中南大學(xué)微型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告三

裝訂線裝訂線PAGE14PAGE13裝訂線實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱積分分離法PID控制系專業(yè)班姓名學(xué)號(hào)授課老師預(yù)定時(shí)間實(shí)驗(yàn)時(shí)間實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)一、目的要求1．了解PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2．學(xué)習(xí)湊試法整定PID參數(shù)。3．掌握積分分離法PID控制規(guī)律二、原理簡(jiǎn)述圖3.2-1是一個(gè)典型的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖，其硬件電路原理及接線圖可設(shè)計(jì)如下，圖中畫“○”的線需用戶在實(shí)驗(yàn)中自行接好，對(duì)象需用戶在運(yùn)放單元搭接。上圖中，控制計(jì)算機(jī)的“OUT1”表示386EX內(nèi)部1＃定時(shí)器的輸出端，定時(shí)器輸出的方波周期＝定時(shí)器時(shí)常，“IRQ7”表示386EX內(nèi)部主片8259的7號(hào)中斷，用作采樣中斷，“DIN0”表示386EX的I/O管腳P1.0，在這里作為輸入管腳用來檢測(cè)信號(hào)是否同步。這里，系統(tǒng)誤差信號(hào)E通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元“IN7”端輸入，控制機(jī)的定時(shí)器作為基準(zhǔn)時(shí)鐘(初始化為10ms)，定時(shí)采集“IN7”端的信號(hào)，并通過采樣中斷讀入信號(hào)E的數(shù)字量，并進(jìn)行PID計(jì)算，得到相應(yīng)的控制量，再把控制量送到數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，由“OUT1”端輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)，來控制對(duì)象系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)中，采用位臵式PID算式。在一般的PID控制中，當(dāng)有較大的擾動(dòng)或大幅度改變給定值時(shí)，會(huì)有較大的誤差，以及系統(tǒng)有慣性和滯后，因此在積分項(xiàng)的作用下，往往會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)變大、過渡時(shí)間變長(zhǎng)。為此，可采用積分分離法PID控制算法，即：當(dāng)誤差e(k)較大時(shí)，取消積分作用；當(dāng)誤差e(k)較小時(shí)才將積分作用加入。圖10.2-3是積分分離法PID控制實(shí)驗(yàn)的參考程序流程圖。為了便于實(shí)驗(yàn)參數(shù)的調(diào)整，下面討論P(yáng)ID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響：(1)增大比例系數(shù)KP一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差。但過大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性變壞。(2)增大積分時(shí)間參數(shù)TI有利于消除靜差、減小超調(diào)、減小振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差的消除將隨之減慢。(3)增大微分時(shí)間參數(shù)TD有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)量減小，系統(tǒng)穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱，對(duì)擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)。在調(diào)整參數(shù)時(shí)，可以使用湊試法。參考以上參數(shù)對(duì)控制過程的影響趨勢(shì)，對(duì)參數(shù)實(shí)行“先比例，后積分，再微分”的步驟。(1)首先整定比例部分。將比例系數(shù)KP由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直到響應(yīng)曲線超調(diào)小、反應(yīng)快。如果系統(tǒng)沒有靜差，或者靜差小到允許的范圍內(nèi)，那么只需比例調(diào)節(jié)器即可。(2)如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足要求，則須加入積分作用。整定時(shí)首先臵積分時(shí)間TI為一較大值，并將第一步整定得到的比例系數(shù)KP縮小(如80％)，然后減小積分時(shí)間，使靜差得到消除。如果動(dòng)態(tài)性能(過渡時(shí)間短)也滿意，則需PI調(diào)節(jié)器即可。(3)若動(dòng)態(tài)性能不好，則需加入微分作用。整定時(shí)，使微分時(shí)間TD從0變大，并相應(yīng)的改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，逐步湊試，直到滿意結(jié)果。由于PID三個(gè)參數(shù)有互補(bǔ)作用，減小一個(gè)往往可由幾個(gè)增大來補(bǔ)償，因此參數(shù)的整定值不唯一，不同的參數(shù)組合完全有可能得到同樣的效果。三、儀器設(shè)備PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套或“TD-ACC+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套＋i386EX系統(tǒng)板一塊”。四、線路示圖五、內(nèi)容步驟1．編寫實(shí)驗(yàn)程序，檢查無誤后編譯、鏈接。2．按照實(shí)驗(yàn)線路圖3.2-2接線，檢查無誤后開啟設(shè)備電源。3．調(diào)節(jié)信號(hào)源中的電位器及撥動(dòng)開關(guān)，使信號(hào)源輸出幅值為2V，周期10S的方波。確定系統(tǒng)的采樣周期以及積分分離值。4．裝載程序，將全局變量TK(采樣周期)、EI(積分分離值)、KP(比例系數(shù))、TI(積分系數(shù))和TD(微分系數(shù))加入變量監(jiān)視，以便實(shí)驗(yàn)過程中觀察和修改。5．運(yùn)行程序，將積分分離值設(shè)為最大值7FH(相當(dāng)于沒有引入積分分離)，用示波器分別觀測(cè)輸入端R和輸出端C。6．如果系統(tǒng)性能不滿意，用湊試法修改PID參數(shù)，直到響應(yīng)曲線滿意，并記錄響應(yīng)曲線的超調(diào)量和過渡時(shí)間。7．修改積分分離值為20H，記錄此時(shí)響應(yīng)曲線的超調(diào)量和過渡時(shí)間，并和未引入積分分離值時(shí)的響應(yīng)曲線進(jìn)行比較。8．將6和7中的較滿意的響應(yīng)曲線分別保存，在畫板、PHOTOSHOP中處理后粘貼到WORD中，方便形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)程序如下：PUBLIC TKPUBLIC EIPUBLIC KPPUBLIC TIPUBLIC TDAD_ADDREQU 0600HDA1_ADDREQU 0640HDIN_ADDREQU0F860HSTACK1SEGMENT STACKDW256DUP(?)STACK1ENDSDATASEGMENTTKDB 05H ;采樣周期EIDB7FH ;積分分離值KPDW 8000H ;比例系數(shù)TIDW 0018H ;積分系數(shù)TDDW 0008H ;微分系數(shù)EKK_1 DW 0000H ;上一次偏差值EKBDB 00H ;當(dāng)前偏差值（字節(jié)）EKKDW0000H ;當(dāng)前偏差值（字）AEK DW 0000H ;偏差的變化量PEDEDW 0000H ;比例項(xiàng)（EK）和微分項(xiàng)的和IEDW 0000H ;積分項(xiàng)的值OUTPUTDW 0000H ;控制量DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATASTART:MOV AX,DATA MOV DS,AX PUSH DS XOR AX,AX MOV DS,AXMOV AX,OFFSETIRQ7;填寫7號(hào)中斷入口地址MOV SI,003CHMOV [SI],AXMOV AX,CSMOV SI,003EHMOV [SI],AXCLI POP DSCALL SYSINTI ;系統(tǒng)初始化MOV DX,0F043H ;初始化定時(shí)器1定時(shí)10msMOVAL,076HOUTDX,MOV DX,0F041HMOVAL,10H OUTDXMOV DX,0F041HMOVAL,27H OUTDX,IN AL,21H;開7號(hào)中斷AND AL,7FHOUT 21H,ALMOV DX,DA1_ADDR MOVAL,80H ;D/A輸出零OUTDX,ALMOV BL,01HAGAIN:STIHLTJMP AGAINIRQ7:MOV DX,DIN_ADDR ;判同步信號(hào)到否 IN AL,DX AND AL,01H JZ PID MOV DX,DA1_ADDR MOVAL,80H ;D/A輸出零OUTDX,MOV AX,0000H ;變量清零MOV EKBMOV EKK,AX MOV EKK_1,AX MOV AEK,AX MOV PEDE,AX MOV OUTPUT,AXMOV IE,AXMOV BL,01HJMP FINISHPID: DEC BL ;采樣周期到否 JNZ FINISH CALL CY ;PID程序 MOV AX,AEK MOV DX,TD CALL ML MOV CL,TK MOV CH,00H IDIV CX ;計(jì)算微分項(xiàng) ADD AX,EKKMOV PEDE,AX MOV AL,EKBMOVBL,00H ;判積分分離值SUBAL,BLJGL1NEGALJMPL1FINISH:MOVAL,20HOUT20H,ALIRETL1:SUBAL,EIJGDD6MOVDL,TK MOV DH,00HMOV AX,EKKCALL ML IDIV TI ADD AX,IE ;計(jì)算積分項(xiàng) MOV IE,AX MOV DX,AX TEST DH,80HJZDD1MOV AX,0F000HAND ALSBB DX,AXJGDD2MOV DX,0F000HJMPDD4DD1: MOVAX,0FFFHANDALSBBDX,AXJGDD3DD2: MOVDX,IEJMPDD5DD3: MOVDX,0FFFH DD4: MOVIE,DXDD5: MOVAX,PEDE ;計(jì)算比例項(xiàng)ADDAX,DXMOVDX,KP CALL MLCALLOUT_PUTMOVBL,TKJMPFINISHDD6: MOV DX,0000H JMP DD4;乘法子程序,;適用范圍：被乘數(shù)為符號(hào)數(shù)，乘數(shù)為無符號(hào)數(shù)，16位乘法;參數(shù)： 被乘數(shù)AX，乘數(shù)DX;返回值： 結(jié)果的高16位在DX中，低16位在AX中ML: CMP DX,7FFFH JA ML1IMUL DXRETML1: PUSH BXPUSH CXPUSH AXSUB DX,7FFFHIMUL DXMOV BX,DXMOV CX,AXPOP AXMOV DX,7FFFHIMUL DXADD AX,CXADC DX,BXPOP CXPOP BXRET;采樣子程序;功能： 從A/D讀取采樣值，并進(jìn)行變換，采樣值大于80H，表示0～－5V，采樣值小于80H,表示0～＋5V; 并計(jì)算偏差EK，和偏差變化量AEK，分別將其擴(kuò)大32倍，為了保證計(jì)算精度;返回值： 返回值存在相應(yīng)的變量中CY:MOV DX,AD_ADDR IN AL,DX ;采樣SUB AL,80HMOV EKB,AL ;計(jì)算EK MOV AH,00H MOV CL,08H SAL AX,CLMOV CL,03H SAR AX,CL MOV EKK,AX ;計(jì)算AEK SUB AX,EKK_1 MOV AEK,AX MOV AX,EKK MOV EKK_1,AXRET;控制量輸出子程序;功能： 控制量判溢出，放大8倍后輸出 OUT_PUT:MOV OUTPUT,DX ;控制量輸出值TEST DH,80H ;判溢出JZ L7MOV BX,0F000HSUB DX,BXJG L8MOV DX,0F000HJMP L9L7:MOV BX,0FFFHSUB DX,BXJG L10L8:MOV DX,OUTPUTJMP L11L10:MOV DX,0FFFHL9:MOV OUTPUT,DXL11:MOV CL,03HSHL DX,CLMOV AL,DHMOV DX,DA1_ADDR ;控制量輸出ADD AL,80HOUT DXL12:RET;系統(tǒng)初始化子程序;功能： 初始化IO,和CS0片選，管腳配置，中斷SYSINT