溫度控制的PID算法的C語言程序1

我的題目是：基于PID算法的溫度控制系統(tǒng)

89C51單片機，通過鍵盤輸入預(yù)設(shè)值，與DS18B20測得的實際值做比較，然后驅(qū)動制冷或加熱電路。用keilC語言來實現(xiàn)PID的控制。

最佳答案

//PID算法溫控C語言2008-08-1718:58

#include<reg51.h>

#include<intrins.h>

#include<math.h>

#include<string.h>

structPID{

unsignedintSetPoint;//設(shè)定目標(biāo)DesiredValue

unsignedintProportion;//比例常數(shù)ProportionalConst

unsignedintIntegral;//積分常數(shù)IntegralConst

unsignedintDerivative;//微分常數(shù)DerivativeConst

unsignedintLastError;//Error[-1]

unsignedintPrevError;//Error[-2]

unsignedintSumError;//SumsofErrors

};

structPIDspid;//PIDControlStructure

unsignedintrout;//PIDResponse(Output)

unsignedintrin;//PIDFeedback(Input)

sbitdata1=P1^0;

sbitclk=P1^1;

sbitplus=P2^0;

sbitsubs=P2^1;

sbitstop=P2^2;

sbitoutput=P3^4;

sbitDQ=P3^3;

unsignedcharflag,flag_1=0;

unsignedcharhigh_time,low_time,count=0;//占空比調(diào)節(jié)參數(shù)

unsignedcharset_temper=35;

unsignedchartemper;

unsignedchari;

unsignedcharj=0;

unsignedints;

/***********************************************************

延時子程序,延時時間以12M晶振為準(zhǔn),延時時間為30us×time

***********************************************************/

voiddelay(unsignedchartime)

{

unsignedcharm,n;

for(n=0;n<time;n++)

for(m=0;m<2;m++){}

}

/***********************************************************寫一位數(shù)據(jù)子程序

***********************************************************/voidwrite_bit(unsignedcharbitval)

{

EA=0;

DQ=0;/*拉低DQ以開始一個寫時序*/

if(bitval==1)

{

_nop_();

DQ=1;/*如要寫1，則將總線置高*/

}

delay(5);/*延時90us供DA18B20采樣*/

DQ=1;/*釋放DQ總線*/

_nop_();

_nop_();

EA=1;

}

/***********************************************************寫一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序

***********************************************************/voidwrite_byte(unsignedcharval)

{

unsignedchari;

unsignedchartemp;

EA=0;

TR0=0;

for(i=0;i<8;i++)/*寫一字節(jié)數(shù)據(jù)，一次寫一位*/{

temp=val>>i;/*移位操作，將本次要寫的位移到最低位*/temp=temp&1;

write_bit(temp);/*向總線寫該位*/

}

delay(7);/*延時120us后*/

//TR0=1;

EA=1;/*開中斷*/

}

/***********************************************************讀一位數(shù)據(jù)子程序/*關(guān)中斷*/

***********************************************************/

unsignedcharread_bit()

{

unsignedchari,value_bit;

EA=0;

DQ=0;/*拉低DQ，開始讀時序*/

_nop_();

_nop_();

DQ=1;/*釋放總線*/

for(i=0;i<2;i++){}

value_bit=DQ;

EA=1;

return(value_bit);

}

/***********************************************************

讀一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序

***********************************************************/

unsignedcharread_byte()

{

unsignedchari,value=0;

EA=0;

for(i=0;i<8;i++)

{

if(read_bit())/*讀一字節(jié)數(shù)據(jù)，一個時序中讀一次，并作移位處理*/value|=0x01<<i;

delay(4);/*延時80us以完成此次都時序，之后再讀下一數(shù)據(jù)*/}

EA=1;

return(value);

}

/***********************************************************

復(fù)位子程序

***********************************************************/

unsignedcharreset()

{

unsignedcharpresence;

EA=0;

DQ=0;/*拉低DQ總線開始復(fù)位*/

delay(30);/*保持低電平480us*/

DQ=1;/*釋放總線*/

delay(3);

presence=DQ;/*獲取應(yīng)答信號*/

delay(28);/*延時以完成整個時序*/

EA=1;

return(presence);/*返回應(yīng)答信號，有芯片應(yīng)答返回0,無芯片則返回1*/

}

/***********************************************************

獲取溫度子程序

***********************************************************/

voidget_temper()

{

unsignedchari,j;

do

{

i=reset();/*復(fù)位*/

}while(i!=0);/*1為無反饋信號*/

i=0xcc;/*發(fā)送設(shè)備定位命令*/

write_byte(i);

i=0x44;/*發(fā)送開始轉(zhuǎn)換命令*/

write_byte(i);

delay(180);/*延時*/

do

{

i=reset();/*復(fù)位*/

}while(i!=0);

i=0xcc;/*設(shè)備定位*/

write_byte(i);

i=0xbe;/*讀出緩沖區(qū)內(nèi)容*/

write_byte(i);

j=read_byte();

i=read_byte();

i=(i<<4)&0x7f;

s=(unsignedint)(j&0x0f);

s=(s*100)/16;

j=j>>4;

temper=i|j;/*獲取的溫度放在temper中*/

}

/*====================================================================================================

InitializePIDStructure

=====================================================================================================*/

voidPIDInit(structPID*pp)

{

memset(pp,0,sizeof(structPID));

}

/*====================================================================================================

PID計算部分

=====================================================================================================*/

unsignedintPIDCalc(structPID*pp,unsignedintNextPoint)

{

unsignedintdError,Error;

Error=pp->SetPoint-NextPoint;//偏差

pp->SumError+=Error;//積分

dError=pp->LastError-pp->PrevError;//當(dāng)前微分

pp->PrevError=pp->LastError;

pp->LastError=Error;

return(pp->Proportion*Error//比例

+pp->Integral*pp->SumError

+pp->Derivative*dError);//

}

/***********************************************************

溫度比較處理子程序

***********************************************************/

compare_temper()

{

unsignedchari;

if(set_temper>temper)

{

if(set_temper-temper>1)

{

high_time=100;

low_time=0;

}

else

{

for(i=0;i<10;i++)

{get_temper();

rin=s;//ReadInput

rout=PIDCalc(&spid,rin);//PerformPIDInteration

}

if(high_time<=100)

high_time=(unsignedchar)(rout/800);

else//積分項微分項

溫度控制的PID算法的C語言程序1.doc下載

high_time=100;

low_time=(100-high_time);

}

}

elseif(set_temper<=temper)

{

if(temper-set_temper>0)

{

high_time=0;

low_time=100;

}

else

{

for(i=0;i<10;i++)

{get_temper();

rin=s;//ReadInput

rout=PIDCalc(&spid,rin);//PerformPIDInteration}

if(high_time<100)

high_time=(unsignedchar)(rout/10000);

else

high_time=0;

low_time=(100-high_time);

}

}

//else

//{}

}

/*****************************************************

T0中斷服務(wù)子程序，用于控制電平的翻轉(zhuǎn),40us*100=4ms周期******************************************************/

voidserve_T0()interrupt1using1

{

if(++count<=(high_time))

output=1;

elseif(count<=100)

{

output=0;

}

else

count=0;

TH0=0x2f;

TL0=0xe0;

}

/*****************************************************串行口中斷服務(wù)程序，用于上位機通訊

******************************************************/voidserve_sio()interrupt4using2

{

/*EA=0;

RI=0;

i=SBUF;

if(i==2)

{

while(RI==0){}

RI=0;

set_temper=SBUF;

SBUF=0x02;

while(TI==0){}

TI=0;

}

elseif(i==3)

{

TI=0;

SBUF=temper;

while(TI==0){}

TI=0;

}

EA=1;*/

}

voiddisp_1(unsignedchardisp_num1[6]){

unsignedcharn,a,m;

for(n=0;n<6;n++)

{

//k=disp_num1[n];

for(a=0;a<8;a++)

{

clk=0;

m=(disp_num1[n]&1);

disp_num1[n]=disp_num1[n]>>1;

if(m==1)

data1=1;

else

data1=0;

_nop_();

clk=1;

_nop_();

}

}

}

/*****************************************************

顯示子程序

功能：將占空比溫度轉(zhuǎn)化為單個字符，顯示占空比和測得到的溫度

******************************************************/

voiddisplay()

{

unsignedcharcodenumber[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6};unsignedchardisp_num[6];

unsignedintk,k1;

k=high_time;

k=k%1000;

k1=k/100;

if(k1==0)

disp_num[0]=0;

else

disp_num[0]=0x60;

k=k%100;

disp_num[1]=number[k/10];

disp_num[2]=number[k%10];

k=temper;

k=k%100;

disp_num[3]=number[k/10];

disp_num[4]=number[k%10]+1;

disp_num[5]=number[s/10];

disp_1(disp_num);

}

/***********************************************************

主程序

***********************************************************/

main()

{

unsignedcharz;

unsignedchara,b,flag_2=1,count1=0;

unsignedcharphil[]={2,0xce,0x6e,0x60,0x1c,2};

TMOD=0x21;

TH0=0x2f;

TL0=0x40;

SCON=0x50;

PCON=0x00;

TH1=0xfd;

TL1=0xfd;

PS=1;

EA=1;

EX1=0;

ET0=1;

ES=1;

TR0=1;

TR1=1;

high_time=50;

low_time=50;

PIDInit(&spid);//InitializeStructure

spid.Proportion=10;//SetPIDCoefficientsspid.Integral=8;

spid.Derivative=6;

spid.SetPoint=100;//SetPIDSetpointwhile(1)

{

if(plus==0)

{

EA=0;

for(a=0;a<5;a++)

for(b=0;b<102;b++){}

if(plus==0)

{

set_temper++;

flag=0;

}

}

elseif(subs==0)

{

for(a=0;a<5;a++)

for(b=0;a<102;b++){}

if(subs==0)

{

set_temper--;

flag=0;

}

}

elseif(stop==0){

for(a=0;a<5;a++)for(b=0;b<102;b++){}if(stop==0){

flag=0;

break;

}

EA=1;

}

get_temper();b=temper;if(flag_2==1)a=b;

if((abs(a-b))>5)temper=a;else

temper=b;a=temper;flag_2=0;

if(++count1>30){

display();

count1=0;}

compare_temper();}

TR0=0;

z=1;

while(1)

{

EA=0;

if(stop==0){

for(a=0;a<5;a++)for(b=0;b<102;b++){}if(stop==0)disp_1(phil);//break;

}

EA=1;

}

}

//DS18b20子程序#include<REG52.H>sbitDQ=P2^1;

typedefunsignedchar

typedefunsignedintbyte;word;

//延時

voiddelay(worduseconds){

for(;useconds>0;useconds--);}

//復(fù)位

byteow_reset(void){

bytepresence;

DQ=0;

delay(29);

DQ=1;

delay(3);

presence=DQ;

delay(25);

return(presence);

}

byteread_byte(viod){

bytei;

bytevalue=0;

for(i=8;i>0;i--)

{

value>>=1;

DQ=0;

DQ=1;

delay(1);

if(DQ)value|=0x80;delay(6);

}

return(value);//0允許，1禁止//從1-wire總線上讀取一個字節(jié)//DQ低電平//480us//DQ高電平//等待//presence信號//定義端口

第11 / 39頁

}

//向1-wire總線上寫一個字節(jié)

voidwrite_byte(charval){

byte

{

DQ=0;

DQ=val&0x01;

delay(5);

DQ=1;

val=val/2;

}

delay(5);

}

//讀取溫度

charRead_Temperature(void){

union{

bytec[2];

intx;

}temp;

ow_reset();

write_byte(0xcc);

write_byte(0xBE);

temp.c[1]=read_byte();

temp.c[0]=read_byte();

ow_reset();

write_byte(0xCC);

write_byte(0x44);

return

}

參考資料：你把這兩個程序組合就可以了i;//一次寫一個字節(jié)for(i=8;i>0;i--)temp.x/2;

PID算法

PID算法是本程序中的核心部分。我們采用PID模糊控制技術(shù),通過Pvar、Ivar、Dvar（比例、積分、微分）三方面的結(jié)合調(diào)整形成

模糊控制來解決慣性溫度誤差問題。其原理如下：

本系統(tǒng)的溫度控制器的電熱元件之一是發(fā)熱絲。發(fā)熱絲通過電流加熱時，內(nèi)部溫度都很高。當(dāng)容器內(nèi)溫度升高至設(shè)定溫度時，溫度

器會發(fā)出信號停止加熱。但這時發(fā)熱絲的溫度會高于設(shè)定溫度，發(fā)熱絲還將會對被加熱的器件進(jìn)行加熱，即使溫度控制器發(fā)出信號停止加熱

加熱器件的溫度還往往繼續(xù)上升幾度，然后才開始下降。當(dāng)下降到設(shè)定溫度的下限時，溫度控制器又開始發(fā)出加熱的信號，開始加熱，但發(fā)

要把溫度傳遞到被加熱器件需要一定的時候，這就要視發(fā)熱絲與被加熱器件之間的介質(zhì)情況而定。通常開始重新加熱時，溫度繼續(xù)下降幾度

生一種慣性溫度誤差。

增量式PID算法的輸出量為

ΔUn=Kp[(en-en-1)+(T/Ti)en+(Td/T)(en-2*en-1+en-2)]以，傳統(tǒng)的定點開關(guān)控制溫度會有正負(fù)誤差幾度的現(xiàn)象，但這不是溫度控制器本身的問題，而是整個熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性問題，使溫度控制器控

式中，en、en-1、en-2分別為第n次、n-1次和n-2次的偏差值，Kp、Ti、Td分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，T為采樣周

計算機每隔固定時間T將現(xiàn)場溫度與用戶設(shè)定目標(biāo)溫度的差值帶入增量式PID算法公式，由公式輸出量決定PWM方波的占空比，后

偏差迅速減少；反之，二者的偏差小則占空比減小，加熱電路加熱功率減少，直至目標(biāo)值與實測值相等，達(dá)到自動控制的目的。

法，根據(jù)工藝對控制性能的要求，決定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。各個參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響如下：熱電路根據(jù)此PWM方波的占空比決定加熱功率�，F(xiàn)場溫度與目標(biāo)溫度的偏差大則占空比大，加熱電路的加熱功率大，使溫度的實測值與設(shè)定PID參數(shù)的選擇是實驗成敗的關(guān)鍵，它決定了溫度控制的準(zhǔn)確度。數(shù)字PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定可以仿照模擬PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的各

①比例系數(shù)P對系統(tǒng)性能的影響：比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減��；P偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間

P的符號選擇不當(dāng)對象測量值就會離控制目標(biāo)的設(shè)定值越來越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況P的符號就一定要取反。

控制精度。P太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定；P太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。P可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機構(gòu)、傳感器以及控制對象的特性決定的。②積分控制I對系統(tǒng)性能的影響：積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，I�。ǚe分作用強）會使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系

③微分控制D對系統(tǒng)性能的影響：微分作用可以改善動態(tài)特性，D偏大時，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時間較短；D偏小時，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時間

長；只有D合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時間。溫底控制PID的算法設(shè)計及實現(xiàn)

PID簡介

PID（ProportionalIntegralDerivative）控制是控制工程中技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的一種控制策略，經(jīng)過長期的工程實踐，已形成了一控制方法和典型的結(jié)構(gòu)。它不僅適用于數(shù)學(xué)模型已知的控制系統(tǒng)中，而且對于大多數(shù)數(shù)學(xué)模型難以確定的工業(yè)過程也可應(yīng)用，在眾多工業(yè)過取得了滿意的應(yīng)用效果。

PID工作基理：由于來自外界的各種擾動不斷產(chǎn)生，要想達(dá)到現(xiàn)場控制對象值保持恒定的目的，控制作用就必須不斷的進(jìn)行。若擾動出現(xiàn)控制對象值(以下簡稱被控參數(shù))發(fā)生變化，現(xiàn)場檢測元件就會將這種變化采集后經(jīng)變送器送至PID控制器的輸入端，并與其給定值(以下簡行比較得到偏差值(以下簡稱e值)，調(diào)節(jié)器按此偏差并以我們預(yù)先設(shè)定的整定參數(shù)控制規(guī)律發(fā)出控制信號，去改變調(diào)節(jié)器的開度，使調(diào)節(jié)器加或減少，從而使現(xiàn)場控制對象值發(fā)生改變，并趨向于給定值(SP值)，以達(dá)到控制目的，如圖1所示，其實PID的實質(zhì)就是對偏差（e例、積分、微分運算，根據(jù)運算結(jié)果控制執(zhí)行部件的過程。

模擬PID控制系統(tǒng)原理圖PID

控制器的控制規(guī)律可以描述為：

(1)

比例（P）控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是，比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。比例放大系數(shù)的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。控制的作用是：只要系統(tǒng)有誤差存在，積分控制器就不斷地積累，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，使系統(tǒng)誤差為零，從而消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。微分（D）控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩的穩(wěn)定性提高，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。根據(jù)不同的被控對象的控制特性，又可以分為PID等不同的控制模型。

ID的實現(xiàn)

在連續(xù)-時間控制系統(tǒng)（模擬PID控制系統(tǒng)）中，PID控制器應(yīng)用得非常廣泛。其設(shè)計技術(shù)成熟，長期以來形成了典型的結(jié)構(gòu)，參數(shù)整定更改靈活，能滿足一般的控制要求。隨著計算機的快速發(fā)展，人們將計算機引入到PID控制領(lǐng)域，也就出現(xiàn)了數(shù)字式PID控制。

由于計算機基于采樣控制理論，計算方法也不能沿襲傳統(tǒng)的模擬PID控制算法（如公式1所示），所以必須將控制模型離散化，離散化以

T為采樣周期，k為采樣序號，用求和的形式代替積分，用增量的形式（求差）代替微分，這樣可以將連續(xù)的PID

計算公式離散：(2)

就可以離散為：

(3)

：

(4)

這樣就可以讓計算機或者單片機通過采樣的方式實現(xiàn)PID控制，具體的PID控制又分為位置式PID控制和增量式PID控制，公式4給出

的全部大小，所以稱之為全量式或者位置式控制；如果計算機只對相鄰的兩次作計算，只考慮在前一次基礎(chǔ)上，計算機輸出量的大小變化，部輸出信息的計算，這種控制叫做增量式PID控制算法，其實質(zhì)就是求Δμ的大小，而Δμk=μk-μk-1；所以將式4

做自減變換有

(5)

控制PID算法設(shè)計

本設(shè)計利用了上面所介紹的位置式PID算法，將溫度傳感器采樣輸入作為當(dāng)前輸入，然后與設(shè)定值進(jìn)行相減得偏差ek，然后再對之進(jìn)行產(chǎn)生輸出結(jié)果fOut，然后讓fOut控制定時器的時間進(jìn)而控制加熱器。為了方便PID運算，首先建立一個PID的結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)類型，該數(shù)據(jù)類存PID運算所需要的P、I、D系數(shù)，以及設(shè)定值，歷史誤差的累加和等信息：

efstructPID

SetPoint;//設(shè)定目標(biāo)DesiredValue

Proportion;//比例系數(shù)ProportionalConst

Integral;//積分系數(shù)IntegralConst

Derivative;//微分系數(shù)DerivativeConst

astError;//上次偏差

umError;//歷史誤差累計值

;

tPID;//定義一個stPID變量

下面是PID運算的算法程序，通過PID運算返回fOut，fOut的值決定是否加熱，加熱時間是多少。

運算的C實現(xiàn)代碼：

PIDCalc(PID*pp,intNextPoint)

Error,Error;

第15 / 39頁

=pp->SetPoint*10-NextPoint;//偏差，設(shè)定值減去當(dāng)前采樣值

umError+=Error;//積分，歷史偏差累加

r=Error-pp->LastError;//當(dāng)前微分，偏差相減

revError=pp->LastError;//保存

astError=Error;

>Integral*pp->SumError//積分項

>Derivative*dError//微分項

在實際運算時，由于水具有很大的熱慣性，而且PID運算中的I（積分項）具有非常明顯的延遲效應(yīng)所以不能保留，我們必須把積分項去（微分項）則有很強的預(yù)見性，能夠加快反應(yīng)速度，抑制超調(diào)量，所以積分作用應(yīng)該適當(dāng)加強才能達(dá)到較佳的控制效果，系統(tǒng)最終選擇PD，下面C代碼所示為PD控制的實現(xiàn)過程：

PIDCalc(PID*pp,intNextPoint)

Error,Error;

=pp->SetPoint*10-NextPoint;//偏差，設(shè)定值減去當(dāng)前采樣值

r=Error-pp->LastError;//當(dāng)前微分，偏差相減

revError=pp->LastError;//保存

astError=Error;

n(pp->Proportion*Error//比例項

>Derivative*dError//微分項

控制實現(xiàn)

通過溫度的PID運算，產(chǎn)生結(jié)果fOut，該參數(shù)決定是否加熱，加熱時間是多長。該程序如下：

.Proportion=2;//設(shè)置PID比例值

.Integral=0;//設(shè)置PID積分值

.Derivative=5;//設(shè)置PID微分值

=PIDCalc(&stPID,(int)(fT*10));//PID計算

ut<=0)

A_Buffer&=0xff7f;//溫度高于設(shè)定值，關(guān)閉加熱器

A_Buffer|=0x0080;//溫度低于設(shè)定值，打開加熱器

加熱時間由主函數(shù)計算，由TimerB中斷控制。主程序中通過PIDCalc函數(shù)得到fOut參數(shù)，如果該參數(shù)大于“0”，則開啟加熱器。IR斷一直處于允許狀態(tài)，每進(jìn)入一次IRQ2_TMB中斷，fOut參數(shù)減1，直到fOut=0，停止加熱。如果PIDCalc計算結(jié)果比較大說明離目標(biāo)溫大，則加熱時間比較長，如果計算結(jié)果比較小，說明離目標(biāo)溫度相差較小，加熱時間相對較短。

基于PID算法和89C52單片機的溫度控

制系統(tǒng)

作者：張艷艷安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院來源：現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)布時間：2009-12-2217:36:09[收藏]

[]

基于PID算法和89C52單片機的溫度控制系統(tǒng)

0引言

溫控技術(shù)無論是在工業(yè)生產(chǎn)，還是日常生活中都起著非常重要的作用。在冶金、石油、化工、電力和現(xiàn)

代農(nóng)業(yè)等行業(yè)，溫度是極為重要而又普遍的熱工參數(shù)之一，在普通家庭里熱水器、電飯煲、電烤箱等依賴

于溫控技術(shù)的家電設(shè)備也是必不可少�？梢哉f溫度控制技術(shù)無處不在。

常規(guī)的溫度控制方法以設(shè)定溫度為臨界點，超出設(shè)定允許范圍即進(jìn)行溫度調(diào)控：低于設(shè)定值就加熱，反

之就停止或降溫。這種方法實現(xiàn)簡單、成本低，但控制效果不理想，控制溫度精度不高、容易引起震蕩，

達(dá)到穩(wěn)定點的時間也長，因此，只能用在精度要求不高的場合。

而采用PID算法進(jìn)行溫度控制，它具有控制精度高，能夠克服容量滯后的特點，特別適用于負(fù)荷變化大、

容量滯后較大、控制品質(zhì)要求又很高的控制系統(tǒng)。

單片機作為控制系統(tǒng)中必不可少的部分，在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，用單片機進(jìn)行實時系統(tǒng)數(shù)據(jù)處

理和控制，保證系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的控制精度，有利于提高系統(tǒng)的工作效率。本系統(tǒng)采用單

片機編程實現(xiàn)PID算法進(jìn)行溫度控制。

1PID控制的原理和特點

在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)

節(jié)。PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控

對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型，控制理論的其他技術(shù)也難以采用，系統(tǒng)控制

器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定時，應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。

PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系

數(shù)、積分時問和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。

它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接

用，還必須通過工程實際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的

試驗中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。

PID一般算式及模擬控制規(guī)律如式(1)

所示：

式中：u(t)為控制器的輸出；e(t)為偏差，即設(shè)定值與反饋值之差；KC為控制器的放大系數(shù)，即比例增益；TI為控制器的積分常數(shù)；TD為控制器的微分時間常數(shù)。PID算法的原理即調(diào)節(jié)KC，TI，TD三個參

數(shù)使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定。

由于計算機控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量。因此在計算機控制系統(tǒng)中，必須首先對式(1)進(jìn)行離散化處理，用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，此時積分項和微分項

可用求和及增量式表示：

將式(2)和式(3)代入式(1)，則可得到離散的PID

表達(dá)式：

式中：△t=T為采樣周期，必須使T足夠小，才能保證系統(tǒng)有一定的精度(采樣定理)；E(K)為第K次采

樣時的偏差值；E(K-1)為第K-1次采樣時的偏差值；P(K)為第K次采樣是調(diào)節(jié)器的輸出。

2系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

本系統(tǒng)由傳感器A／D采樣輸入、單片機控制、人機交互、控制信號輸出四部分組成，其中溫度傳感部分由測試采樣電路實現(xiàn)，人機交互由矩陣鍵盤和LCD液晶屏構(gòu)成，PID控制算法由89C52單片機實現(xiàn)，控

制信號輸出部分則由功率放大和開關(guān)控制電路組成。系統(tǒng)框圖如圖1

所示。

3主程序流程

軟件程序是本控制系統(tǒng)的核心，它包括從溫度采樣到信號輸出的整個流程控制，其示意圖如圖2

所示。

程序功能主要由以下的幾部分組成：

(1)初始化：設(shè)定各參數(shù)的初始值，設(shè)定各中斷及定時器。

(2)接收／發(fā)射：此部分程序主要完成數(shù)據(jù)的控制及顯示，主要通過89C52單片機的全雙工串行口完成和

鍵盤部分的雙向通信。

(3)PC機通信：此部分完成與微機控制接口RS232的連接及通信的控制。

(4)數(shù)值轉(zhuǎn)換子程序：由于主程序中用到了很多的數(shù)值轉(zhuǎn)換及數(shù)值的運算(如十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制、雙

字節(jié)與單字節(jié)的除法運算等)，為了程序調(diào)用的方便，特將其編寫成子程序的形式。

(5)PID算法。

4實驗測試

系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定度需要通過具體實驗測試完成。現(xiàn)用1kW的電爐將電熱杯中的1L清水進(jìn)行加熱。

觀測設(shè)定值和實測值之間的誤差(當(dāng)水溫達(dá)到穩(wěn)定時的值)，計算絕對誤差和相對誤差，見表1。

設(shè)定溫度為50℃，每隔30s記錄實測溫度，如表2

所示。

從表2中的數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)運行5min時基本達(dá)到穩(wěn)定。

5結(jié)語

由實驗結(jié)果可以看出，系統(tǒng)的誤差基本穩(wěn)定在±0．3℃，可見系統(tǒng)的精度很好。此外，系統(tǒng)運行5min時溫度基本達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定所需時間較短。可以看出，基于PID算法的單片機溫度控制系統(tǒng)具有較高的精確度和穩(wěn)定性，在溫度調(diào)節(jié)階段平衡溫度時間較短。因此本系統(tǒng)可以應(yīng)用于各種對精度要求較高的溫度控

制場合。

單片機高精度溫度控制實例

【摘要】本文介紹了以AT89S51單片機為核心的溫度控制器的設(shè)計,在該設(shè)計中采用高精度的溫度傳感器AD590對電熱鍋爐的溫度進(jìn)行實時精確測量,用超低溫漂移高精度運算放大器OP07將溫度-電壓信號進(jìn)行放大,再送入12位的AD574A進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換,從而實現(xiàn)自動檢測,實時顯示及越限報警�？刂撇糠植捎肞ID算法,實時更新PWM控制輸出參數(shù),控制可控硅的通斷時間,最終實現(xiàn)對爐溫的高精度控制。

【關(guān)鍵詞】水溫控制系統(tǒng)PID控制單片機

溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的過程控制,有些工藝過程對其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量,因而設(shè)計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的。

一系統(tǒng)設(shè)計方案的論證與比較

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