基于S3C44BOX芯片的單回路PlD控制器參數整定
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3 單回路控制器PID控制算法
比例積分微分控制，是過(guò)程控制中應用最廣泛的一種控制規律。實(shí)際運行經(jīng)驗及理論分析充分證明，這種控制規律用于多數被控對象能夠獲得較滿(mǎn)意的控制效果。因此，在計算機測控系統中廣泛地采用PID控制規律。
PID算法的離散化對被控對象的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的研究表明，由于絕大多數系統中存在儲能部件，使系統對外作用有一定的慣性，這種慣性可以用時(shí)間常數來(lái)表征。另外，在能量和信息傳輸時(shí)還會(huì )因管道、長(cháng)線(xiàn)等原因引入一些時(shí)間上的滯后。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)控制中，總是會(huì )存在外界的干擾和系統中各種參數的變化，它們將會(huì )使系統性能變差。為了改善系統性能，提高調節品質(zhì)，除了按偏差的比例調節以外，引入偏差的積分，以克服余差，提高精度，加強對系統參數變化的適應能力：引入偏差的微分來(lái)克服慣性滯后，提高抗干擾能力和系統的穩定性，由此構成的單參數PID控制回路
e(t)=R-y(t) (1)
式(1)中y(t)是被控變量，R是y(t)的設定值。e(t)是調節器的輸入偏差，后面將見(jiàn)到的u(t)是調節器輸出的控制量，計算機測控系統通常利用采樣方式實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)回路進(jìn)行巡回檢測和控制，它屬于采樣調節。
設計中的單回路控制器采用的數字PID算法由軟件實(shí)現，所謂PID控制就是按設定值與測量值之間偏差的比例、偏差的積累和偏差變化的趨勢講行控制。它根據采樣時(shí)刻的偏差值計算控制量。因此PID控制律的實(shí)現，必須用數值逼近法。當采樣周期相當短時(shí)，可以用求和代替積分，用差商代替微分，即作如下近似變換：
式(2)中，k——采樣序號，k=1，2…，T——采樣周期。
顯然，上述離散化過(guò)程中，采樣時(shí)間必須足夠短，才能保證有足夠的精度。為了書(shū)寫(xiě)方便，將e(kT)簡(jiǎn)化表示成e(k)等，即省去T?？梢缘玫诫x散的PID表達式為：
式中，k——采樣序號，k=0，1，2……；u(k)——第k次采樣時(shí)刻的計算機輸出值；e(k)——第k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；e(k-1)——第k-1次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；KI——積分系數，
。該系統采用的是增量式PID控制算法，即指數字控制器輸出只是控制量的增量△u(k)，該算法的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，數據可以遞推使用，占用存儲空間少，運算快。
根據遞推原理可得
4 仿真說(shuō)明
事先給定系統中的傳遞函數
，分析這個(gè)傳遞函數，可以認為它是由2個(gè)慣性環(huán)節串聯(lián)構成的：1)慣性環(huán)節是
，2)慣性環(huán)節是
。根據調節器的選型原理，在A(yíng)RM7S3C44BOX芯片的處理下，在回路中采用PID調節器。對調節器進(jìn)行整定，直到控制效果比較令人滿(mǎn)意。整個(gè)過(guò)程都是在SIMULINK環(huán)境中實(shí)現的。利用SIMULINK環(huán)境中的仿真軟件搭建的串級控制系統模型圖如圖3所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/161085.htm
該系統要做的仿真驗證是：采用ARM7S3C44BOX芯片進(jìn)行PID參數整定要比采用普通的89C51單片機芯片進(jìn)行PID參數整定的效果好。在單回路控制系統的輸入端輸入一個(gè)階躍信號，在示波器中得到的仿真圖如圖4、5所示。
可以明顯的看到，圖4所示的仿真曲線(xiàn)，系統的動(dòng)態(tài)偏差過(guò)大，穩定性不是很好。圖5所示的仿真曲線(xiàn)，過(guò)渡過(guò)程非常平穩，超調量不大，曲線(xiàn)的波動(dòng)不大，穩定性好。
5 結論
單回路控制系統是最基本，結構最簡(jiǎn)單的一種控制系統。但它是生產(chǎn)過(guò)程中應用最為廣泛的一種控制系統。因此，這種簡(jiǎn)捷方便的參數整定方法具有一定的實(shí)用性。本文采用ARM7S3C44BOX芯片進(jìn)行單回路PID參數調試，與89C51單片機芯片相比較，體現出強大的數據處理功能，過(guò)渡過(guò)程非常平穩，在控制上達到了平穩、迅速、準確跟蹤設定值的要求，控制效果良好。
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