數字PID控制算法在溫控系統中的應用

溫度控制對于大型工業(yè)和日常生活等領(lǐng)域都具有廣闊的應用前景。很多應用領(lǐng)域，需要精度較高的恒溫控制，例如，根據外界變化，隨時(shí)調節相應的LED亮度以達到所需色溫值，可以實(shí)現更好的照明和裝飾效果。在連續控制系統中，對象為一階和二階慣性環(huán)節或同時(shí)帶有滯后時(shí)間不大的滯后環(huán)節時(shí)，PID控制是一種較好的控制方法。本文主要采用數字PID控制，通過(guò)單片機PID控制算法的程序實(shí)現。

1 數字式定時(shí)溫控系統
本文研制的數字式定時(shí)溫控系統主要完成數據采集，溫度、定時(shí)的顯示，溫度控制，溫度定時(shí)的設定以及報警等功能。核心控制器由單片機完成，采用數字PID控制算法進(jìn)行過(guò)程控制。加熱器件選用熱慣性小，溫度控制精度高，速度快的電熱膜，由單片機輸出通斷率控制信號進(jìn)行控制。硬件框圖如圖1所示。

2 PWM功能的實(shí)現
AT89S52內部有3個(gè)16位定時(shí)器：TO，T1，T2。用定時(shí)器T2實(shí)現PWM(脈寬調制)方式來(lái)對加熱器件進(jìn)行溫度控制。設置T2CON中C／#T2=O(定時(shí)方式)，CP／#RL2=1且EXEN2=O時(shí)，T2是16位定時(shí)器。當計數溢出時(shí)，會(huì )設置T2CON中的TF2位，進(jìn)而觸發(fā)相關(guān)中斷。用單片機系統實(shí)現，必須首先完成兩個(gè)任務(wù)：首先是產(chǎn)生基本的PWM周期信號；其次是脈寬的調整，即單片機模擬PWM信號的輸出，并且調整占空比。具體的設計原理：若想讓它的負脈沖為2 ms，則正脈沖為20-2=18 ms，所以開(kāi)始時(shí)在控制口發(fā)送低電平，然后設置定時(shí)器在2 ms后發(fā)生中斷，中斷發(fā)生后，在中斷程序里將控制口改為高電平，并將中斷時(shí)間改為18 ms，再過(guò)18 ms進(jìn)入下一次定時(shí)中斷，再將控制口改為低電平，并將定時(shí)器初值改為2 ms，等待下次中斷到來(lái)，如此往復實(shí)現PWM信號輸出。用修改定時(shí)器中斷初值的方法巧妙形成了脈沖信號，調整時(shí)間段的寬度便可實(shí)現脈寬調整。實(shí)現其軟件流程如圖2所示。