微型计算机控制系统的设计WK

微型计算机控制系统的设计WK第一页，共二十五页，编辑于2023年，星期二1.检测元件及变送器检测元件选用镍铬-镍铝热电偶，分度号为EU，适用于0℃~1000℃的温度测量范围，相应输出电压为0mV~41.32mV。变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成：毫伏变送器用于把热电偶输出的16.4~41.32mV变换成0~10mA范围内的电流；电流/电压变送器用于把毫伏变送器输出的0~10mA电流变换成0~5V范围内的电压。第二页，共二十五页，编辑于2023年，星期二表1温度-数字量对照表第三页，共二十五页，编辑于2023年，星期二2.接口电路8031的接口电路有ADC0809、8155和2732等。本系统采用ADC0809型A/D转换器，该芯片为8位逐次逼近型A/D转换器。ADC0809为温度测量电路的输入接口；8155用于键盘和显示接口；2732作为8031外部程序(ROM)存储器。第四页，共二十五页，编辑于2023年，星期二3晶闸管数字触发输出通道设计★晶闸管简介晶闸管(可控硅整流器)——功率放大器件。IG

→↓iA+VAK-R+～US_晶闸管的工作方式有：

►调压方式►调功方式调压方式：是通过利用移相触发脉冲调节晶闸管的导通角，使输入到电加热元件的电压改变，达到调节用电器的输入功率，来实现控制目的。导通角第五页，共二十五页，编辑于2023年，星期二调功方式：触发电路采用的是过零触发方式，外加正弦电压过零时控制信号才使晶闸管的触发导通，则负载上得到的电压是一个正弦波。调功方式输入电炉的平均功率为：P——输入电炉的功率；R——负载有效电阻；U——电网电压；n——允许导通的波头数；N——设定的波头数。当n＝0时，电炉的输入功率为零；n＝N，电炉的输入功率为满功率。第六页，共二十五页，编辑于2023年，星期二

温度控制电路如图双向可控硅和加热丝串接在交流回路，因此可控硅导通时间决定加热丝的加热功率。下图给出了可控硅在给定周期T内具有不同导通时间的情况。过零信号是正弦交流电压过零时刻的同步脉冲，可使可控硅在交流电压正弦波过零后触发导通。过零同步脉冲由过零触发电路产生。第七页，共二十五页，编辑于2023年，星期二输出功率与通断时间的关系第八页，共二十五页，编辑于2023年，星期二过零触发电路返回本节第九页，共二十五页，编辑于2023年，星期二4、控制策略的选择

（1）直接数字控制直接数字控制是根据采样理论，首先把被控对象的数学模型进行离散，然后由计算机根据离散化的数字模型进行控制。这种控制方法与PID控制相比，其针对性更强，调节品质更好。

（2）最优控制要求系统能够根据被测参数、环境及原材料的成分的变化而自动对系统进行调节，使系统随时都处于最佳状态。包括性能估计(辨别)、决策和修改三个环节，它是微机控制系统发展的方向。但由于控制规律难以掌握，所以推广起来尚有一些问题难以解决。微机控制技术第十页，共二十五页，编辑于2023年，星期二

3．模糊控制模糊控制也叫Fuzzy控制。是按照人的思维方法去完成各种控制。采用这种方法，不需要数学模型，只要把设计者的控制决策(即专家意见)用模糊规则加以描述，即可实现模糊控制。模糊控制的特点是简单，执行速度快，占用内存少，开发方便、迅速，因而近几年得到了广泛的应用。

微机控制技术第十一页，共二十五页，编辑于2023年，星期二4、史密斯(Smith)预估控制施密斯提出了一种纯滞后补偿模型，但由于模拟仪表不能实现这种补偿，致使这种方法在工程中无法实现。现在人们利用微型计算机可以方便地实现纯滞后补偿。

第十二页，共二十五页，编辑于2023年，星期二5、

PID控制是模拟调节系统中技术最成熟、应用最为广泛的一种调节方式。PID调节的实质就是根据输入的偏差值，按比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用以控制输出。在实际应用中，根据被控对象的特性和控制要求，可灵活地改变PID的结构，取其中的一部分环节构成控制规律，如比例（P）调节、比例积分（PI）调节、比例积分微分（PID）调节等。特别在计算机控制系统中，更可以灵活应用，以充分发挥微型机的作用。微机控制技术第十三页，共二十五页，编辑于2023年，星期二

式中：Δt＝T——采样周期，必须使T足够小，才能保证系统有一定的精度；E(k)——第k次采样时的偏差值；E(k-1)——第(k—1)次采样时的偏差值；K——采样序号，A＝0，l，2…；P(k)——第k次采样时调节器的输出。由于输出值与阀门开度的位置一一对应，因此，通常称为位置型PID的位置控制算式。微机控制技术第十四页，共二十五页，编辑于2023年，星期二5.1积分分离的PID算式设给定值为R(k)，经数字滤波后的测量值为M(k)，最大允许偏差值为A，则积分分离控制的算式为

当

图7中曲线1为采用积分分离手段后的控制曲线，比较曲线1和2可知，使用积分分离方法后，显著降低了被控变量的超调量和过渡过程时间，使调节性能得到改善。微机控制技术第十五页，共二十五页，编辑于2023年，星期二具有积分分离作用的控制过程曲线微机控制技术第十六页，共二十五页，编辑于2023年，星期二5.2变速积分的PID算式变速积分PID的基本作法是设法改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应。

偏差大时，积分累加速度慢，积分作用弱；偏差小时，使积分累加速度加快，积分作用增强。微机控制技术第十七页，共二十五页，编辑于2023年，星期二为此，设置一系数f[E(k)]，它是E(k)的函数，当|E(k)|增大时，f减小，反之则增大。每次采样后，用f[E(k)]乘以E(k)，再进行累加，即

式中，表示变速积分项的输出值。f与｜E(k)｜的关系可以是线性或高阶的，如设其为如下关系式

微机控制技术第十八页，共二十五页，编辑于2023年，星期二分析：（1）f值在0~1区间内变化，（2）当偏差大于所给分离区间A十B后，f＝0，不再进行累加；（3）|E(k)|≤(A十B)后，f随偏差的减小而增大，累加速度加快；（4）直至偏差小于B后，累加速度达到最大值l。将代入PID算式，可得

微机控制技术第十九页，共二十五页，编辑于2023年，星期二变速积分PID优点：（1）实现了用比例作用消除大偏差，用积分作用消除小偏差的理想调节特性，从而完全消除了积分饱和现象；（2）大大减小了超调量，可以很容易地使系统稳定，改善了调节品质；（3）适应能力强，一些用常规PID控制不理想的过程可以采用此种算法；微机控制技术第二十页，共二十五页，编辑于2023年，星期二（4）参数整定容易，各参数间的相互影响小，而且对A、B两参数的要求不精确，可作一次性确定。变速积分与积分分离控制方法很类似，但调节方式不同。积分分离对积分项采用“开关”控制，而变速积分则是根据误差的大小改变积分项速度，属线性控制。因而，后者调节品质大为提高，是一种新型的PID控制。微机控制技术第二十一页，共二十五页，编辑于2023年，星期二6控制系统程序设计主程序流程图1.主程序第二十二页，共二十五页，编辑于2023年，星期二2.T0中断服务程T0中断服务程序是此系统的主体程序，用于启动A/D转换、读入采样数据、数字滤波、越限温度报警和越限处理、PID计算和输出可控硅的同步触发脉冲等。在T0中断服务程序中，要用到一