溫控器PID算法

1、stc12c5a60s2設計的馬弗爐溫度控制器方案 導讀 馬弗爐是高性能機電一體化的新一代智能產(chǎn)品，適用于煤炭、電力、化工、冶金等行業(yè)和部門進行工業(yè)分析。馬弗爐溫度控制器設計以單片機stc12c5a60s2作為控制中心，采用pid控制馬弗爐是高性能機電一體化的新一代智能產(chǎn)品，適用于煤炭、電力、化工、冶金等行業(yè)和部門進行工業(yè)分析。馬弗爐溫度控制器設計以單片機stc12c5a60s2作為控制中心，采用pid控制算法和自適應控制技術，自動調(diào)整預加熱溫度，并可以存儲記憶，確保試驗順利完成，自動化程度高。1.馬弗爐主要技術指標測溫范圍：01000測溫精度：±3控溫精度：±1

2、0（在2501000范圍內(nèi)）升溫時間：(室溫920)30min電源：ac220v±22v50hz±1hz功率：3.5kw具有快速灰化和緩慢灰化、揮發(fā)分、羅加指數(shù)、黏結(jié)指數(shù)等四個專用加熱程序；另外，溫度控制器有一個自選程序，通過按鍵可選擇所需設定的溫度和保溫時間。2.設計思路馬弗爐溫度控制器設計采用pid算法來控制pwm的占空比，由pwm信號控制igbt的通斷，使用時鐘專用芯片ds1302進行定時控制，從而實現(xiàn)在不同時段對爐溫的控制。3.系統(tǒng)結(jié)構馬弗爐溫度控制器由單片機stc12c5a60s2，熱電偶放大器與數(shù)字轉(zhuǎn)換器max6675，時鐘芯片ds1302，級精度形熱電偶，鍵盤

3、及顯示系統(tǒng)組成，系統(tǒng)結(jié)構如圖1所示。圖1  系統(tǒng)結(jié)構框圖pid簡介1.基本概念基本偏差e(t)：表示當前測量值與設定目標之間的偏差。設定目標是被減數(shù)，結(jié)果可以是正或負，正數(shù)表示還沒有達到，負數(shù)表示已經(jīng)超過了設定值，這是面向比例項用的一個變動數(shù)據(jù)。累計偏差e(t)=e(t)+e(t-1) +e(t-n)：這是我們每一次測量得到偏差值的總和，是代數(shù)和，要考慮正負號運算的。這是面向積分項用的一個變動數(shù)據(jù)?；酒畹南鄬α縠(t)-e(t-1)：用本次的基本偏差減去上一次的基本偏差，用于考察當前控制對象的趨勢，作為快速反應的重要依據(jù)，這是面向微分項用的一個變動數(shù)據(jù)。三個基本參數(shù)kp、ki、k

4、d：這是做好一個控制器的關鍵常數(shù)，分別稱為比例常數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)。不同的控制對象需要選取不同的值，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試才能獲得較好的效果。2.三個基本參數(shù)kp、ki、kd實際控制中的作用比例環(huán)節(jié)：即時成比例地反應控制系統(tǒng)的偏差信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但過大比例會使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)ti。ti越大，積分作用越弱，反之則越強。微分環(huán)節(jié)：能反應偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號的值變得過大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)

5、的動作速度，減小調(diào)節(jié)時間。3.參數(shù)的設置與調(diào)整加溫迅速達到目標值，但溫度過沖很大。比例系數(shù)太大，致使在未達到設定溫度前加熱比例過高；微分系數(shù)過小，對對象反應不敏感。加溫經(jīng)常達不到目標值，小于目標值時間多。比例系數(shù)過小，加溫比例不夠；積分系數(shù)過小，對靜差補償不足?；驹诳刂茰囟葍?nèi)，但上下偏差大，經(jīng)常波動。微分系數(shù)小，對及時變化反應慢；積分系數(shù)過大，使微分反應被鈍化。受環(huán)境影響較大微分系數(shù)小，對及時變化反應慢；設定的基本定時周期過長，不能得到及時修正。下面給出pid控制程序：#ifndef _pid_h_#define _pid_h_#include<intrins.h>#includ

6、e<math.h>#include<string.h>struct pid unsigned int setpoint; / 設定目標 desired valueunsigned int proportion; / 比例常數(shù) proportional constunsigned int integral; / 積分常數(shù) integral constunsigned int derivative; / 微分常數(shù) derivative constunsigned int lasterror; / error-1unsigned int preverror; / error-

7、2unsigned int sumerror; / sums of errorsstruct pid spid; / pid control structureunsigned int rout; / pid response (output)unsigned int rin; / pid feedback (input)sbit output=p14;unsigned char high_time,low_time,count=0;/占空比調(diào)節(jié)參數(shù)unsigned char set_temper=920;void pidinit (struct pid *pp)memset ( pp,0,s

8、izeof(struct pid);unsigned int pidcalc( struct pid *pp, unsigned int nextpoint )unsigned int derror,error;error = pp->setpoint - nextpoint; / 偏差pp->sumerror += error; / 積分derror = pp->lasterror - pp->preverror; / 當前微分pp->preverror = pp->lasterror;pp->lasterror = error;return (pp

9、->proportion * error/比例+ pp->integral * pp->sumerror /積分項+ pp->derivative * derror); / 微分項4. 溫度采集電路熱電偶作為一種主要的測溫元件，具有結(jié)構簡單、制造容易、使用方便、測溫范圍寬、測溫精度高等特點。但是，熱電偶的應用卻存在著非線性、冷端補償、數(shù)字化輸出等幾方面的問題。設計中采用的max6675是一個集成了熱電偶放大器、冷端補償、a/d轉(zhuǎn)換器及spi串口的熱電偶放大器與數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其電路如圖2所示。圖2 溫度采集電路圖max6675從spi串行接口輸出數(shù)據(jù)的過程如下：mcu使cs

10、變低并提供時鐘信號給sck，由so讀取測量結(jié)果。cs變低將停止任何轉(zhuǎn)換過程；cs變高將啟動一個新的轉(zhuǎn)換過程。一個完整串行接口讀操作需16個時鐘周期，在時鐘的下降沿讀16個輸出位，第1位和第15位是一偽標志位且總為0；第14位到第3位為以msb到lsb順序排列的轉(zhuǎn)換溫度值；第2位平時為低，當熱電偶輸入開放時為高；開放熱電偶檢測電路完全由max6675實現(xiàn)，為開放熱電偶檢測器操作，t-必須接地，并使接地點盡可能接近gnd腳；第1位為低電平以提供max6675器件身份碼，第0位為三態(tài)。圖3   so端輸出溫度數(shù)據(jù)的格式圖4   max6675的spi接口時序下

11、面給出相應的溫度值讀取程序及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序:void max6675() uchar m; uint temp; temp=0; max_sck=0; max_cs=1; delay(180ms);    max_cs=0 ; max_sck=1;   _nop_(); max_sck=0; _nop_(); if(max_so=1)     temp |=0x0001; for

12、(m=0;m<15;m+)   temp<<=1;  max_sck=1;  _nop_();  max_sck=0;  if(max_so=1)    temp |=0x0001;        temp=(temp&0x7fe0)>>5; t0=temp/1000+0x30; t1=temp%1000/100+0x30; t2=temp%100/10+0x30; t3=temp%10+0x30; print(1,0,t); 圖5  定時電路圖圖6  單片機系統(tǒng)電路圖圖7  主程序流程圖5.定時電路使用時鐘專用芯片ds1302進行定時控制，通過外加很少的電路就可以實現(xiàn)高精度的時鐘信號。外