過(guò)程控制設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告壓力控制

1、目錄第一章過(guò)程控制儀表課程設(shè)計(jì)的目的 11.1 設(shè)計(jì)目的11.2 課程在教學(xué)計(jì)劃中的地位和作用 1第二章液位控制系統(tǒng)（實(shí)驗(yàn)部分）22.1 控制系統(tǒng)工藝流程 22.2 控制系統(tǒng)的控制要求 42.3 系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)調(diào)試 5第三章水箱壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)73.1 引言123.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 133.3 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 163.4 總結(jié)19第四章收獲、體會(huì)24參考文獻(xiàn)25第一章 過(guò)程控制儀表課程設(shè)計(jì)的目的意義1.1設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)主要是通過(guò)對(duì)典型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的典型工藝參數(shù)的 測(cè)量方法、信號(hào)處理技術(shù)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握測(cè)控對(duì)象參數(shù)檢測(cè)方法、變 送器的功能、測(cè)控通道技術(shù)、執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥的功能、過(guò)程控

2、制儀表的PID控制參數(shù)整定方法，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)課堂理論知識(shí)的理解與綜合應(yīng)用能力，進(jìn)而提 高學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力?；疽笕缦?：1 .掌握變送器功能原理，能選擇合理的變送器類(lèi)型型號(hào)；2 .掌握?qǐng)?zhí)行器、調(diào)節(jié)閥的功能原理，能選擇合理的器件類(lèi)型型號(hào);3 .掌握PID調(diào)節(jié)器的功能原理，完成相應(yīng)的壓力、流量、液位及溫度控 制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，并畫(huà)出控制系統(tǒng)的原理圖和系統(tǒng)主要程序框圖。4 .通過(guò)對(duì)一個(gè)典型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程（如煤氣脫硫工藝過(guò)程）進(jìn)行分析，并 對(duì)其中的一個(gè)參數(shù)（如溫度、壓力、流量、液位）設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)。5 .2課程設(shè)計(jì)的基本要求本課程設(shè)計(jì)是為過(guò)程控制儀表課程而開(kāi)設(shè)的綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì) 現(xiàn)代檢

3、測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制理論、過(guò)程控制儀表、計(jì)算機(jī)控制技 術(shù)等前期課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容的綜合應(yīng)用。其目的在于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí) 來(lái)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手對(duì)一個(gè)工業(yè)過(guò)程控制對(duì)象 進(jìn)行儀表設(shè)計(jì)與選型，促進(jìn)學(xué)生對(duì)儀表及其理論與設(shè)計(jì)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。課程設(shè) 計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)常遇到的壓力、流量、液位及溫度控制系 統(tǒng)，使學(xué)生將理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，有效的鞏固與提高理論教學(xué)效果。課程設(shè)計(jì)主要是通過(guò)對(duì)典型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的典型工藝參數(shù)的測(cè)量 方法、信號(hào)處理技術(shù)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握測(cè)控對(duì)象參數(shù)檢測(cè)方法、變送器 的功能、測(cè)控通道技術(shù)、執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥的功能、過(guò)程控制儀表的PID控制參

4、數(shù)整定方法，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)課堂理論知識(shí)的理解與綜合應(yīng)用能力，進(jìn)而提高學(xué) 生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力?；疽笕缦拢? .掌握變送器功能原理，能選擇合理的變送器類(lèi)型型號(hào)；2 .掌握?qǐng)?zhí)行器、調(diào)節(jié)閥的功能原理，能選擇合理的器件類(lèi)型型號(hào)；3 .掌握PID調(diào)節(jié)器的功能原理，完成相應(yīng)的壓力、流量、液位及溫度控 制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，并畫(huà)出控制系統(tǒng)的原理圖和系統(tǒng)主要程序框圖。4 .通過(guò)對(duì)一個(gè)典型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程（如煤氣脫硫工藝過(guò)程）進(jìn)行分析，并對(duì)其中的一個(gè)參數(shù)（如溫度、壓力、流量、液位）設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)第二章液位控制系統(tǒng)（實(shí)驗(yàn)部分）2.1 控制系統(tǒng)工藝流程液位控制系統(tǒng)裝置由三個(gè)相同大小的容器、液位檢測(cè)變送儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組

5、成，配套的儀表屏上安裝了配有帶連接信號(hào)插座孔的整個(gè)工藝過(guò)程模擬流程 圖、調(diào)節(jié)控制儀表、手操器、顯示儀表等。工藝過(guò)程模擬流程圖如圖2.1所示。圖2.1帶連接信號(hào)插座孔的液位裝置工藝模擬流程圖上圖2.1中，標(biāo)有字母的方塊為各種儀表，。為各儀表輸入、輸出信號(hào)的單線接插件的插座孔（+ ,插孔）。其中：C:控制器（調(diào)節(jié)器）。該裝置配有三個(gè)單回路調(diào)節(jié)器C1、C2和C3,控制輸出信號(hào)為420mA,每個(gè)調(diào)節(jié)器設(shè)有三對(duì)插座孔（+,插孔）。PV孔為測(cè)量值輸入，SV孔為外設(shè)定輸入或閥位反饋信號(hào)輸入，O孔為調(diào) 節(jié)器輸出。R:記錄儀為無(wú)紙3通道記錄儀，輸入信號(hào)420mA,其中R1孔為1號(hào)通 道，R2孔為2號(hào)通道，R3孔

6、為3號(hào)通道。每個(gè)通道有兩個(gè)插座孔，其中上孔（十 ）接變送器來(lái)的信號(hào)，下孔（）用來(lái)轉(zhuǎn)接到其他儀表作為輸入信號(hào)，注 意不能接錯(cuò)。HT:液位變送器。液位變送器為 LSRY或LSRT, 1# 3嫡入量程均為 0100mmH2O,變送輸出為 420mA。VL :電子式電動(dòng)調(diào)節(jié)閥為電子小流量調(diào)節(jié)閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸入 420 mA 電流信號(hào)，對(duì)應(yīng)閥門(mén)輸出開(kāi)度 0100%。V12和I12 :兩路電壓/電流轉(zhuǎn)換器。其中V1為第1路電壓輸入信號(hào)端， I1為第1路電流輸出信號(hào)端，V2為第2路電壓輸入信號(hào)端，I2為第2路電流 輸出信號(hào)端，O上孔（+ ）插孔接電壓/電流轉(zhuǎn)換器來(lái)的正信號(hào)，下孔（一）插 孔接電壓/電流轉(zhuǎn)換器

7、來(lái)的負(fù)信號(hào)，不能接錯(cuò)。三級(jí)串聯(lián)水箱如圖2.2所示，它由三個(gè)水箱組成，穩(wěn)壓水由兩路經(jīng)過(guò)電動(dòng) 調(diào)節(jié)閥VL1和VL2以及手動(dòng)閥V1V6,分別流入三個(gè)水箱。調(diào)節(jié)閥 VL1和 VL2可以一個(gè)作為控制回路的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，另一個(gè)用于產(chǎn)生擾動(dòng)信號(hào)。若以進(jìn)入 水箱的水流量作為輸入量，水位作為其輸出量，則每一個(gè)水箱可以看成是一階 慣性環(huán)節(jié)的被控對(duì)象。當(dāng)VL1作為控制回路執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)手動(dòng)閥 VI、V3 和V5的打開(kāi)關(guān)閉不同組合使水箱構(gòu)成不同階次的被控對(duì)象。選擇第3個(gè)水箱的液位H3作為被調(diào)變量，關(guān)閉手動(dòng)閥 V1和V3,只打開(kāi)V5,則構(gòu)成一階被 控對(duì)象；關(guān)閉手動(dòng)閥V1和V5,只打開(kāi)V3,使兩個(gè)水箱串聯(lián)，則兩個(gè)慣性環(huán) 節(jié)串

8、聯(lián)構(gòu)成二階被控對(duì)象；關(guān)閉手動(dòng)閥 V3和V5,只打開(kāi)手動(dòng)閥V1,使三個(gè) 水箱串聯(lián)，則三個(gè)慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)構(gòu)成三階被控對(duì)象。當(dāng)然，第一個(gè)水箱的液位 H1和第二個(gè)水箱的液位H2也可以作為被調(diào)變量，構(gòu)成二階或一階被控對(duì)象。圖2.2液位控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置原理圖2.2 控制系統(tǒng)的控制要求1 .單回路液位控制系統(tǒng)單回路液位控制系統(tǒng)是由下列4部分組成的：（1）被控對(duì)象一水箱；（2） 電子閥；（3）液位變送器；（4） PID智能調(diào)節(jié)器等組成。它們連接成控制系 統(tǒng)的方框圖如圖2.3所示。圖2.3單回路液位控制系統(tǒng)方框圖圖2.3中被控對(duì)象是三級(jí)串聯(lián)的水箱，被控制量是水箱的液位Hs,調(diào)節(jié)參 數(shù)是流入水箱的水流量Q,水箱液位

9、由液位變送器檢測(cè)得到液位反饋信號(hào) Hf, 它和液位設(shè)定信號(hào)Hs進(jìn)行比較，得到偏差信號(hào)Hi,調(diào)節(jié)器對(duì)輸入偏差Hi進(jìn) 行PID運(yùn)算，輸出變化量u控制信號(hào)，控制電子調(diào)節(jié)閥門(mén)的閥位，改變調(diào)節(jié)參 數(shù)Q,使被調(diào)參數(shù)H保持在設(shè)定值。其中f為系統(tǒng)擾動(dòng)信號(hào)?？刂埔螅悍€(wěn)態(tài)誤差在2%以?xún)?nèi)，響應(yīng)時(shí)間少于100s2 .雙回路串級(jí)控制串級(jí)PID控制就是將兩個(gè)PID控制器串聯(lián)在一起，控制一個(gè)執(zhí)行閥，實(shí)現(xiàn) 定值控制。在大多數(shù)控制情況下，主控制器采用比例、積分、微分控制，副控 制器采用比例或者比例、積分控制。圖2.4是水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖。有主、副兩個(gè)控制回路，主、副調(diào)節(jié)器相串聯(lián)工作，其中主調(diào)節(jié)器有自己獨(dú)立的給定值

10、Hs,它的輸出U1作 為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的輸出 u2控制執(zhí)行器，以改變主參數(shù) H1。圖2.4串級(jí)液位控制系統(tǒng)方框圖其中，Hs是主參數(shù)的給定值，H1是被控的主參數(shù)，H2是副參數(shù)，fl是 作用在主對(duì)象上的擾動(dòng)，f2是作用在副對(duì)象上的擾動(dòng)。液位串級(jí)控制系統(tǒng)具有兩個(gè)調(diào)節(jié)器、兩個(gè)閉環(huán)回路和兩個(gè)執(zhí)行對(duì)象，由于 著眼點(diǎn)不同，使得主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律選擇不一樣。設(shè)置副回路的 目的主要是為了提高主變量的控制質(zhì)量，因此，副回路具有快速抗干擾的功能， 起著“粗調(diào)”和“先調(diào)”的作用，對(duì)副變量本身沒(méi)有嚴(yán)格的要求。因此，副控 制器一般只選擇比例或比例積分作用，而主變量是需要嚴(yán)格控制的，主控制器 常采用比

11、例積分或者比例積分微分控制器控制要求：響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差都要盡可能的小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線接近理想 曲線，超調(diào)量(7< 20%,調(diào)節(jié)時(shí)間TSW100S,余差< 5%系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)調(diào)試(1)按設(shè)計(jì)好的線路圖接線，確定無(wú)誤后方可合上電源。(2)按照課本要求設(shè)置PID智能控制調(diào)節(jié)器控制參數(shù)(包括二級(jí)參數(shù))(3)先設(shè)定主、副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律、PID參數(shù)。智能調(diào)節(jié)器1主給定 量SV設(shè)為100,智能調(diào)節(jié)器2設(shè)定為外給定。打開(kāi)手動(dòng)閥1,回水閥1打開(kāi) 50%,啟動(dòng)水泵1并運(yùn)行系統(tǒng)。在上位監(jiān)控系統(tǒng)觀察液位串級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)的 輸出特性。該系統(tǒng)為復(fù)雜系統(tǒng)，用工程的方法反復(fù)調(diào)整PID參數(shù)，直到系統(tǒng)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性滿足

12、要求為止。其中PID參數(shù)調(diào)節(jié)按照以下原則對(duì)于液位系統(tǒng)：P (%) 2080, I (分)1-5參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查先是比例后積分，最后再把微分加曲線振蕩很頻繁，比例度盤(pán)要放大曲線漂浮繞大灣，比例度盤(pán)往小扳曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)曲線振蕩頻率快，先把微分降下來(lái)動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)理想曲線兩個(gè)波，前高后低4比1一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低(4)記錄各個(gè)參數(shù)主回路 T0 = 3s,P = 50, I = 40,D = 5,Kp = 2,Ki = 03Kd =5/3副回路 T0 = 3s,P = 100, I = 45,D = 3Kp = 1,

13、Ki =2/15,Kd =0.5最終調(diào)節(jié)達(dá)到的效果：調(diào)節(jié)時(shí)間 90s;超調(diào)量0.16;余差0.02第三章水箱壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本文設(shè)計(jì)了以PC機(jī)為上位機(jī)、AT89C51單片機(jī)為下位機(jī)，并 輔之以傳感器、變頻器以及相關(guān)接口部件的二級(jí)集散壓力控制系統(tǒng)。 著重介紹了基于TLC2543單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。1、引言本課題來(lái)自某管道的流量、液位控制系統(tǒng)，主要研究的是基于單 片機(jī)的壓力參數(shù)的控制和調(diào)節(jié)，即以單片機(jī)為調(diào)節(jié)器，輔助以配套的 A/D , D/A轉(zhuǎn)換單元及電路，通過(guò)執(zhí)行數(shù)字 PID程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。 圖1為該壓力控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，這是一個(gè)單回路反饋控制系統(tǒng)，控制的 任務(wù)是使水箱的壓力等于某定值

14、，減小或消除來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部或外部擾 動(dòng)的影響。交流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪泵通過(guò)閥 1向上水箱供水，調(diào)節(jié)閥2 使之同時(shí)向外排水，達(dá)到被控壓力參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整。 單回路控制系統(tǒng) 由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資小、操作方便、且能滿足一般生產(chǎn)過(guò)程的要求， 故它在過(guò)程控制中得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)一個(gè)單回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝就緒之 后，控制質(zhì)量的好壞與控制器參數(shù)的選擇有著很大的關(guān)系。合適的控 制參數(shù)，可以帶來(lái)滿意的控制效果。反之，控制器參數(shù)選擇的不合適， 則會(huì)使控制質(zhì)量變壞，達(dá)不到預(yù)期的效果。因此，當(dāng)一個(gè)單回路系統(tǒng) 搭建好以后，如何整定好控制器的參數(shù)是一個(gè)很重要的問(wèn)題。圖1單容水箱壓力控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖2、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的作用

15、和功能該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制功能的主要單元是一個(gè)基于單片機(jī)的壓力控制 系統(tǒng)，具結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。主要組成部分有：基于擴(kuò)散硅傳感器 的壓力檢測(cè)單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、以AT89C51單片機(jī)為核心的控制 單元以及調(diào)節(jié)水箱進(jìn)水量的變頻調(diào)速單元具體的工作過(guò)程是：設(shè)定欲穩(wěn)定的水箱的液位高度，通過(guò)壓力檢測(cè)元件獲取當(dāng)前水箱的液位壓力 值，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送單片機(jī)與設(shè)定 值進(jìn)行比較，得到偏差信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器做PID運(yùn)算后，輸給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將變頻器調(diào)速信號(hào)由 數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，由于變頻器的輸出頻率與輸入電壓成比 例，可變的輸出頻率調(diào)整電動(dòng)機(jī)和水泵的轉(zhuǎn)速，

16、從而調(diào)節(jié)流量，達(dá)到 調(diào)節(jié)水箱壓力的目的。在本實(shí)驗(yàn)裝置中，數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的任務(wù)是將檢測(cè)元件獲取的當(dāng)前水箱的實(shí)際液位高度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值，以便單片機(jī)將該電壓值與設(shè)定的電壓值進(jìn)行比較，從而按所得偏差信號(hào)進(jìn)行控制運(yùn)算。本實(shí)驗(yàn)裝置針對(duì)壓力緩慢變化的模擬信號(hào)，考慮到經(jīng)濟(jì)、實(shí)用等因素， 在原有控制器的基礎(chǔ)上，以AT89C51單片機(jī)為核心，利用少量的I/O 接口，采用TLC2543串行A/D轉(zhuǎn)換芯片，擴(kuò)展出一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。AT89C51單片機(jī)是ATEML公司出產(chǎn)的一款經(jīng)濟(jì)、高性能單片機(jī), 其主要特性如下：1）工作頻率為024MHz2）兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器3） 32條可編程I/O 口線，5個(gè)中斷源

17、4） 4K字節(jié)快閃ROM, 128字節(jié)RAM5） 40引腳，DIP封裝模數(shù)轉(zhuǎn)換器選用TI公司的12位串行TLC2543,其分辨率較高, 使用開(kāi)關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成 A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程，且采用的串行輸入 結(jié)構(gòu)。TLC2543有12個(gè)輸入通道，有三種輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，每種數(shù)據(jù) 又可以設(shè)定為不同的數(shù)據(jù)順序（高位在前還是低位在前）。通道的選 擇、數(shù)據(jù)格式的設(shè)定，都是通過(guò)控制器向 TLC2543寫(xiě)控制字來(lái)實(shí)現(xiàn) 的。控制字格式如表1所示。表1控制寄存器中各位定義通道選側(cè)輸入數(shù)據(jù)長(zhǎng)度輸入數(shù)據(jù)順序極性選擇D7(MSB)D6D5D7D3D2D2D0本裝置中液位的測(cè)量采用的是 MPX201 ODP型傳感器。其工作 原理

18、是在單晶硅的基礎(chǔ)上擴(kuò)散出P型或N型電阻條，接成電橋。在 壓力作用下，根據(jù)半導(dǎo)體的壓一阻效應(yīng)，把壓力的變化轉(zhuǎn)換成電阻的 變化，經(jīng)過(guò)測(cè)量電路所測(cè)的輸出電壓反映出所受壓力的變化，即液位的變化。當(dāng)硅膜片上受到壓力1 P和2P作用時(shí)，由于它們對(duì)膜片產(chǎn) 生的壓力正好相反，因此作用在膜片上的壓力AP = P ? P從而可以進(jìn)行壓差測(cè)量。實(shí)驗(yàn)中具體的測(cè)量方式為空氣管傳感方式：將一根管子豎直立 起，具一端放于液體容器中，另一端完全敞開(kāi)，則在管子里面的液面 與容器中的是完全相同的。若將管子的上端封住（接到 MPX201ODP 的壓力面），管子內(nèi)就會(huì)留有一定體的氣體。當(dāng)容器內(nèi)液位變化時(shí)， 管內(nèi)空氣的壓力將會(huì)成比例地

19、變化，則 MPX201ODP傳感器的壓力 面會(huì)將其所感知的壓力變化傳送給TLC2543串行A/D轉(zhuǎn)換芯片，將 該壓力的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。2.3 PID控制器設(shè)計(jì)常規(guī)PID控制作為一種傳統(tǒng)的控制方法，綜合了關(guān)于系統(tǒng)的過(guò)去 （I）、現(xiàn)在（P）和未來(lái)（D）三方面信息，以其計(jì)算量小、實(shí)時(shí)性 好、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于過(guò)程控制中。PID有兩種基本結(jié)構(gòu)，即完全微分型PID和不完全微分型PID。不完全微分型PID又有三種 變異法。為了達(dá)到最優(yōu)的控制效果，PID調(diào)節(jié)參數(shù)Kp （比例增益）、 Td （微分時(shí)間）、Ti （積分時(shí)間）以及微分增益r必須合理設(shè)置。由于本實(shí)驗(yàn)裝置的過(guò)程控制具有慣性大、滯后時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)

20、。理論證明，對(duì)于具有Ket /（1+T 1+T2S）特點(diǎn)的控制對(duì)象，PID是一種 最優(yōu)控制。但常規(guī)PID算法的積分系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，實(shí)際上是一個(gè)兼 顧幾個(gè)方面的折中值。從盡快消除控制系統(tǒng)的靜態(tài)誤差的角度考慮， 希望PID算法的積分系數(shù)盡量的大；但從降低控制過(guò)程中超調(diào)量的角 度考慮，又希望PID控制算法的積分系數(shù)盡量的小。因此在本實(shí)驗(yàn)裝 置的控制系統(tǒng)中，我們采用變速積分PID算法，根據(jù)控制系統(tǒng)的當(dāng)前 狀態(tài)，動(dòng)態(tài)、合理地改變PID控制算法的積分常數(shù)，以提高控制品質(zhì)。3、系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 3.1數(shù)據(jù)采集子程序?qū)τ诖休斎胼敵鰯?shù)模轉(zhuǎn)換器，在編程應(yīng)特別注意TLC2543的工 作時(shí)序，其I/O CLOCK腳

21、接收串行輸入信號(hào)，在I/O CLOCK勺前8個(gè) 上升沿，DIN引腳的8位輸入數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；在I/O CLOCK勺 第4個(gè)下降沿，被選通的模擬輸入電壓開(kāi)始向電容器充電，直到 I/O CLOCK勺最后一個(gè)下降沿為止；將前一次轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的其余 11位輸出 至UDATAOU瑞，在I/O CLOCK勺下降沿時(shí)，數(shù)據(jù)開(kāi)始變化；I/O CLOCK 的最后一個(gè)下降沿，將轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)傳送到內(nèi)部狀態(tài)控制位。因此，TLC2543在每次I/O周期讀取到的數(shù)據(jù)都是前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果， 應(yīng)該 丟棄，再讀一次，即為當(dāng)前轉(zhuǎn)換值。數(shù)據(jù)采集子程序的程序流程圖如 圖3所示。圖3幽睬如蟬f聲流程圖串口初始化單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸子程序的

22、功能是將單片機(jī)通過(guò) TLC2543采集功能選擇CS關(guān)閉將一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)寫(xiě)入SBUFW到的數(shù)據(jù)，通過(guò)單片機(jī)的串行口以一個(gè)固定的波率發(fā)送到 PC機(jī)本實(shí)3金山癇S防愚用600b/s的波特率。為簡(jiǎn)單起|見(jiàn)，等空 字節(jié)為一幀，身傳輸格式為前16位的同步碼，中間16位數(shù)據(jù)（其中將TI清零16為CRc校驗(yàn)碼6個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)是結(jié)束功能選擇CS開(kāi)啟八后12心有柏為系東采集到的數(shù)據(jù)）,最后否發(fā)送完畢3.3讀出12位數(shù)據(jù)的PID控制程序的入口參數(shù)是經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的實(shí)際值，而它的各個(gè) 系數(shù)均由初始化時(shí)確定，若要修改，則通過(guò)單片機(jī)控制屏來(lái)完成。PID 增量型的出口參數(shù)是直接輸入D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)值。本設(shè)計(jì)是將PID控制作為主要控制

23、方法，將其放在初始程序中。不需要時(shí)，只要將其入口地址改變即可。PID控制子程序流程如圖5所示。該P(yáng)ID控制算法的主要目的是消除靜差和提高控制精度，系 統(tǒng)短時(shí)間內(nèi)輸出偏差很大會(huì)導(dǎo)致控制量超出執(zhí)行機(jī)構(gòu)允許的最大動(dòng) 作范圍，從而使系統(tǒng)出現(xiàn)較大的超調(diào)量甚致發(fā)生系統(tǒng)振蕩。）采用變速 積分法根據(jù)系統(tǒng)偏差的大小改變積分項(xiàng)的累積速度，對(duì)提高系統(tǒng)的品質(zhì)十分有效。4、系統(tǒng)其他部分設(shè)計(jì)上位機(jī)和下位機(jī)之間采用基于RS232C通信標(biāo)準(zhǔn)的半雙工數(shù)據(jù)通 信方式，為提高系統(tǒng)抗干擾能力的設(shè)計(jì)了看門(mén)狗電路。文中的數(shù)據(jù)采集與處理程序、上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信程序都使用執(zhí)行效率較高 的匯編語(yǔ)言來(lái)完成，上位機(jī)的人機(jī)交互界面與數(shù)據(jù)輸出程序采用高級(jí) 語(yǔ)言C來(lái)開(kāi)發(fā)。5、總結(jié)本系統(tǒng)以