基于A(yíng)T89S51單片機的PID溫度控制系統設計

　　2.5聲光報警電路模塊

　　某一通道的溫度測量值超出預先設定的上、下限報警值或系統運行出現故障時(shí)，系統發(fā)出聲光報警以提醒用戶(hù)注意。如圖5所示。

　　圖5聲光報警電路圖

　　3.系統軟件設計

　　3.1系統主程序設計

　　在反應器系統中，主程序的功能主要是設定程序執行過(guò)程中用到的相關(guān)變量，分配寄存器，對所需要的參數初始化，根據定時(shí)中斷程序，調用相應的功能模塊，完成一定的任務(wù)。

　　3.2系統子程序設計

　　3.2.1顯示子程序

　　LED顯示方式包括有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種，動(dòng)態(tài)掃描顯示電路是將顯示各位的所有相同字段線(xiàn)連在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，而每一位的公共端(共陽(yáng)或共陰COM)由另一個(gè)I/O口控制。由于這種連接方式將每位相同字段的字段線(xiàn)連在一起，當輸出字段碼時(shí)，每一位將顯示相同的內容。因此，要想顯示不同的內容，必須采取輪流顯示的方式。

　　3.2.2定時(shí)子程序

　　定時(shí)程序主要是用于完成查表的占空比控制?？傮w思想是根據控制表中占空比控制變量U的不同取值，采用不同的定時(shí)來(lái)改變繼電器的通斷，根據繼電器的特性，要求不能頻繁通斷，所以通斷要有一定長(cháng)的時(shí)間，但又要考慮到控制能夠及時(shí)的根據新的采集值和設定值的變化來(lái)做出相應的動(dòng)作。

　　4.控制方案

　　4.1 PID控制

　　PID控制器是一種線(xiàn)性控制器，它根據給定值與實(shí)際輸出值構成控制偏差，將偏差比例、積分和微分通過(guò)線(xiàn)性組合構成控制量，對被控對象進(jìn)行控制。

　　4.2 PID參數整定

　　由于PID控制器的輸出為系統偏差的比例、微分和積分作用后的線(xiàn)性組合，所以調整各個(gè)部分的線(xiàn)性系數就是PID控制器控制性能好壞的關(guān)鍵。必須針對具體被控對象對PID控制器參數進(jìn)行整定，采取擴充臨界比例度法：

　　(a)選擇合適的采樣周期T.所謂合適是指周期足夠小，一般應選它對象的純滯后時(shí)間的1/IO以下;

　　(b)僅讓控制器作純比例控制，由小到大逐漸增大比例系數Kp，直至使系統出現臨界振蕩，記下此時(shí)的臨界振蕩周期Ts和臨界振蕩增益Ks;

　　(c)選擇合適的控制度。所謂控制度，就是數字控制器和模擬調節器所對應的過(guò)渡過(guò)程的誤差平方的積分之比;

　　(d)根據控制度查表。

　　4.3 Matlab仿真

　　通過(guò)對上述的整定方法的綜合運用，整定后得到PID控制器的參數為：Kp=1.75，Ki=0.0125，Kd=3，在MATLAB/Simulink環(huán)境下建立溫度控制系統的仿真模型，如圖6示。仿真后得到系統階躍響應曲線(xiàn)。

　　圖6仿真模型

　　仿真后得到的系統階躍響應的動(dòng)態(tài)性能還是比較理想的，超調很小(響應峰值為1.017，超調量Q%=1.7%)。統的響應誤差是也是比較小的(穩態(tài)誤差為0.005)，在系統要求的精度范圍之內。

　　5.總結

　　系統采用模塊化設計，擴展性強。模塊化設計，使控制器具有一定的通用性，而且運行安全可靠。成本低，操作簡(jiǎn)單，體積小，安裝方便，反應靈敏，控制精度高。