PID温度控制算法的软件实现

1、温度控制算法温度控制算法 的软件实现的软件实现 问题？问题？ 1. 怎样评价温度控制系统控制效果的优劣？怎样评价温度控制系统控制效果的优劣？ 2. 什么是什么是PID控制算法？什么是数字式控制算法？什么是数字式PID控制算法控制算法? 3. 什么是积分饱和现象？怎样避免积分饱和现象什么是积分饱和现象？怎样避免积分饱和现象? 4. 怎样用怎样用C语言编写语言编写PID控制程序？控制程序？ 5. 怎样在怎样在PSOC上实现上实现PID控制温度？控制温度？ 6.怎样测试怎样测试PID控制器是否正常工作？控制器是否正常工作？ 问题一：问题一：怎样评价温度控制系统控制效果的优劣？怎样评价温度控制系统控制

2、效果的优劣？ 能够快速稳定准确的实现控制能够快速稳定准确的实现控制 能够将温度偏差值控制在一个较小的范围内能够将温度偏差值控制在一个较小的范围内 具有较强抵抗干扰的能力具有较强抵抗干扰的能力 控制超调量不能过大控制超调量不能过大 问题二：问题二：什么是什么是PIDPID控制算法？什么是数字控制算法？什么是数字 式式PIDPID控制算法控制算法? ? PID控制算法：控制算法： PID控制器是一种线性控制器，它将给定值与实际输出值的偏差控制器是一种线性控制器，它将给定值与实际输出值的偏差 的比例、积分的比例、积分 和微分进行线性组合，形成控制量和微分进行线性组合，形成控制量 输出，如图下图所示。

3、输出，如图下图所示。 PID控制器方框图控制器方框图 )(te )(tu 问题二：问题二：什么是什么是PIDPID控制算法？什么是数字式控制算法？什么是数字式PIDPID控控 制算法制算法? ? 模拟控制算法：用于模拟控制系统模拟控制算法：用于模拟控制系统 被测参数由传感器变化成统一的标准信号后输入调节器，在调节器中与给定值进行被测参数由传感器变化成统一的标准信号后输入调节器，在调节器中与给定值进行 比较，再把比较后的差值经运算后送到执行机构，改变进给量，以达到自动调节比较，再把比较后的差值经运算后送到执行机构，改变进给量，以达到自动调节 的目的。的目的。 数字数字控制算法：用于数字控制系统控

4、制算法：用于数字控制系统 先把过程参数进行采样，并通过模拟量输入通道将模拟量变成数字量，这些数字量先把过程参数进行采样，并通过模拟量输入通道将模拟量变成数字量，这些数字量 通过计算机按一定控制算法进行运算处理，运算结果经转换成模拟量后，由模拟通过计算机按一定控制算法进行运算处理，运算结果经转换成模拟量后，由模拟 量输出通道输出，并通过执行机构去控制生产，以此达到给定值。量输出通道输出，并通过执行机构去控制生产，以此达到给定值。 问题三：问题三：什么是积分饱和现象？怎样避免积分饱和什么是积分饱和现象？怎样避免积分饱和 现象现象? ? 在实际的控制系统中，控制量实际输出值往往受到执行机构性能在实际

5、的控制系统中，控制量实际输出值往往受到执行机构性能 的限制，而被限制在一定的范围内，即的限制，而被限制在一定的范围内，即 ， 其变化也局限在一定的范围，即其变化也局限在一定的范围，即 。 如果控制量如果控制量在上述范围内，那么在上述范围内，那么控制可以达到预期效控制可以达到预期效 果；一旦超出上述范围，则实际执行机构的控制量就不再是计算值。果；一旦超出上述范围，则实际执行机构的控制量就不再是计算值。 这相当于在系统中串联了一个饱和非线性环节，因此，将引起不期这相当于在系统中串联了一个饱和非线性环节，因此，将引起不期 望的效应，即望的效应，即饱和效应饱和效应。 问题三：问题三：什么是积分饱和现象

6、？怎样避免积分饱和什么是积分饱和现象？怎样避免积分饱和 现象现象? ? 防止调节器积分饱和的措施防止调节器积分饱和的措施一：一： 积分分离法积分分离法 积分分离的基本思路是：当被调积分分离的基本思路是：当被调 量与设定值量与设定值偏差较大偏差较大时，取消积分作时，取消积分作 用，以免由于积分作用使系统稳定性用，以免由于积分作用使系统稳定性 降低，超调量增大；当被控量接近给降低，超调量增大；当被控量接近给 定值时，引入积分控制，以便定值时，引入积分控制，以便消除静消除静 差，提高控制精度。差，提高控制精度。 y r t 问题三：问题三：什么是积分饱和现象？怎样避免积分饱和什么是积分饱和现象？怎样

7、避免积分饱和 现象？现象？ 防止调节器积分饱和的措施防止调节器积分饱和的措施二：二： 遇限削弱积分控制算法遇限削弱积分控制算法 当控制进入饱和区以后，便不再进行积分项的累加，而只执行削弱积分当控制进入饱和区以后，便不再进行积分项的累加，而只执行削弱积分 的运算。因而，在计算的运算。因而，在计算（）（）时，先判断时，先判断（）（）是否已超出限制值。若是否已超出限制值。若（）（） ，则只累加负偏差；若，则只累加负偏差；若（）（），则累加正偏差。采用遇限削，则累加正偏差。采用遇限削 弱积分控制算法后，弱积分控制算法后，可以避免控制量长时间停留在饱和区可以避免控制量长时间停留在饱和区。 问题三：问题三

8、：什么是积分饱和现象？怎样避免积分饱和什么是积分饱和现象？怎样避免积分饱和 现象现象? ? 防止调节器积分饱和的措施防止调节器积分饱和的措施三：三： 有效偏差法有效偏差法 当根据位置算法算出的控制量超出限制范围时，控制当根据位置算法算出的控制量超出限制范围时，控制 量实际上只能取量实际上只能取边界值边界值，即或，有效，即或，有效 偏差法是将相应的这一控制量的偏差值作为偏差法是将相应的这一控制量的偏差值作为有效偏差值计入积分有效偏差值计入积分 累计而不是将实际偏差计入积分累计累计而不是将实际偏差计入积分累计。因为按实际偏差值计算出。因为按实际偏差值计算出 的控制量并未实行。的控制量并未实行。 问

9、题四：问题四：怎样用怎样用C C语言编写语言编写PIDPID控制程序？控制程序？ 通过采样将模拟信号转变为数字信号，并与目标设置值进行通过采样将模拟信号转变为数字信号，并与目标设置值进行 比较分析。同时将二者的偏差通过算法输出，进行反馈调节。整比较分析。同时将二者的偏差通过算法输出，进行反馈调节。整 个过程不断循环，从而使得控制的对象保持一个较为恒定的值。个过程不断循环，从而使得控制的对象保持一个较为恒定的值。 从而将模拟量转变为计算机可以操作的数字信号，则可采用从而将模拟量转变为计算机可以操作的数字信号，则可采用C 语言控制整个循环过程。语言控制整个循环过程。 问题四：问题四：怎样用怎样用C

10、 C语言编写语言编写PIDPID控制程序？控制程序？ 问题四：问题四：怎样用怎样用C C语言编写语言编写PIDPID控制程序？控制程序？ 问题五：问题五：怎样在怎样在PSOCPSOC上实现上实现PIDPID控制温度？控制温度？ 在中断程序中定义的临时变量： float de,y0; static float Ie=0,de1=0; static uint8 PID_Count=0; 在主程序外定义的常变量： #define Kp12.19/PID控制参数 #define Ki0.3 #define Kd 109.7 #define Integral_Boundary 11.0/有限积分边界 u

11、int8 PWM_Output; 问题五：问题五：怎样在怎样在PSOCPSOC上实现上实现PIDPID控制温度？控制温度？ PID_Count+; if(PID_Count100) PID_Count=0; de=Target_Temp-Current_Temp;/求温度误差e if(de-Integral_Boundary)/如果处于有限积分边界之内 Ie=Ie+Ki*de;/求误差的积分 else Ie=0;/在边界外时积分清零 y0=Kp*de+Ie+Kd*(de-de1)+128;/求输出 if(y0255) y0=255; if(y099) /记录数据的数量 RecorderPt=0; RecC=0; 问题六：问题六：怎样测试怎样测试PIDPID控制器是否正常工作控制器是否正常工作 97.5 98 98.5 99 99.5 100 100.5 101 101.5 1 3 5 7 9 11131517192123252729313335373941434547495153555759616365 3 0 20 40 60