計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目：PWM溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 二一年十二月二十五日目 錄1.設(shè) 計(jì) 目 的12.設(shè) 計(jì) 要 求13.PID控制原理14. 帶死區(qū)的PID算法25.系統(tǒng)框圖26.程序流程圖以及程序代碼47.心得體會(huì)58.參考目錄5一.設(shè)計(jì)的目的1. 通過(guò)課程設(shè)計(jì)，來(lái)加深對(duì)過(guò)程控制中自動(dòng)化控制系統(tǒng)框架的理解2. 通過(guò)課程設(shè)計(jì)，來(lái)加深對(duì)PID控制系統(tǒng)的理解3. 利用所學(xué)的理論知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)工業(yè)常用中的溫度控制系統(tǒng)，達(dá)到對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)二設(shè)計(jì)要求1. 要求設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)，設(shè)定溫度為230度，才用電阻絲做為加熱器件，采用PID算法，無(wú)余差，超調(diào)小，加熱速度快。2. 硬件采用51系列單片機(jī)，采用固態(tài)繼電器作為控制元件3. 采用keil c作為編程語(yǔ)言，采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法三PID控制原理將偏差的比例，積分和微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，用這一控制對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，這一樣的控制器稱PID控制器1模擬PID控制原理在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制。為了說(shuō)明控制器的原理，以圖1.1的例子說(shuō)明。給定輸入信號(hào)n0(t)與實(shí)際輸出信號(hào)n(t)進(jìn)行比較，其差值e(t)=n0(t)-n(t),經(jīng)過(guò)PID控制器調(diào)整輸出控制信號(hào)u(t),u(t)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行作用，使其按照期望運(yùn)行。常規(guī)的模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖如同1.2所示。該系統(tǒng)有模擬PID和被控對(duì)象組成。圖中r(t)是給定的期望值，y(t)是系統(tǒng)的實(shí)際輸出值，給定值與實(shí)際輸出值，給定值與實(shí)際值構(gòu)成控制偏差e(t): e(t)作為PID控制的輸入，u(t)作為PID控制的輸出和被控對(duì)象的輸入。構(gòu)成PID和被控對(duì)象的輸入。構(gòu)成PID控制的規(guī)律為： 其中：Kp為控制器的比例系數(shù) Ti為控制器的積分時(shí)間，也稱積分系數(shù) Td為控制器的未分時(shí)間，也稱微分系數(shù)四帶死區(qū)PID的算法帶死區(qū)的PID控制 作用：消除由于頻繁動(dòng)作所引起的振蕩計(jì)算機(jī)中帶死區(qū)的PID：五 系統(tǒng)框圖（1）系統(tǒng)框圖帶死區(qū)的PIDPWM波電阻絲 溫度 溫度傳感器AD轉(zhuǎn)化（2） 系統(tǒng)工作過(guò)程：溫度傳感器檢測(cè)容器內(nèi)部的溫度，把溫度信號(hào)傳送給D/A轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化完的數(shù)字信號(hào)送入51單片機(jī)，再與設(shè)定值進(jìn)行比較，比較完的差值進(jìn)行帶死區(qū)的PID算法運(yùn)算，PID后的U(k)經(jīng)過(guò)PWM波比較，輸出占空比隨U(k)調(diào)整的脈沖波形，再通過(guò)光電耦合器控制固態(tài)繼電器的通斷時(shí)間，達(dá)到對(duì)容器內(nèi)溫度加熱的控制，從而能較精確地控制器內(nèi)溫度。六 程序流程圖以及程序代碼 開(kāi)始(1) .程序流程圖設(shè)定值初始化 AD轉(zhuǎn)化設(shè)定值與轉(zhuǎn)化數(shù)值相減e(k)死區(qū)PID運(yùn)算U(k) PWM()P3_0輸出脈沖波電阻絲對(duì)容器加熱(2)程序代碼#include <reg51.h>#include <absacc.h> /用“include<absacc.h>”即可使用其中定義的宏來(lái)訪問(wèn)絕對(duì)地址#include <math.h>sbit P3_0=P30;#define kp 10 /假設(shè)的比例系數(shù)設(shè)定值 #define ki 20 /假設(shè)的積分系數(shù)設(shè)定值#define kd 30 /假設(shè)的微分系數(shù)設(shè)定值#define set 90 /容器內(nèi)溫度的設(shè)定值#define k1 5 /誤差在死區(qū)內(nèi)時(shí)，系數(shù)的設(shè)定值#define x 3 /死區(qū)范圍的設(shè)定值#define AD_adr XBYTE0x7ff8 /AD芯片的地址int ek,ek_1,uk,sum,b;int PID( ); /死區(qū)PID算法函數(shù)調(diào)用的聲明void AD( ); /進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換函數(shù)調(diào)用的聲明PWM(); /產(chǎn)生對(duì)應(yīng)占空比的波形的函數(shù)聲明main( ) int a; ek_1=0;sum=0;b=0; while(1) AD( ); /先進(jìn)行溫度的AD轉(zhuǎn)化 a=P0; /讀取AD轉(zhuǎn)化完的值 ek=set-a; /轉(zhuǎn)化數(shù)值與設(shè)定值進(jìn)行比較 uk=PID( ); /比較的差值進(jìn)行PID運(yùn)算 PWM( ); /PID算出的值進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)化輸出 void AD( ) AD_adr=1; /啟動(dòng)轉(zhuǎn)化芯片 while(P3_0=1) /等待轉(zhuǎn)化 ; /轉(zhuǎn)化結(jié)束，數(shù)值送入P0 P0=AD_adr; PWM()ET0=1; /開(kāi)T0定時(shí)器中斷EA=1; /開(kāi)總中斷TMOD=0X01; /使用T0計(jì)時(shí)器，模式1TH0=0X3C;TL0=0XB0; /定時(shí)100ms,計(jì)數(shù)器賦初值TR0=1; /開(kāi)啟計(jì)時(shí) USE() interrupt 1 /T0定時(shí)器中斷b+;If(b>10) b=0; /10假設(shè)的三角波的峰值else if(uk>b) P3_0=0; else P3_0=1; int PID( ) /死區(qū)PID算法函數(shù) int s1,s2,s3,k; sum=sum+ek; s1=kp*ek; s2=ki*sum; s3=kd*(ek-ek_1); ek_1=ek; if(abs(ek)>x) /abs()為計(jì)算絕對(duì)值 k=s1+s2+s3; else k=k1*(s1+s2+s3) return k; 七. 心得體會(huì)在這次課設(shè)上由于很多知識(shí)都是以前學(xué)過(guò)的不過(guò)由于沒(méi)有去鞏固所以導(dǎo)致很多地方很生疏，在些不該出問(wèn)題的小細(xì)節(jié)上出來(lái)問(wèn)題。不過(guò)在老師的帶領(lǐng)下，與同學(xué)的討論下，用實(shí)踐的方法把以前學(xué)到的知識(shí)鞏固了一遍，我相信這樣的鞏固不是背書能得到的，是對(duì)單片機(jī)的理解更加的深入。這次課設(shè)中也對(duì)這學(xué)期所學(xué)的知識(shí)進(jìn)一步的提高，在查閱資料的工程中也學(xué)習(xí)到了許多課本相關(guān)的知識(shí)，這次課設(shè)讓我對(duì)實(shí)踐與課本有了新的認(rèn)識(shí)。八參考書錄：1網(wǎng)絡(luò)資源2 袁任光可編程序控制器選用手冊(cè)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.73 何友華可編程序控制器及常用控制電器M北京：冶金工業(yè)出版社4 萬(wàn)光毅，嚴(yán)義，邢春香.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.45