><b>　　溫度控制系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　1 設(shè)計任務(wù)及分析</b></p><p>　　1.1設(shè)計任務(wù)和要求 </p><p>　　被控對象為電爐，采用熱阻絲加熱，利用大功率可控硅控制器控制熱阻絲兩端所加的電壓大小，來改變流經(jīng)熱阻絲的

4、電流，從而改變電爐爐內(nèi)的溫度?？煽毓杩刂破鬏斎霝?～5伏時對應(yīng)電爐溫度0－300℃，溫度傳感器測量值對應(yīng)也為0～5伏，對象的特性為積分加慣性系統(tǒng)，慣性時間常數(shù)為T1＝40秒。</p><p>　　要求完成的主要任務(wù)：</p><p>　　1）設(shè)計溫度控制系統(tǒng)的計算機(jī)硬件系統(tǒng)，畫出框圖；</p><p>　　2）編寫積分分離PID算法程序，從鍵盤接受Kp、Ti、Td、

5、T及β的值；</p><p>　　3）計算機(jī)仿真被控對象，編寫仿真程序；</p><p>　　4）通過數(shù)據(jù)分析Kp改變時對系統(tǒng)超調(diào)量的影響。</p><p>　　5）撰寫設(shè)計說明書。</p><p><b>　　1.2系統(tǒng)的分析</b></p><p>　　該系統(tǒng)利用單片機(jī)可以方便地實現(xiàn)對PID參

6、數(shù)的選擇與設(shè)定，實現(xiàn)工業(yè)過程中PID控制。它采用溫度傳感器熱電偶將檢測到的實際爐溫進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再送入計算機(jī)中，與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出偏差。對此偏差按PID規(guī)律進(jìn)行調(diào)整，得出對應(yīng)的控制量來控制驅(qū)動電路，調(diào)節(jié)電爐的加熱功率，從而實現(xiàn)對爐溫的控制。利用單片機(jī)實現(xiàn)溫度智能控制，能自動完成數(shù)據(jù)采集、處理、轉(zhuǎn)換、并進(jìn)行PID控制和鍵盤終端處理（各參數(shù)數(shù)值的修正）及顯示。在設(shè)計中應(yīng)該注意，采樣周期不能太短，否則會使調(diào)節(jié)過程過于頻繁，這樣，不但執(zhí)行

7、機(jī)構(gòu)不能反應(yīng)，而且計算機(jī)的利用率也大為降低；采樣周期不能太長， 否則會使干擾無法及時消除，使調(diào)節(jié)品質(zhì)下降。</p><p><b>　　2 方案比較及論證</b></p><p>　　用溫度傳感器來檢測爐的溫度，將爐溫轉(zhuǎn)變成毫伏級的電壓信號，經(jīng)溫度變送器放大并轉(zhuǎn)換成電流信號。由電阻網(wǎng)絡(luò)講電流信號變成電壓信號，送入A/D轉(zhuǎn)換器，通過采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換，所檢測到的電壓信號和爐

8、溫給定值的電壓信號送入計算機(jī)程序中作比較，得出給定值與實際值之間的偏差，并與β進(jìn)行比較，從而確定算法。計算得到的控制量輸出給可控硅控制器，改變可控硅的導(dǎo)通角，達(dá)到調(diào)壓的目的，是電阻絲兩端的電壓增大或較小，進(jìn)而實現(xiàn)對爐溫的控制。</p><p>　　方案一：熱電偶溫度自動控制系統(tǒng)。 方案二：數(shù)字溫度傳感器溫度控制系統(tǒng)。</p><p>　　這兩個方案都是采用單片機(jī)控制，兩個方案的比較

9、部分為溫度檢測部分。</p><p>　　方案一溫度檢測部分檢測部分采用熱電偶，它需要冷端補償電路與其配套，并且熱電偶輸出電壓只有幾毫負(fù)，必須經(jīng)過放大處理才能A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換器接口，若采用8位A/D轉(zhuǎn)換器，ADC0809則輸人端需采用儀用放大器，把幾毫伏的電壓信號放大到5伏左右。由于熱電偶屬于非線性器件，因此每個溫度值都必須通過分度表，查表才能獲得，這給軟件編程和數(shù)據(jù)處理增加了難度。這種系統(tǒng)具有測量溫度范圍

10、可以從零下一百度到早上千攝氏度，而且有很多熱電偶精度非常高這是這種測量系統(tǒng)的優(yōu)點。但構(gòu)成系統(tǒng)復(fù)雜，抗干擾能力不強(qiáng)。</p><p>　　方案二采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它的最高分辨率為12位，可識別0.0625攝氏度的溫度。它具有直接輸出數(shù)字信號和數(shù)據(jù)處理，并且它和單片機(jī)接口只需要一位I/O口，因此由它構(gòu)成的系統(tǒng)簡單使用，由于DS18B20，按照工業(yè)設(shè)計要求設(shè)計，抗干擾性能強(qiáng)。但溫度測量范圍從-55℃—-

11、125℃。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，綜合考慮選擇方案一。</p><p>　　主要的控制芯片采用AT89C51，要求傳感器測量的電壓范圍和可控硅控制器的電壓在0-5℃，所以A/D與D/A轉(zhuǎn)換芯片采用ADC0809和DAC0832。爐溫控制在0－300℃內(nèi)，因此采用鎳鉻-銅鎳熱電偶，同時選用運算放大器將信號放大。</p><p>　　在系統(tǒng)中，利用熱電偶測得

12、電阻爐實際溫度并轉(zhuǎn)換成毫伏級電壓信號。該電壓信號經(jīng)過溫度檢測電路轉(zhuǎn)換成與爐溫相對應(yīng)的數(shù)字信號進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，通過液晶顯示器顯示溫度，同時將溫度與設(shè)定溫度比較，根據(jù)設(shè)定計算出控制量，根據(jù)控制量通過控制繼電器的導(dǎo)通和關(guān)閉從而控制電阻絲的導(dǎo)通時間，以實現(xiàn)對爐溫的控制。</p><p>　　由以上分析控制過程，可以得到如圖1的設(shè)計框圖，程序流程圖如圖2所示。</p><p>&l

13、t;b>　　圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p><b>　　圖2系統(tǒng)程序流程圖</b></p><p><b>　　3 控制算法</b></p><p>　　3.1 PID控制算法</p><p>　　在PID調(diào)節(jié)中，比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除

14、穩(wěn)態(tài)誤差，的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；積分控制的作用是：只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷地積累，輸出控制量以消除誤差，因而，只要有足夠的時間，積分控制將能完全消除誤差，積分作用太強(qiáng)會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；微分控制可以使減小超調(diào)量，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。將P、I、D三種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合在一起，可以使系統(tǒng)既快速敏捷，又平穩(wěn)準(zhǔn)確，只要三者強(qiáng)度配合適當(dāng)，便可獲

15、得滿意的調(diào)節(jié)效果。</p><p>　　模擬PID控制規(guī)律為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中：稱為偏差值，可作為溫度調(diào)節(jié)器的輸入信號，其中為給定值，為被測變量值；為比例系數(shù)；為積分時間常數(shù)；為微分時間常數(shù)；為調(diào)節(jié)器的輸出控制電壓信號。</p><p>　　因為計算機(jī)只能處理數(shù)字

16、信號，故上述數(shù)字方程式必須加以變換。設(shè)采樣周期為T，第次采樣得到的輸入偏差為，調(diào)節(jié)器的輸出為，作如下近似：</p><p><b>　　得到：</b></p><p>　　其中，為調(diào)節(jié)器第次輸出值；、分別為第次和第次采樣時刻的偏差值。由式可知： 是全量值輸出，每次的輸出值都與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置一一對應(yīng)，所以稱之為位置型PID算法。在這種位置型控制算法中，由于算式中存在累加

17、項，而且輸出的控制量不僅與本次偏差有關(guān)，還與過去歷次采樣偏差有關(guān)，使得產(chǎn)生大幅度變化，這樣會引起系統(tǒng)沖擊，甚至造成事故。所以在實際中當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對值，而是其增量時，可采用增量型PID算法。</p><p>　　因為要累加偏差，位置式控制不夠方便，不僅多占用較多存儲單元，且不便于編程。在實際控制中，增量型算法要比位置算法應(yīng)用更加廣泛。利用位置型PID控制算法，可得到增量型PID控制算法的遞推形式為

18、：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中，為比例增益；為積分系數(shù)；為微分系數(shù)。</p><p>　　為了編程方便，可將式（2-4）整理成如下形式：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　式中：

19、</b></p><p>　　3.2 積分分離PID控制算法</p><p>　　在一般的PID控制中，當(dāng)有較大的擾動或大幅度改變給定值時，由于此時有較大的偏差，以及系統(tǒng)有慣性和滯后，故在積分項的作用下，往往會產(chǎn)生較大的超調(diào)和長時間的波動。特別對于溫度等變化緩慢的過程，這一現(xiàn)象更為嚴(yán)重，為此，可采用積分分離措施，即偏差較大時，取消積分作用；當(dāng)偏差較小時才將積分作用投入。亦即&

20、lt;/p><p>　　當(dāng)時，采用PD控制；</p><p>　　當(dāng)時，采用PID控制。</p><p>　　積分分離閾值應(yīng)根據(jù)具體對象及控制要求。若值過大時，則達(dá)不到積分分離的目的；若值過小，則一旦被控量無法跳出個積分分離區(qū)，只進(jìn)行PD控制，將會出現(xiàn)殘差，為了實現(xiàn)積分分離，編寫程序時必須從數(shù)字PID差分方程式中分離出積分項，進(jìn)行特殊處理。</p><

21、;p><b>　　4 系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p>　　用熱電偶來檢測爐的溫度，將爐溫轉(zhuǎn)變成毫伏級的電壓信號，經(jīng)溫度變送器放大并轉(zhuǎn)換成電流信號。由電阻網(wǎng)絡(luò)講電流信號變成電壓信號，送入A/D轉(zhuǎn)換器，通過采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換，所檢測到的電壓信號和爐溫給定值的電壓信號都轉(zhuǎn)換成數(shù)質(zhì)量送入單片機(jī)進(jìn)行比較，其差值即為實際爐溫和給定爐溫的偏差，以單片機(jī)為核心的數(shù)字PID控制器對偏差按照給定的方法運

22、算，運算結(jié)果送DAC0832轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)功率放大器放大后送入晶閘管調(diào)壓器，觸發(fā)晶閘管并改變其導(dǎo)通角的大小，從而控制電阻爐的加溫電壓，起到爐溫調(diào)節(jié)的作用。</p><p>　　爐溫信號T通過溫度檢測及變送，變成電信號，與溫度設(shè)定值進(jìn)行比較，計算溫度偏差e和溫度的變化率de/dt，再由智能控制算法進(jìn)行推理，并得控制量u，可控硅輸出部分根據(jù)調(diào)節(jié)電加熱爐的輸出功率，即改變可控硅管的接通時間，使電加熱爐輸出溫度達(dá)到理

23、想的設(shè)定值。</p><p>　　4.1 ADC0809芯片功能</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬電壓或電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的期間或裝置，它是一種模擬系統(tǒng)和計算機(jī)之間的接口，它在數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中，得到了廣泛的應(yīng)用，常用的A/D轉(zhuǎn)換器有ADC0809. 它是一種帶有8通道模擬開關(guān)的8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間為100us左右，線性誤差為±1/2LSB，采用28腳雙立

24、直插式封裝，ADC0809由8通道模擬開關(guān)、通道選擇邏輯、8位A/D轉(zhuǎn)換器及三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成。</p><p>　　1）8通道模擬開關(guān)及通道選擇邏輯</p><p>　　該部分的功能是實現(xiàn)8選1操作，通道選擇信號C、B、A與所選通道的關(guān)系如下：</p><p>　　地址鎖存允許信號（ALE、正脈沖）用于通道選擇信號C、B、A的鎖存。加至C、B、A上的通道選擇信

25、號在ALE的作用下送入通道選擇邏輯后，通道i上的模擬輸入被送至A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。</p><p>　　2）8位A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　圖3 ADC0809引腳圖</p><p>　　為模擬信號的8個輸入通道。、為基準(zhǔn)電壓的正極和負(fù)極。、和為模擬信號輸入通道的地址選擇線。</p><p>　　為地址鎖存信號，由低電平到高電平正跳變時講

26、地址選擇線的狀態(tài)鎖存，一選通相應(yīng)的輸入通道。</p><p>　　為啟動信號，正脈沖的上升沿使內(nèi)部寄存器清零，從下降沿開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，在信號之后變低，轉(zhuǎn)換結(jié)束為高電平，用來申請中斷。</p><p>　　為輸出允許信號，有效時將輸出寄存器中的數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上。</p><p>　　為數(shù)碼輸出端，為最

27、低有效位，為最高有效位。</p><p>　　4.2 DAC0832芯片功能</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換器的功能是把二進(jìn)制數(shù)字量電信號轉(zhuǎn)換為與其數(shù)值成正比的模擬量電信號。常用D/A轉(zhuǎn)換器為DAC0832芯片。DAC0832工作在單緩沖寄存器方式，即當(dāng)信號來時，～數(shù)據(jù)線送來的數(shù)據(jù)直通進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，當(dāng)變高時，則此數(shù)據(jù)便被鎖存在寄存器中，因此D/A轉(zhuǎn)換的輸出也保持不變。DAC0832講輸入

28、的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成差動的電流輸出（和），為了將其編程電壓輸出，必須經(jīng)過運算放大器，使其輸出（為-5V）或（為-10V），若要形成負(fù)電壓輸出，則需接正的基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　DAC0832是雙列直插式8位D/A轉(zhuǎn)換器。能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換。圖4為DAC0832的引腳圖。其主要參數(shù)如下：分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時間為1μs，滿量程誤差為±1LSB，參考電壓為(+10/span>-

29、10)V，供電電源為(+5～+15)V，邏輯電平輸入與TTL兼容。在DAC0832中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號為ILE，第二級鎖存器稱為DAC寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號。 </p><p>　　圖4 DAC0832引腳圖 當(dāng)ILE為高電平，片選信號 和寫信號 為低電平時，輸入寄存器控制信號為1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。此后，當(dāng)由低電平變高時，

30、控制信號成為低電平，此時，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，這樣輸入寄存器的輸出端不再隨外部數(shù)據(jù)DB的變化而變化。 對第二級鎖存來說，傳送控制信號和寫信號同時為低電平時，二級鎖存控制信號為高電平，8位的DAC寄存器的輸出隨輸入而變化，此后，當(dāng)由低電平變高時，控制信號變?yōu)榈碗娖?，于是將輸入寄存器的信息鎖存到DAC寄存器中。 其余各引腳的功能定義如下： DI7～DI0：8位的數(shù)據(jù)輸入端，DI7為最高位。 IO

31、UT1：模擬電流輸出端1，當(dāng)DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為1時，輸出電流最大，當(dāng) DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為0時，輸出電流為0。 IOUT2：模擬電流輸出端2,IOUT2與IOUT1的和為一個常數(shù)。</p><p>　　RFB：反饋電阻引出端，DAC0832內(nèi)部已有反饋電阻，所以 RFB端可以直接接到外部運算放大器的輸出端,相當(dāng)于將一個反饋電阻接在運算放大器的輸出端和輸入端之間。 VREF ：參考電壓輸入端

32、，此端可接一個正電壓，也可接一個負(fù)電壓，它決定0至255的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來的模擬量電壓值的幅度，VREF范圍為。VREF端與D/A內(nèi)部T形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。 VCC：芯片供電電壓，范圍為。 GND ：模擬量地/數(shù)字量地，即模擬/數(shù)字電路接地端。</p><p>　　4.3 AT89C51單片機(jī)</p><p>　　AT89C51提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)：4K字節(jié)閃爍存儲器，128字

33、節(jié)隨機(jī)存儲器，32個I/O口，2個16位定時/計數(shù)器，1個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，1個串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時鐘電路。另外，AT89C51還可以進(jìn)行0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。</p><p>　　8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，但封裝之后，只有引腳是面向用戶的，所以使用者需要熟悉各引腳的用途。常用的8051芯片是用雙列直插40腳封裝。</p><p><b>

34、;　?。汗╇婋妷?。 　　</b></p><p><b>　?。航拥亍?　　</b></p><p>　?。篜0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸

35、出原碼，此時P0外部必須被拉高。 　　</p><p>　?。篜1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 　　</p><p>　?。篜2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口

36、緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 　　<

37、;/p><p>　?。篜3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 　　</p><p>　?。簭?fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RS

38、T腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 　　</p><p>　?。寒?dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6，可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的?！?lt;/p><p>　　：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次有效。但在

39、訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。 　　</p><p>　?。寒?dāng)保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 　　</p><p>　?。悍聪蛘袷幏糯笃鞯妮斎爰皟?nèi)部時鐘工作電路的輸入。

40、 　　</p><p>　?。簛碜苑聪蛘袷幤鞯妮敵?。 　　</p><p>　　4.4 系統(tǒng)濾波原理</p><p>　　一般微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的模擬輸入信號中，均含有種種噪音和干擾，它們來自信號源本身、傳感器、外界干擾等。噪音有兩大類：一類為周期性的，另一類為不規(guī)則的。前者可采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，有效地消除其影響。后者為隨機(jī)信號，可用數(shù)字濾波方法予以消除。</p

41、><p>　　算術(shù)平均值法式要按輸入的N個采樣為周期（i=1～N），尋找這樣一個y，使y與各采樣值間的偏差的平方和為最小，使</p><p>　　由一元函數(shù)求值原理可得</p><p><b>　　5 系統(tǒng)仿真</b></p><p><b>　　被控對象為：</b></p><p&

42、gt;　　采用simulink仿真，通過simulink模塊實現(xiàn)積分分離PID控制算法。</p><p>　　選擇合適的Kp，Ki，Kd是系統(tǒng)的仿真效果趨于理想狀態(tài)。MATLAB編寫程序如下：</p><p>　　clear all;</p><p>　　close all;</p><p>　　ts=2;

43、 %采樣時間2s</p><p>　　sys=tf([1],[40,1,0]);</p><p>　　dsys=c2d(sys,ts,'zoh'); %將sys離散化</p><p>　　[num,den]=tfdata(dsys,'v'); %求sys多項式模型參數(shù)</p><p>&l

44、t;b>　　kp=10;</b></p><p><b>　　ki=0.25;</b></p><p><b>　　kd=5;</b></p><p>　　Simulink仿真圖如下：</p><p>　　圖6 Simulink仿真圖</p><p><

45、;b>　　附錄1：源程序代碼</b></p><p>　　START：MOV 68H,KP ；分別將KP ，TI ，TD， T，β送入指定的存儲單元</p><p>　　MOV 54H,TI</p><p>　　MOV 55H,TD</p><p><b>　　MOV 56H,T</

46、b></p><p><b>　　MOV 57H,β</b></p><p>　　MOV A,68H ；計算KI=KP*T/TI</p><p><b>　　MOV B,56H</b></p><p><b>　　MUL AB</b></

47、p><p><b>　　MOV B,54H</b></p><p><b>　　DIV AB</b></p><p><b>　　MOV 69H,A</b></p><p>　　MOV A,68H ；計算KD=KP*TD/T</p><

48、;p><b>　　MOV B,55H</b></p><p><b>　　MUL AB</b></p><p><b>　　MOV B,56H</b></p><p><b>　　DIV AB</b></p><p><b>　　MOV 6

49、AH,A</b></p><p>　　LOOP0: MOV DPTR #7FF0H ；讀取預(yù)定溫度值，送ADC0809的IN0口地址</p><p>　　MOV @DPTR,A ；啟動A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　LOOP1 JB P3.3,LOOP1 ；等待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)</p><

50、p>　　MOVX A,@DPTR ；讀取ADC0809的IN0口轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)</p><p>　　MOV 5CH,A ；將預(yù)定值數(shù)據(jù)放入指定的存儲單元</p><p>　　MOV DPTR,#7FF1H ；讀取采樣溫度值，送ADC0809的IN1口地址</p><p>　　MOVX @DPTR,A

51、 ；啟動A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　LOOP2: JB P3.3,LOOP2 ；等待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)</p><p>　　MOVX A,@DPTR ；讀取ADC0809的IN1口轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)</p><p>　　MOV 49H,A ；將采樣值數(shù)據(jù)放入指定的存儲單元</p><

52、p>　　MOV A,5CH ；計算ei，先取溫度給定值</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　SUBB A,50H ；溫度給定值-采樣值</p><p>　　JNC AA0 ；判斷ei的正負(fù)，如果為正，跳至AA0</p&

53、gt;<p>　　CPL A ；ei為負(fù)，下兩條指令求補</p><p>　　ADD A,#01H</p><p>　　AA0: MOV R0,57H</p><p>　　SUBB A,57H ；|ei|-β</p><p>　　JNC AA1

54、 ；|ei|>β跳至AA1</p><p>　　SJMP AA2 ；|ei|<β跳至AA2</p><p>　　AA1: LCALL PD ；調(diào)用PD算法</p><p>　　AA2: LCALL PID ；調(diào)用PID算法</p&

55、gt;<p>　　MOV A,7CH ；將△Ui通過DAC0832輸出</p><p>　　MOV DPTR,#7FF2H</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p><b>　　INC DPTR</b></p><p>　　MOVX @DPTR,A<

56、/p><p>　　LCALL DELAY ；調(diào)用延時子程序，等待下一次采樣計算</p><p>　　SJMP LOOP0 ；進(jìn)入下一次控制計算</p><p>　　DELAY PROC NEAR</p><p>　　DL0: MOV R6,#FFH</p><p>　　

57、DL1: MOV R7,#FFH</p><p>　　DL2: MOV R5,#FFH</p><p>　　DLS: DJNZ R5,DLS</p><p>　　DJNZ R7,DL2</p><p>　　DJNZ R6 DL1</p><p><b>　　RET</b></p>

58、<p>　　DELAY ENDP</p><p>　　PID PROC NEAR</p><p>　　PID:MOV A,5CH ；計算ei，先取溫度給定值</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　SUBB A,50H

59、 ；溫度給定值-溫度檢測值</p><p>　　JNC PID1 ；判斷ei正負(fù)，如果為正，跳至PID1</p><p>　　CPL A ；ei為負(fù)，下兩條指令求補</p><p>　　ADD A,#01H</p><p>　　

60、SETB 30H ；ei為負(fù)，符號位置1</p><p><b>　　SJMP PID2</b></p><p>　　PID1:CLR 30H ；ei為正，符號位置0</p><p>　　PID2:MOV 6BH,A

61、 ；ei值存放在6BH單位元中</p><p>　　MOV R1,6BH ；計算ei-ei-1，先將ei值，送R1</p><p>　　MOV C,30H ；將ei的符號位值送20H位</p><p><b>　　MOV 20H,C</b></p>

62、<p>　　MOV R2,6CH ；將ei-1值送R2</p><p>　　MOV C,31H ；將 ei-1的符號位值送21H位</p><p><b>　　MOV 21H,C</b></p><p>　　LCALL DJF

63、 ；調(diào)用單字節(jié)帶符號的減法子程序</p><p>　　MOV 6EH,R3 ；將差值ei-ei-1送6EH單元</p><p>　　MOV C,22H ；將差值ei-ei-1的符號位送33H位</p><p><b>　　MOV 33H,C</b&g

64、t;</p><p>　　MOV R1,6CH ；計算ei-1-ei-2，先將ei-1值送R1</p><p>　　MOV C,31H ；將ei-1符號位送20H位</p><p><b>　　MOV 20H,C</b></p><p>

65、　　MOV R2,6DH ；將ei-2的值送R2</p><p>　　MOV C,32H ；將 ei-2的符號位值送21H位</p><p><b>　　MOV 21H,C</b></p><p>　　LCALL DJF

66、 ；調(diào)用單字節(jié)帶符號的減法子程序</p><p>　　MOV 6FH,R3 ；將差值ei-1-ei-2送6FH單元</p><p>　　MOV C,22H ；將差值ei-1-ei-2的符號位送34H位</p><p><b>　　MOV 34H,C</b>

67、</p><p>　　MOV R1,6EH ；計算（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2），將ei-ei-1值送R1</p><p>　　MOV C,33H ；將ei-ei-1符號位送20H位</p><p><b>　　MOV 20H,C</b><

68、/p><p>　　MOV R2,6FH ；將ei-1-ei-2值送R2</p><p>　　MOV C,34H ；將ei-1-ei-2符號位送21H位</p><p><b>　　MOV 21H,C</b></p><p>　　LCAL

69、L DJF ；調(diào)用單字節(jié)帶符號的減法子程序</p><p>　　MOV 70H,R3 ；將差值（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）送70H單元</p><p>　　MOV C,22H ；將差值（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）的符號位值送3

70、5H位</p><p><b>　　MOV 35H,C</b></p><p>　　MOV A,68H ；計算Kp*（ei-ei-1），將Kp值送A</p><p>　　MOV B,6EH ；將ei-ei-1值送B</p><p&g

71、t;　　MUL AB ；兩數(shù)相乘</p><p>　　MOV 71H,B ；Kp*（ei-ei-1）值存71H，72H單元</p><p><b>　　MOV 72H.A</b></p><p>　　MOV A,69H

72、 ；計算KI*ei，將KI值送A</p><p>　　MOV B,6BH ；將ei值送B</p><p>　　MUL AB ；兩數(shù)相乘</p><p>　　MOV 73H,B ；KI*ei值存73H，

73、74H單元</p><p><b>　　MOV 74H,A</b></p><p>　　MOV A,6AH ；計算KD*[（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）]，將KD送A</p><p>　　MOV B,70H ；將（ei-ei-1）-（ei-

74、1-ei-2）值送B</p><p>　　MUL AB ；兩數(shù)相乘</p><p>　　MOV 75H,B ；KD*[（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）]值存75H，76H單元</p><p><b>　　MOV 76H,A</b><

75、;/p><p>　　MOV R1,71H ；計算Kp*（ei-ei-1）+KI*ei，將Kp*（ei-ei-1）值送R1，R2</p><p>　　MOV R2,72H</p><p>　　MOV C,33H ；將Kp*（ei-ei-1）的符號位值送23H位</p>

76、;<p><b>　　MOV 23H,C</b></p><p>　　MOV R3,73H ；將KI*ei值送R3，R4</p><p>　　MOV R4,74H </p><p>　　MOV C,30H ；將KI*ei值的符號位懂2

77、4H位</p><p><b>　　MOV 24H,C</b></p><p>　　LCALL SJF ；調(diào)用雙字節(jié)帶符號加法子程序</p><p>　　MOV 77H,R5 ；將Kp*（ei-ei-1）+KI*ei值送77H，78H</p>

78、<p>　　MOV 78H,R6</p><p>　　MOV C,25H ；將Kp*（ei-ei-1）+KI*ei值的符號位送36H位</p><p><b>　　MOV 36H,C</b></p><p>　　MOV R1,77H ；計算△Ui，將將

79、Kp*（ei-ei-1）+KI*ei值送R1，R2</p><p>　　MOV R2,78H </p><p>　　MOV C,36H ；將Kp*（ei-ei-1）+KI*ei值的符號位送23H位</p><p><b>　　MOV 23H,C</b></p><p>　　MOV

80、 R3,75H ；將KD*[（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）]的值送R3，R4</p><p>　　MOV R4,76H</p><p>　　MOV C,35H ；將KD*[（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）]的符號位送23H位</p><p><b>　　

81、MOV 24H,C</b></p><p>　　LCALL SJF ；調(diào)用雙字節(jié)帶符號加法子程序</p><p>　　MOV 79H,R5 ；將△Ui值送79H，7AH</p><p>　　MOV 7AH,R6</p><p>　　MOV C,25

82、H ；將△Ui值的符號位送37H</p><p><b>　　MOV 37H,C</b></p><p>　　MOV R1,7DH ；計算Ui，將Ui-1值送R1，R2</p><p>　　MOV R2,7EH</p><p>　　CLR

83、23H ；Ui-1值的符號位值恒為0</p><p>　　MOV R3,79H ；將△Ui值送R3，R4</p><p>　　MOV R4,7AH</p><p>　　MOV C,37H ；將△Ui值的符號位送24H</p>

84、;<p><b>　　MOV 24H,C</b></p><p>　　LCALL SJF ；調(diào)用雙字節(jié)帶符號加法子程序</p><p>　　JNB 25H,PID3 ；判斷計算結(jié)果是否為負(fù)</p><p>　　MOV 7BH,#00H

85、 ；如果是負(fù)數(shù)，則輸出電壓為0</p><p>　　MOV 7CH,#00H</p><p><b>　　SJMP PID4</b></p><p>　　PID3:MOV 7BH,R5 ；否則，將計算得到的Ui值置7BH，7CH</p><p>　　MOV 7

86、CH,R6</p><p>　　PID4:MOV 6DH,6CH ；數(shù)據(jù)迭代，ei-1值送ei-2存儲單元</p><p>　　MOV 6CH,6BH ；ei值送ei-1存儲單元</p><p>　　MOV 7DH,7BH ；Ui值送Ui-1存儲單元<

87、;/p><p>　　MOV 7EH,7CH</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　PID ENDP</b></p><p>　　PD PROC NEAR</p><p>　　PD:MOV A,5CH ；

88、計算ei，先取溫度給定值</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　SUBB A,50H ；溫度給定值-溫度檢測值</p><p>　　JNC PD1 ；判斷ei正負(fù)，如果為正，跳至PID1</p><p>

89、;　　CPL A ；ei為負(fù)，下兩條指令求補</p><p>　　ADD A,#01H</p><p>　　SETB 30H ；ei為負(fù)，符號位置1</p><p><b>　　SJMP PD2</b></p><p>　

90、　PD1:CLR 30H ；ei為正，符號位置0</p><p>　　PD2:MOV 6BH,A ；ei值存放在6BH單位元中</p><p>　　MOV R1,6BH ；計算ei-ei-1，先將ei值，送R1</p><p>　　MOV

91、 C,30H ；將ei的符號位值送20H位</p><p>　　MOV 20H,C；</p><p>　　MOV R2,6CH ；將ei-1值送R2</p><p>　　MOV C,31H ；將 ei-1的符號位值送21H位</p>

92、;<p><b>　　MOV 21H,C</b></p><p>　　LCALL DJF ；調(diào)用單字節(jié)帶符號的減法子程序</p><p>　　MOV 6EH,R3 ；將差值ei-ei-1送6EH單元</p><p>　　MOV C,22H

93、 ；將差值ei-ei-1的符號位送33H位</p><p><b>　　MOV 33H,C</b></p><p>　　MOV R1,6CH ；計算ei-1-ei-2，先將ei-1值送R1</p><p>　　MOV C,31H

94、 ；將ei-1符號位送20H位</p><p><b>　　MOV 20H,C</b></p><p>　　MOV R2,6DH ；將ei-2的值送R2</p><p>　　MOV C,32H ；將 ei-2的符號位值送21H位</p>&l

95、t;p><b>　　MOV 21H,C</b></p><p>　　LCALL DJF ；調(diào)用單字節(jié)帶符號的減法子程序</p><p>　　MOV 6FH,R3 ；將差值ei-1-ei-2送6FH單元</p><p>　　MOV C,22H

96、 ；將差值ei-1-ei-2的符號位送34H位</p><p><b>　　MOV 34H,C</b></p><p>　　MOV R1,6EH ；計算（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2），將ei-ei-1值送R1</p><p>　　MOV C,33H

97、 ；將ei-ei-1符號位送20H位</p><p><b>　　MOV 20H,C</b></p><p>　　MOV R2,6FH ；將ei-1-ei-2值送R2</p><p>　　MOV C,34H ；將ei-

98、1-ei-2符號位送21H位</p><p><b>　　MOV 21H,C</b></p><p>　　LCALL DJF ；調(diào)用單字節(jié)帶符號的減法子程序</p><p>　　MOV 70H,R3 ；將差值（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）送70

99、H單元</p><p>　　MOV C,22H ；將差值（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）的符號位值送35H位</p><p><b>　　MOV 35H,C</b></p><p>　　MOV A,68H ；計算Kp*（ei-ei-1），將Kp值送A&

100、lt;/p><p>　　MOV B,6EH ；將ei-ei-1值送B</p><p>　　MUL AB ；兩數(shù)相乘</p><p>　　MOV 71H,B ；Kp*（ei-ei-1）值存71H，72H單元</p><p>&l

101、t;b>　　MOV 72H.A</b></p><p>　　MOV A,6AH ；計算KD*[（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）]，將KD送A</p><p>　　MOV B,70H ；將（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）值送B</p><p>　　MUL

102、AB ；兩數(shù)相乘</p><p>　　MOV 75H,B ；KD*[（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）]值存75H，76H單元</p><p><b>　　MOV 76H,A</b></p><p>　　MOV R1,71H

103、 ；計算Kp*（ei-ei-1）+KI*ei，將Kp*（ei-ei-1）值送R1，R2</p><p>　　MOV R2,72H</p><p>　　MOV C,33H ；將Kp*（ei-ei-1）的符號位值送23H位</p><p><b>　　MOV 23H,C</b></p>

104、<p>　　MOV R3,75H ；將KD*[（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）]值送R3，R4</p><p>　　MOV R4,76H </p><p>　　MOV C,35H ；將KD*[（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）]值的符號位送24H位</p><p&

105、gt;<b>　　MOV 24H,C</b></p><p>　　LCALL SJF ；調(diào)用雙字節(jié)帶符號加法子程序</p><p>　　MOV 79H,R5 ；將△Ui值送79H，7AH</p><p>　　MOV 7AH,R6</p><

106、p>　　MOV C,25H ；將△Ui值的符號位送37H</p><p><b>　　MOV 37H,C</b></p><p>　　MOV R1,7DH ；計算Ui，將Ui-1值送R1，R2</p><p>　　MOV R2,7EH</p>

107、<p>　　CLR 23H ；Ui-1值的符號位值恒為0</p><p>　　MOV R3,79H ；將△Ui值送R3，R4</p><p>　　MOV R4,7AH</p><p>　　MOV C,37H ；將△

108、Ui值的符號位送24H</p><p><b>　　MOV 24H,C</b></p><p>　　LCALL SJF ；調(diào)用雙字節(jié)帶符號加法子程序</p><p>　　JNB 25H,PD3 ；判斷計算結(jié)果是否為負(fù)</p><p&g

109、t;　　MOV 7BH,#00H ；如果是負(fù)數(shù)，則輸出電壓為0</p><p>　　MOV 7CH,#00H</p><p><b>　　SJMP PID4</b></p><p>　　PD3:MOV 7BH,R5 ；否則，將計算得到的Ui值置7BH，7CH<

110、/p><p>　　MOV 7CH,R6</p><p>　　PD4:MOV 6DH,6CH ；數(shù)據(jù)迭代，ei-1值送ei-2存儲單元</p><p>　　MOV 6CH,6BH ；ei值送ei-1存儲單元</p><p>　　MOV 7DH,7BH

111、 ；Ui值送Ui-1存儲單元</p><p>　　MOV 7EH,7CH</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　PD ENDP</b></p><p>　　DJF PROC NEAR</p><p>　　DFJ:JB 20H,D

112、FJ4 ；判斷被減數(shù)正負(fù)，如果為正，跳至DJF4</p><p>　　JB 21H,DFJ2 ；被減數(shù)為正，在判斷減數(shù)的正負(fù)</p><p>　　CLR C ；兩數(shù)均為正，被減數(shù)減去減數(shù)</p><p><b>　　MOV A,R

113、1</b></p><p><b>　　SUBB A,R2</b></p><p><b>　　MOV R3,A</b></p><p>　　JC DFJ1 ；如不夠減，跳至DJF1，求補</p><p>　　CLR 22H

114、 ；夠減，差為正，符號位置0</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DJF1:MOV A,R3 ；求補</p><p><b>　　CPL A</b></p><p>　　ADD A,#01H</

115、p><p><b>　　MOV R3,A</b></p><p>　　SETB 22H ；差為負(fù)，符號位置1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DJF2:MOV A,R1 ；被減數(shù)為正，減數(shù)

116、為負(fù)，兩數(shù)的絕對值相加</p><p><b>　　ADD A,R2</b></p><p><b>　　MOV R3,A</b></p><p><b>　　JNC DFJ3</b></p><p>　　MOV R3,#0FFH ；如果超過

117、FFH,則設(shè)為FFH</p><p>　　DJF3:CLR 22H ；差為正，符號位置0</p><p><b>　　RET </b></p><p>　　DJF4:JB 21H,DJF6 ；被減數(shù)為負(fù)，再判斷減數(shù)正負(fù)</p><p>

118、　　MOV A,R1 ；被減數(shù)為負(fù)，減數(shù)為正，兩數(shù)絕對值相加</p><p><b>　　ADD A,R2</b></p><p><b>　　MOV R3,A</b></p><p><b>　　JNC DJF5</b></p><p&

119、gt;　　MOV R3,#0FFH ；如果超過FFH,則設(shè)為FFH</p><p>　　DJF5:SETB 22H ；差為負(fù)，符號位置1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DJF6:CLR C