中南大学微型计算机实验报告三

装订线装订线PAGE14PAGE13装订线实验报告实验名称积分分离法PID控制系专业班姓名学号授课老师预定时间实验时间实验台号一、目的要求1．了解PID参数对系统性能的影响。2．学习凑试法整定PID参数。3．掌握积分分离法PID控制规律二、原理简述图3.2-1是一个典型的PID闭环控制系统方框图，其硬件电路原理及接线图可设计如下，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好，对象需用户在运放单元搭接。上图中，控制计算机的“OUT1”表示386EX内部1＃定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX内部主片8259的7号中断，用作采样中断，“DIN0”表示386EX的I/O管脚P1.0，在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。这里，系统误差信号E通过模数转换单元“IN7”端输入，控制机的定时器作为基准时钟(初始化为10ms)，定时采集“IN7”端的信号，并通过采样中断读入信号E的数字量，并进行PID计算，得到相应的控制量，再把控制量送到数模转换单元，由“OUT1”端输出相应的模拟信号，来控制对象系统。本实验中，采用位臵式PID算式。在一般的PID控制中，当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，会有较大的误差，以及系统有惯性和滞后，因此在积分项的作用下，往往会使系统超调变大、过渡时间变长。为此，可采用积分分离法PID控制算法，即：当误差e(k)较大时，取消积分作用；当误差e(k)较小时才将积分作用加入。图10.2-3是积分分离法PID控制实验的参考程序流程图。为了便于实验参数的调整，下面讨论PID参数对系统性能的影响：(1)增大比例系数KP一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使系统稳定性变坏。(2)增大积分时间参数TI有利于消除静差、减小超调、减小振荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢。(3)增大微分时间参数TD有利于加快系统响应，使超调量减小，系统稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应。在调整参数时，可以使用凑试法。参考以上参数对控制过程的影响趋势，对参数实行“先比例，后积分，再微分”的步骤。(1)首先整定比例部分。将比例系数KP由小变大，并观察相应的系统响应，直到响应曲线超调小、反应快。如果系统没有静差，或者静差小到允许的范围内，那么只需比例调节器即可。(2)如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足要求，则须加入积分作用。整定时首先臵积分时间TI为一较大值，并将第一步整定得到的比例系数KP缩小(如80％)，然后减小积分时间，使静差得到消除。如果动态性能(过渡时间短)也满意，则需PI调节器即可。(3)若动态性能不好，则需加入微分作用。整定时，使微分时间TD从0变大，并相应的改变比例系数和积分时间，逐步凑试，直到满意结果。由于PID三个参数有互补作用，减小一个往往可由几个增大来补偿，因此参数的整定值不唯一，不同的参数组合完全有可能得到同样的效果。三、仪器设备PC机一台，TD-ACS实验系统一套或“TD-ACC+实验系统一套＋i386EX系统板一块”。四、线路示图五、内容步骤1．编写实验程序，检查无误后编译、链接。2．按照实验线路图3.2-2接线，检查无误后开启设备电源。3．调节信号源中的电位器及拨动开关，使信号源输出幅值为2V，周期10S的方波。确定系统的采样周期以及积分分离值。4．装载程序，将全局变量TK(采样周期)、EI(积分分离值)、KP(比例系数)、TI(积分系数)和TD(微分系数)加入变量监视，以便实验过程中观察和修改。5．运行程序，将积分分离值设为最大值7FH(相当于没有引入积分分离)，用示波器分别观测输入端R和输出端C。6．如果系统性能不满意，用凑试法修改PID参数，直到响应曲线满意，并记录响应曲线的超调量和过渡时间。7．修改积分分离值为20H，记录此时响应曲线的超调量和过渡时间，并和未引入积分分离值时的响应曲线进行比较。8．将6和7中的较满意的响应曲线分别保存，在画板、PHOTOSHOP中处理后粘贴到WORD中，方便形成实验报告。实验程序如下：PUBLIC TKPUBLIC EIPUBLIC KPPUBLIC TIPUBLIC TDAD_ADDREQU 0600HDA1_ADDREQU 0640HDIN_ADDREQU0F860HSTACK1SEGMENT STACKDW256DUP(?)STACK1ENDSDATASEGMENTTKDB 05H ;采样周期EIDB7FH ;积分分离值KPDW 8000H ;比例系数TIDW 0018H ;积分系数TDDW 0008H ;微分系数EKK_1 DW 0000H ;上一次偏差值EKBDB 00H ;当前偏差值（字节）EKKDW0000H ;当前偏差值（字）AEK DW 0000H ;偏差的变化量PEDEDW 0000H ;比例项（EK）和微分项的和IEDW 0000H ;积分项的值OUTPUTDW 0000H ;控制量DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATASTART:MOV AX,DATA MOV DS,AX PUSH DS XOR AX,AX MOV DS,AXMOV AX,OFFSETIRQ7;填写7号中断入口地址MOV SI,003CHMOV [SI],AXMOV AX,CSMOV SI,003EHMOV [SI],AXCLI POP DSCALL SYSINTI ;系统初始化MOV DX,0F043H ;初始化定时器1定时10msMOVAL,076HOUTDX,MOV DX,0F041HMOVAL,10H OUTDXMOV DX,0F041HMOVAL,27H OUTDX,IN AL,21H;开7号中断AND AL,7FHOUT 21H,ALMOV DX,DA1_ADDR MOVAL,80H ;D/A输出零OUTDX,ALMOV BL,01HAGAIN:STIHLTJMP AGAINIRQ7:MOV DX,DIN_ADDR ;判同步信号到否 IN AL,DX AND AL,01H JZ PID MOV DX,DA1_ADDR MOVAL,80H ;D/A输出零OUTDX,MOV AX,0000H ;变量清零MOV EKBMOV EKK,AX MOV EKK_1,AX MOV AEK,AX MOV PEDE,AX MOV OUTPUT,AXMOV IE,AXMOV BL,01HJMP FINISHPID: DEC BL ;采样周期到否 JNZ FINISH CALL CY ;PID程序 MOV AX,AEK MOV DX,TD CALL ML MOV CL,TK MOV CH,00H IDIV CX ;计算微分项 ADD AX,EKKMOV PEDE,AX MOV AL,EKBMOVBL,00H ;判积分分离值SUBAL,BLJGL1NEGALJMPL1FINISH:MOVAL,20HOUT20H,ALIRETL1:SUBAL,EIJGDD6MOVDL,TK MOV DH,00HMOV AX,EKKCALL ML IDIV TI ADD AX,IE ;计算积分项 MOV IE,AX MOV DX,AX TEST DH,80HJZDD1MOV AX,0F000HAND ALSBB DX,AXJGDD2MOV DX,0F000HJMPDD4DD1: MOVAX,0FFFHANDALSBBDX,AXJGDD3DD2: MOVDX,IEJMPDD5DD3: MOVDX,0FFFH DD4: MOVIE,DXDD5: MOVAX,PEDE ;计算比例项ADDAX,DXMOVDX,KP CALL MLCALLOUT_PUTMOVBL,TKJMPFINISHDD6: MOV DX,0000H JMP DD4;乘法子程序,;适用范围：被乘数为符号数，乘数为无符号数，16位乘法;参数： 被乘数AX，乘数DX;返回值： 结果的高16位在DX中，低16位在AX中ML: CMP DX,7FFFH JA ML1IMUL DXRETML1: PUSH BXPUSH CXPUSH AXSUB DX,7FFFHIMUL DXMOV BX,DXMOV CX,AXPOP AXMOV DX,7FFFHIMUL DXADD AX,CXADC DX,BXPOP CXPOP BXRET;采样子程序;功能： 从A/D读取采样值，并进行变换，采样值大于80H，表示0～－5V，采样值小于80H,表示0～＋5V; 并计算偏差EK，和偏差变化量AEK，分别将其扩大32倍，为了保证计算精度;返回值： 返回值存在相应的变量中CY:MOV DX,AD_ADDR IN AL,DX ;采样SUB AL,80HMOV EKB,AL ;计算EK MOV AH,00H MOV CL,08H SAL AX,CLMOV CL,03H SAR AX,CL MOV EKK,AX ;计算AEK SUB AX,EKK_1 MOV AEK,AX MOV AX,EKK MOV EKK_1,AXRET;控制量输出子程序;功能： 控制量判溢出，放大8倍后输出 OUT_PUT:MOV OUTPUT,DX ;控制量输出值TEST DH,80H ;判溢出JZ L7MOV BX,0F000HSUB DX,BXJG L8MOV DX,0F000HJMP L9L7:MOV BX,0FFFHSUB DX,BXJG L10L8:MOV DX,OUTPUTJMP L11L10:MOV DX,0FFFHL9:MOV OUTPUT,DXL11:MOV CL,03HSHL DX,CLMOV AL,DHMOV DX,DA1_ADDR ;控制量输出ADD AL,80HOUT DXL12:RET;系统初始化子程序;功能： 初始化IO,和CS0片选，管脚配置，中断SYSINT