PID在水溫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

PAGE漳州師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：PID在水溫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用專(zhuān)業(yè)：物理學(xué)作者：指導(dǎo)教師(職稱(chēng))：漳州師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告論文（設(shè)計(jì)）題目：PID算法在水溫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用姓名年級(jí)所在院系物理學(xué)與電子信息工程系專(zhuān)業(yè)物理學(xué)指導(dǎo)教師開(kāi)展本課題的意義及工作內(nèi)容:對(duì)水溫控制系統(tǒng)有一個(gè)較系統(tǒng)，較細(xì)微的理解，主要是PID算法的更深的認(rèn)識(shí)，希望能在對(duì)水溫控制系統(tǒng)更精確了解下對(duì)整個(gè)系統(tǒng)能夠有效的控制，盡力達(dá)到理想的結(jié)果。對(duì)系統(tǒng)各模塊進(jìn)一步了解的前提下，對(duì)PID算法做一些修改，再對(duì)軟、硬件做出調(diào)整及整體程序的協(xié)調(diào)，進(jìn)一步完善系統(tǒng)?？傮w安排及進(jìn)度：4.22－4.29完成整個(gè)電路的初稿和各個(gè)模塊電路設(shè)計(jì).4.30－5.18確定整個(gè)設(shè)計(jì)詳細(xì)方案.5.19－6.8完成實(shí)際電路的設(shè)計(jì)以及論文報(bào)告.課題預(yù)期達(dá)到的效果：實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的有效控制指導(dǎo)教師意見(jiàn)：PID算法在水溫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,有一定研究?jī)r(jià)值.同意開(kāi)題.簽名：漳州師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期報(bào)告年月日論文（設(shè)計(jì)）題目：PID算法在水溫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用姓名年級(jí)所在院系物理與機(jī)電工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)物理學(xué)指導(dǎo)老師1、簡(jiǎn)述畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)始以來(lái)所做的具體工作和取得的進(jìn)展或成果：查閱大量資料，首先對(duì)系統(tǒng)各模塊的工作原理（電路圖，相關(guān)元件）加深理解，在對(duì)系統(tǒng)整體有一定了解前提下，對(duì)各模塊進(jìn)行初步編程，再用計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)試，從而能完成系統(tǒng)編程。2、目前存在問(wèn)題，下一步的主要研究任務(wù)，具體設(shè)想和安排由于水溫控制系統(tǒng)涉及軟硬件較多，對(duì)各模塊進(jìn)行突破并編程較困難，工作量大，為了能使設(shè)計(jì)有所特色，于是決定對(duì)某模塊進(jìn)行探究。經(jīng)過(guò)衡量，我設(shè)想在接下來(lái)的時(shí)間里就PID算法進(jìn)行針對(duì)性研究，希望能在現(xiàn)有幾種算法的基礎(chǔ)上，探索出更精確、更理想的算法。3、指導(dǎo)教師對(duì)該學(xué)生前期研究工作的評(píng)價(jià)能查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)資料指導(dǎo)老師簽字：賴(lài)義漢20064、中期檢查意見(jiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作指導(dǎo)小組：年月日備注：本表由學(xué)生填寫(xiě)，指導(dǎo)教師、院畢業(yè)設(shè)計(jì)工作指導(dǎo)小組簽署意見(jiàn)漳州師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）指導(dǎo)記錄表論文（設(shè)計(jì)）題目：PID算法在水溫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用姓名年級(jí)所在院系物理與電子信息工程系指導(dǎo)老師指導(dǎo)教師職稱(chēng)/學(xué)歷講師所學(xué)專(zhuān)業(yè)物理學(xué)指導(dǎo)時(shí)間指導(dǎo)地點(diǎn)系辦第一次指導(dǎo)：賴(lài)?yán)蠋熤笇?dǎo):關(guān)于畢業(yè)論文開(kāi)題,以及畢業(yè)論文創(chuàng)作中如何閱讀和參考相關(guān)文獻(xiàn),分析題目的可行性和創(chuàng)新性,要求我大量收集相關(guān)資料.指導(dǎo)方式：（請(qǐng)選擇）面談電話電子郵件指導(dǎo)老師簽字：第二次指導(dǎo)：賴(lài)?yán)蠋焼?wèn)我:有關(guān)資料收集情況和開(kāi)題報(bào)告的準(zhǔn)備情況,并指出我開(kāi)題報(bào)告中存在的不足,給我提供了一些參考資料,要求我繼續(xù)收集資料并完善開(kāi)題報(bào)告.指導(dǎo)方式：（請(qǐng)選擇）面談電話電子郵件指導(dǎo)老師簽字：第三次指導(dǎo)：對(duì)論文初稿進(jìn)行審核,指出論文初稿中的不足,指導(dǎo)修改方案,要求我進(jìn)一步拓寬思路,設(shè)計(jì)出較有新意的作品..指導(dǎo)方式：（請(qǐng)選擇）面談電話電子郵件指導(dǎo)老師簽字：第四次指導(dǎo)：對(duì)論文第二稿的審核,指出論文中的不夠合理處,指導(dǎo)修改方案,希望我對(duì)系統(tǒng)各模塊有所側(cè)重,并能對(duì)某一模塊設(shè)計(jì)電路進(jìn)行編程.指導(dǎo)方式：（請(qǐng)選擇）面談電話電子郵件指導(dǎo)老師簽字：第五次指導(dǎo)：最后定稿,指導(dǎo)論文答辯的注意事項(xiàng),結(jié)合我的論文給出答辯過(guò)程中可能會(huì)涉及的問(wèn)題和解決的方法.指導(dǎo)方式：（請(qǐng)選擇）面談電話電子郵件指導(dǎo)老師簽字：PID算法在水溫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用【摘要】介紹了單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)的軟硬件組成。討論了PID算法和脈寬調(diào)制波的產(chǎn)生方法以及在本系統(tǒng)中的應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】USB溫度控制單片機(jī)PID算法模糊控制【Abstract】Introducedthemonolithicintegratedcircuitwatertemperaturecontrolsystemsoftwareandhardwarecomposition.DiscussedthePIDalgorithmandthepulsewidthmodulatingwaveproductionmethodaswellasinthissystemapplication.【Keyword】USBTemperaturecontrolMonolithicintegratedcircuitPIDalgorithmPulse-durationmodulation目錄一、引言8二、水溫控制系統(tǒng)的總體流程91.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)92.溫敏傳感器93.功率模塊104.人機(jī)交換模塊104.1鍵盤(pán)掃描程序的設(shè)計(jì)105．抗干擾模塊116.系統(tǒng)控制算法116.1日常用的PID算法主要有：數(shù)字PID，智能PID，模糊PID116.2傳統(tǒng)數(shù)字PID算法的改進(jìn)15三、結(jié)束語(yǔ)19四、致謝詞20五、參考文獻(xiàn)210、引言目前多數(shù)水溫控制系統(tǒng)仍采用常規(guī)的PID控制方法，這種方法簡(jiǎn)單、實(shí)用，可靠性高，能滿足大多數(shù)溫度控制要求．但是PID控制參數(shù)的整定依賴(lài)于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，當(dāng)對(duì)溫度精度要求高時(shí)，很難得到滿意的控制效果。本文以AT89C52為核心的水溫控制系統(tǒng),方案是通過(guò)探究各種PID算法的優(yōu)劣，希望能找到更精確、更理想的PID算法得出系統(tǒng)控制量，然后以脈寬調(diào)制波的形式輸出給功率器件。并且為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，在軟硬件方面都采取了相應(yīng)的措施。1水溫控制系統(tǒng)的總體流程系統(tǒng)總體流程圖1所示：圖1系統(tǒng)總體流程圖1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用單片機(jī)的USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件主要包括控制器及其固件程序、USB接13芯片、A／D轉(zhuǎn)換電路。軟件部分主要包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和客戶端應(yīng)用軟件。固件程序編寫(xiě)是整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中最重要的一部分，是系統(tǒng)的靈固件程序的優(yōu)劣直接影響到系統(tǒng)的性能和質(zhì)量。中斷服務(wù)程序負(fù)責(zé)判別主機(jī)發(fā)來(lái)的命令并且把數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄彌_器中以待主循環(huán)函數(shù)處理，芯片命令接13包含了D12芯片的各種功能子程序，其他部分只要調(diào)用子程序就可實(shí)現(xiàn)對(duì)Dl2芯片的控制。溫度采集電路是用來(lái)采集被控對(duì)象的溫度，由溫度傳感器AD590和運(yùn)放OP07構(gòu)成溫度電壓轉(zhuǎn)換，ADc0809構(gòu)成A／D轉(zhuǎn)換，并由軟件對(duì)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性校正。1.2溫敏傳感器AD590是一種新型的體積小、適用電壓寬、與微處理器接口簡(jiǎn)單的數(shù)字化溫度傳感器，測(cè)量溫度范圍為一55～+125。C，精度為土0．5。C?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。AD590的分辨率可根據(jù)實(shí)際情況在9～12位間選擇。溫度檢測(cè)是電器中常見(jiàn)的物理量檢測(cè)，利用溫度傳感器可以將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以此對(duì)電器進(jìn)行智能控制。1.3功率模塊采用隨機(jī)型固態(tài)繼電器控制加熱設(shè)備的方式。隨機(jī)型繼電器采用低電壓輸入方式，一般為DC3～1OV，用可控硅做輸出器件。這樣控制部分與大功率部分實(shí)現(xiàn)隔離，可抑制干擾。過(guò)零型交流固態(tài)繼電器中，SSR的輸入端采用隔離耦合電路，元件多為光耦合器，可以在輸入一輸出端形成很高的絕緣耐壓，它為入一輸出端提供一個(gè)通道的同時(shí)，在電氣上也隔開(kāi)了輸出對(duì)輸入的影響，因此可直接與計(jì)算機(jī)輸出接口相接。光耦合器具有輸入功率小、靈敏度高、輸入電壓范圍寬等特性，使SSR的輸入端能由微處理器或集成電路輸出電平直接驅(qū)動(dòng)。由于光耦合器為電流驅(qū)動(dòng)型器件，若采用TTL或CM0S等邏輯電平控制時(shí)，最好采用有足夠帶載能力的低電平驅(qū)動(dòng)，即SSR輸入端采用低電平控制。輸出端采用功率器件，一般為可控硅或大功率場(chǎng)效應(yīng)管，可以驅(qū)動(dòng)大功率負(fù)載。固態(tài)繼電器是在輸入信號(hào)的控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電路的通斷切換，成功地實(shí)現(xiàn)了微小信號(hào)一數(shù)字邏輯電平對(duì)大功率負(fù)載的控制.1.4人機(jī)交換模塊機(jī)鍵盤(pán)接口相連的不再是標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)鍵盤(pán)，而是只有20腳的AT89C52單片機(jī)和簡(jiǎn)單按鍵開(kāi)關(guān)組成的仿真PC機(jī)鍵盤(pán)，如圖2所示．圖2仿真PC機(jī)鍵盤(pán)1.4.1鍵盤(pán)掃描程序的設(shè)計(jì)在此設(shè)計(jì)這一仿真鍵盤(pán)的鍵盤(pán)掃描程序，采用AT89C52單片機(jī)匯編語(yǔ)言，程序調(diào)試后固化在AT89C52單片機(jī)的ROM中．AT89C52采用“行掃描法”判斷按鍵的掃描碼，具體的方法如下：(1)首先判斷鍵盤(pán)中有無(wú)鍵按下．將全部行線P1．0～P1．3全置低，然后讀取(輸入)列線值，查看其輸入值，若輸入列線值全為1，則表示無(wú)鍵按下，若輸入列線值不全為1，則表示鍵盤(pán)中有鍵按下，進(jìn)行第(2)步操作．(2)判斷按鍵的掃描碼．依次將各行線輸出置為低電平，再輸入列線值，若發(fā)現(xiàn)某列為低，則說(shuō)明該列與置為低電平的行交叉點(diǎn)處的按鍵被按下了，就此形成的行線例線值即是按鍵的掃描碼．1.5抗干擾模塊為了加強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高其抗干擾能力，在軟件和硬件上都采取了相應(yīng)的措施。外圍電路采用固態(tài)繼電器來(lái)控制加熱器件．由于固態(tài)繼電器是以可控硅做輸出的器件，所以避免了大電流信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的干擾。增加了“看門(mén)狗”芯片X5O45，設(shè)定好復(fù)位時(shí)間后他可以在程序“跑飛”的情況下給單片機(jī)復(fù)位。軟件設(shè)計(jì)方面，采集溫度數(shù)據(jù)時(shí)為了防止偶然的干擾使采集到的信號(hào)發(fā)生偏差，因而采用了數(shù)值濾波的方法。為了防止單片機(jī)RAM中的重要數(shù)據(jù)在受干擾時(shí)被沖毀，在程序中把相應(yīng)的數(shù)據(jù)做了備份存人片外的X5O45中，并在系統(tǒng)下次復(fù)位后恢復(fù)數(shù)據(jù)。1.6系統(tǒng)控制算法液體溶液的溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用的，以往比較成熟的控制算法是PID調(diào)節(jié)法．由于過(guò)程控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，變量間的關(guān)聯(lián)性和非線性等原因，使找到一組合適的PID參數(shù)適合整個(gè)系統(tǒng)的寬范圍調(diào)控相當(dāng)困難，這對(duì)要求控制范圍寬，響應(yīng)快，連續(xù)可調(diào)系統(tǒng)就顯得力不從心了，模糊控制則顯示了巨大的優(yōu)越性將模糊控制應(yīng)用于PID調(diào)節(jié)參數(shù)整定，對(duì)水溫系統(tǒng)進(jìn)行控制取得了滿意的效果.1.6.1日常用的PID算法主要有：數(shù)字PID，智能PID，模糊PID。（1）數(shù)字PlD控制算法常規(guī)PID控制器，其控制規(guī)律為：SKIPIF1<0（1）式中：u(t)為PID控制器輸出，被控對(duì)象輸入；e(t)為PID控制器輸入，誤差信號(hào)。由于PLC控制是一種離散控制，只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，因此常規(guī)PID控制中的積分和微分項(xiàng)不能直接使用，需要進(jìn)行離散化處理。以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn)kT代替連續(xù)時(shí)間t，以和式代替積分，以增量代替微分，則對(duì)式(1)可作離散化處理：tSKIPIF1<0KT(k=0,1,2,…….)SKIPIF1<0(2)SKIPIF1<0式中：k為采樣序號(hào)，k=O，1，2，?；T為采樣周期。顯然，上述離散化過(guò)程中，采樣周期必須足夠短，才能保證有足夠的精度。由于被控對(duì)象具有大慣性，且PLC也能滿足一定的采樣頻率，所以這樣近似變換適合使用在本控制系統(tǒng)中。以下將e(KT)簡(jiǎn)化為e(K)。將式(2)代人式(1)，得離散PID表達(dá)式為:SKIPIF1<0(3)增量形式為：SKIPIF1<0(4)式中：u(K)為第k次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值；e(K)為第k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；SKIPIF1<0u(K)為第k次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出增量；SKIPIF1<0e(K)為第k次采樣時(shí)刻輸入的偏差增量；Kp為比例系數(shù)；Kl積分系數(shù)；SKIPIF1<0微分系數(shù)；Z的變換式為：SKIPIF1<0（5）可得數(shù)字PID控制器Z傳遞函數(shù)：SKIPIF1<0（6）（2）智能PlD控制算法由于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型難以建立，常規(guī)的PID控制無(wú)法滿足要求，引入智能控制的概念，提出一種適合本系統(tǒng)的智能PID控制算法。圖3為智能PID控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。對(duì)經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換的偏差量進(jìn)行趨勢(shì)判斷，通過(guò)判斷調(diào)整PID控制參數(shù)。圖3智能PID控制系統(tǒng)定義：SKIPIF1<0e（k）=e(k)-e(k-1)SKIPIF1<0u(k)=SKIPIF1<0(7)式中參數(shù)P，i，d分別為調(diào)整系數(shù)。設(shè)定二個(gè)誤差界限M1，M2，且M1=>m2：當(dāng)e(k)xSKIPIF1<0e(k)>O時(shí)，說(shuō)明誤差在朝誤差絕對(duì)值增大方向變化。但誤差絕對(duì)值本身并不大，控制器實(shí)施一般的控制作用，控制器輸出為：SKIPIF1<0此時(shí)p=i=d=1.2)如果SKIPIF1<0,說(shuō)明誤差較大,加強(qiáng)比例環(huán)節(jié)的作用,以達(dá)到并迅速減少誤差絕對(duì)值的目的,控制器輸出為SKIPIF1<0此時(shí)SKIPIF1<0,i=1,d=1,SKIPIF1<0為放大系數(shù).(2)當(dāng)SKIPIF1<0或者SKIPIF1<0時(shí),說(shuō)明誤差的絕對(duì)值朝減少的方向變化,或者已經(jīng)到達(dá)平衡狀態(tài).此時(shí)保持控制器輸出不變.(3)當(dāng)時(shí),說(shuō)明誤差處于極值狀態(tài).1)如果誤差的絕對(duì)值較大，即SKIPIF1<0，實(shí)施較強(qiáng)的控制作用。SKIPIF1<0此時(shí)p=SKIPIF1<0，i=0，d=0。2)如果誤差的絕對(duì)值較小，即SKIPIF1<0，實(shí)施較弱的控制作用。u(k)=u(k-1)+SKIPIF1<0此時(shí)p=SKIPIF1<0，i=O，d=0。式中SKIPIF1<0為增益系數(shù)，SKIPIF1<0>1；SKIPIF1<0為抑制系數(shù)，0<SKIPIF1<0<1。(4)SKIPIF1<0時(shí)，說(shuō)明溫度誤差的絕對(duì)值已經(jīng)很大。此時(shí)無(wú)論誤差變化趨勢(shì)如何，控制器都應(yīng)按最大(或最小)輸出，以達(dá)到迅速調(diào)整誤差的目的，使誤差絕對(duì)值以最大速度減小。u(k)=u(k-1)+SKIPIF1<0式中SKIPIF1<0為放大系數(shù)。（3）模糊PID算法將模糊控制融人PID算法之中，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的輸入輸出的結(jié)果數(shù)據(jù)，參考現(xiàn)場(chǎng)操作人員的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，就可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。PID校正的控制量為：（8）式中e為位置給定值與測(cè)量值的偏差量；e為第n次采樣的偏差量；e為第n一1次采樣的偏差量；T為采樣周期；T1為積分時(shí)間；TD為微分時(shí)間；Kp為比例系數(shù)。根據(jù)推理寫(xiě)出(n—1)PID輸出表達(dá)式為：（9）本系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，系統(tǒng)實(shí)際采用的增量式PID控制算法為（10）兩個(gè)式子相減得增量計(jì)算法公式：（11）用控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，分析了不同響應(yīng)時(shí)間階段PID三個(gè)增益調(diào)節(jié)參數(shù)的理想變化情況，并根據(jù)這種變化，分別給出兩個(gè)目標(biāo)位置，第二目標(biāo)位置是最終要求到達(dá)的位置．通過(guò)這樣的調(diào)整結(jié)合傳統(tǒng)PID算法?？梢杂行У母纳瓶焖傩院统{(diào)量之間的矛盾，使控制系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制效果。1.6.2傳統(tǒng)數(shù)字PID算法的改進(jìn)（1）傳統(tǒng)數(shù)字PID算法①位置式控制算法。位置式PID控制算法描述為：SKIPIF1<0（12）式中：k=0，1，2??為采樣序號(hào)；u(k)為第k次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值；e(k)為第k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；K=KpT／TI為積分系數(shù)；KD=KpTD／T為微分系數(shù)Kp為比例系數(shù)；TI為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)；T為采樣周期。該算法的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)是每次輸出均與先前狀態(tài)有關(guān)，要對(duì)e(k)進(jìn)行累加，運(yùn)算工作量大，而且輸出的u(k)對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，u(k)的大幅度變化會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化。②增量式控制算法。增量式PID控制算法描述為：SKIPIF1<0（13）式中：Ve(k)=e(k)-e(k一1)。該算法的優(yōu)點(diǎn)是：由于計(jì)算機(jī)輸出增量，誤動(dòng)作時(shí)影響??；當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，由于輸出通道或執(zhí)行裝置具有信號(hào)鎖存作用，故仍能保持原值?？刂圃隽俊鱱(k)的確定僅與最近次的采樣值有關(guān)，易通過(guò)加權(quán)處理而獲得較好的控制效果。其不足之處為：積分截?cái)嘈?yīng)大、有靜態(tài)誤差、溢出的影響大。③積分分離式控制算法。積分分離PID控制算法描述為：

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（14）

SKIPIF1<0

即偏差值le(k)l比較大時(shí)，采用PD控制，可避免過(guò)大的超調(diào)，又使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)。當(dāng)Ie(k)I≤SKIPIF1<0時(shí)，即偏差值le(k)l比較小時(shí)，采用PID控制，可保證系統(tǒng)的控制精度。（2）PID算法的調(diào)試在實(shí)際應(yīng)用中，傳統(tǒng)PID算法在超調(diào)的處理上都是采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，使其盡可能的小，而且穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)。對(duì)于某些需要快速、達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的情況，利用傳統(tǒng)PID控制算法實(shí)現(xiàn)較傳統(tǒng)PID算法難，而超調(diào)量從理論上分析是不響應(yīng)曲線圖可避的．過(guò)大的超調(diào)量還會(huì)給生產(chǎn)實(shí)踐帶來(lái)很多不必要的損失。我們期望系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速、穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)的狀態(tài)．快速性會(huì)帶來(lái)超調(diào)量大的后果，超調(diào)量大自然帶來(lái)的是穩(wěn)定時(shí)間加長(zhǎng)，影響系統(tǒng)的快速性。超調(diào)量的產(chǎn)生不僅與所調(diào)參數(shù)有關(guān)，而且與具體控制的對(duì)象屬性有很大的關(guān)系。對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)字PID算法的一些改進(jìn)在改進(jìn)傳統(tǒng)PID算法基礎(chǔ)上．利用控制過(guò)程所產(chǎn)生的超調(diào)量來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制。控制響應(yīng)曲線如圖4所示。圖4改進(jìn)PID曲線響應(yīng)圖⑶理論分析實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中采用PID算法可以利用產(chǎn)生的超調(diào)量來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)控制，使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較為滿意的控制效果。超調(diào)頂點(diǎn)P的特點(diǎn)為：速度基本為“0”、接近目標(biāo)位置r2。利用超調(diào)量實(shí)際上就是以前一次PID控制算法的超調(diào)頂點(diǎn)助起點(diǎn)，以最終實(shí)現(xiàn)控制位置r2為終點(diǎn)，即以初速度為“0”。短距離運(yùn)動(dòng)。例如在圓周運(yùn)動(dòng)中我們可以稱(chēng)這為小角度運(yùn)動(dòng)控制。由以上可知。實(shí)際調(diào)試過(guò)程中。只需要調(diào)節(jié)小角度(小距離)PID算法參數(shù)。如圖8所示'r2為最終控制目標(biāo)位置，r1為虛擬目標(biāo)位置，t1、t3和t2、t4分別為傳統(tǒng)PID控制算法和改進(jìn)PID控制算法的上升時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間。首先應(yīng)該確定r1的位置，rl=r2-(最大超調(diào)量+余量)，運(yùn)動(dòng)控制先以虛擬目標(biāo)位置r2為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，當(dāng)?shù)竭_(dá)超調(diào)頂點(diǎn)時(shí)，立刻轉(zhuǎn)為小角度(小距離)PID控制。從圖4中可以看出t2>t1,t4>t3犧牲了部分上升時(shí)間，卻縮短了穩(wěn)定時(shí)間，使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速、穩(wěn)定的控制效果。數(shù)字PID控制算法可以表示為：SKIPIF1<0SKIPIF1<0=SKIPIF1<0(15)SKIPIF1<0式中SKIPIF1<0為n時(shí)刻的控制輸出，SKIPIF1<0為n時(shí)刻的偏差值，w為設(shè)置值，SKIPIF1<0為被控量時(shí)刻輸出，SKIPIF1<0，分別為采樣時(shí)間，積分時(shí)間和微分時(shí)間，SKIPIF1<0為比例控制系數(shù)。SKIPIF1<0SKIPIF1<0對(duì)典型控制曲線進(jìn)行分析(如圖5所示)，可以將曲線分成t1，t2，t3，t4.4段，其中l(wèi)，3段溫度變化是逼近設(shè)定點(diǎn)的，2，4段溫度變化是遠(yuǎn)離設(shè)定點(diǎn)的，因此可以在f1，段減小PID參數(shù)值，降低控制強(qiáng)度，減少超調(diào)和振蕩，在2，4段加大PID參數(shù)值，增強(qiáng)控制作用，使其迅速回到平衡點(diǎn)，達(dá)到平衡．上述模糊控制思想對(duì)PID參數(shù)的變化與偏差、和控制曲線斜率的關(guān)系進(jìn)行分析，可以得到如下數(shù)學(xué)模型：SKIPIF1<0（16）SKIPIF1<0（17）SKIPIF1<0（18）圖5其中sign(SKIPIF1<0)為符號(hào)函數(shù)，且有sign(SKIPIF1<0)=SKIPIF1<0{SKIPIF1<0的選取與SKIPIF1<0有關(guān)，通常有SKIPIF1<0。在動(dòng)態(tài)控溫系統(tǒng)中，采用傳統(tǒng)PID控制與PID參數(shù)模糊整定相結(jié)合的方法。首先由試驗(yàn)給出一組PID參數(shù)和閾值SKIPIF1<0，當(dāng)時(shí)