DOC《温度控制系统设计》

② 控制层调用PID算法,计算出控制量,同时提供人机交互;

③ 数模部分将控制量转换为模拟电压,送入温度控制部分. 最小系统板与外部数字电路部分(包括A/D、D/A、外部中断源信号等)的通信参照了微机原理与接口实验中的实验箱电路的连接方法.调用PID算法的中断采用的是内部定时器,可以简化外围电路. 1.4.2 温控箱设计 我们用实验室提供的材料自己设计制作了温度控制箱体.控温箱为正方体铝箱,在其中相对的两个内侧表面用导热硅胶粘贴了半导体致冷材料而成.为提高箱体绝热性能,在除了粘有半导体材料之外的其他内表面,都贴有保温塑料层,为加强密闭性,尽量减少控制箱腔内体积,又要露出全部的半导体制冷片,我们采用的是 工字形 方案,即:将填入铝箱的保温塑料层做成一个无接缝的整体,相对的半导体制冷片的两侧挖空,露出其全部面积,中间留有一个很小的腔体作为温度控制的空间(插入热敏电阻与标准表探头). 我们采用将箱体放入冷水中的方法解决温控箱的散热问题. 1.5 PID算法原理

1、基本PID算法 其中 Vo和V(t)都是八位二进制数,用一个字节存储.在上述公式中,存在差项,需要用补码来表示负数.所以必须用最高位作为符号位,Vo和V(t)用8位表示显然是不够的.处理方法是在Vo和V(t)前面补一个值为零的字节,以两字节来表示,运算的最终结果结果取8位有效位. 基本的PID算法,需要整定的系数是Kp(比例系数),Ki(积分系数),Kd(微分系数)三个.这三个参数对系统性能的影响如下: (1) 比例系数 Kp ① 对动态性能的影响 比例系数Kp加大,使系统的动作灵敏,速度加快,Kp偏大,振荡次数加多,调节时间加长.当Kp太大时,系统会趋于不稳定,若Kp太小,又会使系统的动作缓慢;

② 对稳态性能的影响 加大比例系数Kp,在系统稳定的情况下,可以减小静差,提高控制精度,但是加大Kp只是减少静差,不能完全消除. (2) 积分系数 Ki ① 对动态性能的影响 积分系数Ki通常使系统的稳定性下降.Ki太大,系统将不稳定;

Ki偏大,振荡次数较多;

Ki太小,对系统性能的影响减少;

而当Ki合适时,过渡特性比较理想;

② 对稳态性能的影响 积分系数能消除系统的静差,提高控制系统的控制精度.但是若Ki太小时,积分作用太弱,以致不能减小静差. (3) 微分系数 Kd 微分控制可以改善动态特性,如超调量减少,调节时间缩短,允许加大比例控制,使静差减小,提高控制精度.但当Kd偏大或偏小时,超调量较大,调节时间较长,只有合适的时候,才可以得到比较满意的过渡过程. 对系数实行 先比例,后积分,再微分 的整定步骤. (1) 首先只整定比例部分.即将比例系数由小到大,并观察相应的系统响应,直到得到反应快,超调小的响应. (2) 加入积分环节.整定时首先置积分系数Ki一个较小的值,并将第(1)步中整定的比例系数略为缩小(例如缩小为原值的0.8倍),然后增大Ki,使在保持系统良好动态性能的情况下,静差得到消除.在此过程中,可根据响应的好坏反复改变比例系数与积分系数. (3) 若使用比例积分调节器消除了静差,但动态过程经反复调整仍不能满意,则可加入微分环节.在整定时,可先置微分系数为0,在第一步的基础上,增大Kd,同时相应地改变比例系数和积分时间.

2、时间最优的控制算法 采用上述PID控制算法存在一个问题:当设定值比当前值高很多时,在相当一段时间内,控制增量都为正,而且在不断的积累增大;