基于PID算法和89C52單片機的溫度控制系統(tǒng)

1、基于pid算法和89c52單片機的溫度控制系統(tǒng)溫控技術無論是在工業(yè)生產(chǎn)，還是日常生活中都起著十分重要的作用。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，在一般家庭里熱水器、電飯煲、電烤箱等依靠于溫控技術的家電設備也是必不行少?？梢哉f溫度控制技術無處不在。常規(guī)的溫度控制辦法以設定溫度為臨界點，超出設定允許范圍即舉行溫度調控：低于設定值就加熱，反之就停止或降溫。這種辦法實現(xiàn)容易、成本低，但控制效果不抱負，控制溫度精度不高、簡單引起震蕩，達到穩(wěn)定點的時光也長，因此，只能用在精度要求不高的場合。而采納pid算法舉行溫度控制，它具有控制精度高，能夠克服容量滯后的特點，

2、特殊適用于負荷變幻大、容量滯后較大、控制品質要求又很高的控制系統(tǒng)。作為控制系統(tǒng)中必不行少的部分，在各個領域得到了廣泛的應用，用單片機舉行實時系統(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)采納單片機編程實現(xiàn)pid算法舉行溫度控制。1 pid控制的原理和特點在工程實際中，應用最為廣泛的調整器控制邏輯為比例、積分、微分控制，簡稱pid控制，又稱pid調整。pid控制器以其結構容易、穩(wěn)定性好、工作牢靠、調節(jié)便利而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數(shù)不能徹低把握，或得不到精確的數(shù)學模型，控制理論的其他技術也難以采納，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必

3、需依賴閱歷和現(xiàn)場調試來確定時，應用pid控制技術最為便利。pid控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的核心內容。它是按照被控過程的特性確定pid控制器的比例系數(shù)、積分時問和微分時光的大小。pid控制器參數(shù)整定的辦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)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種辦法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以挺直用，還必需通過工程實際舉行調節(jié)和修改。二是工程整定辦法，它主要依靠工程閱歷，挺直在控制系統(tǒng)的實驗中舉行，且辦法容易、易于把握，在工程實際中被廣泛采納。pid普通算式及模擬控制邏輯如式(1)所示：式中：u(t)為控制器的輸出；e(t)為偏差，即設定值與反饋值之差；

4、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為控制器的微分時光常數(shù)。pid算法的原理即調整kc，ti，td三個參數(shù)使系統(tǒng)達到穩(wěn)定。因為計算機控制是一種采樣控制，它只能按照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，必需首先對式(1)舉行離散化處理，用數(shù)字形式的差分方程代替延續(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表達式：式中：t=t為采樣周期，必需使t足夠小，才干保證系統(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次采樣是調整器

5、的輸出。2 系統(tǒng)的硬件構成本系統(tǒng)由ad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實現(xiàn)，人機交互由矩陣鍵盤和液晶屏構成，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控制電路組成。系統(tǒng)框圖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囫圇流程控制，其暗示圖2所示。程序功能主要由以下的幾部分組成：(1)初始化：設定各參數(shù)的初始值，設定各中斷及定時器。(2)接收放射：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

6、接口rs 232的銜接及通信的控制。(4)數(shù)值轉換子程序：因為主程序中用到了無數(shù)的數(shù)值轉換及數(shù)值的運算(如十進制轉換成十六進制、雙字節(jié)與單字節(jié)的除法運算等)，為了程序調用的便利，特將其編寫成子程序的形式。(5)pid算法。4 試驗測試系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定度需要通過詳細試驗測試完成?，F(xiàn)用1 kw的電爐將電熱杯中的1 l清水舉行加熱。觀測設定值和實測值之間的誤差(當水溫達到穩(wěn)定時的值)，計算肯定誤差和相對誤差，見表1。設定溫度為50，每隔30 s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5 min時基本達到穩(wěn)定。5 結 語由試驗結果可以看出，系統(tǒng)的誤差基本穩(wěn)定在±03，可見系統(tǒng)的精度很好。此外，系統(tǒng)運行5 min時溫度基本達到穩(wěn)定，穩(wěn)定