應用單片機智能控制自整定pid調(diào)節(jié)器

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1、目錄第1章引言2第2章自整定PID調(diào)節(jié)器原理52.1PID調(diào)節(jié)器概述52.2常規(guī)PID調(diào)節(jié)器的離散模型52.3被控過程的數(shù)學模型72.4過程模型參數(shù)的自動辨識82.5自整定PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的確定92.6應用實例11第3章系統(tǒng)硬件電路123.1總體電路:最小系統(tǒng)圖123.2器件選擇12第4章軟件設計144.1PID運算主程序設計144.2RAM單元分配14第5章調(diào)試仿真165.1軟件調(diào)試：KEIL165.2電路仿真:ProteusISIS205.3仿真結(jié)論21第6章結(jié)束語22致謝23參考文獻24附錄：程序清單25-32-第1章引言智能自整定調(diào)節(jié)器的研究意義隨著微型計算機的功能愈來愈

2、強及可靠性的不斷提高。近年來，國外先后提出了智能自整定調(diào)節(jié)器的多種方案，并在實際應用中取得了較好的控制效果。1983年的美國FOXBORO公司推出的自整定PID參數(shù)的EXACT控制器，使PID調(diào)節(jié)功能更有效。智能自整定調(diào)節(jié)器的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和研究方向文【2】分析了將專家系統(tǒng)方法應用到該智能控制儀表中的PID調(diào)節(jié)器參數(shù)自整定的原理和方法。日本東芝公司和富士通公司也先后推出了TOSDIC-211和FUJIMICREX自整定調(diào)節(jié)器。在過程工業(yè)界，從40年代開始，采用PlD控制規(guī)律的單輸入單輸出簡單反饋控制回路已成為過程控制的核心系統(tǒng)。目前，PID控制仍廣泛應用，即便是在大量采用DCS控

3、制的最現(xiàn)代化的裝置中．這類回路仍占總回路數(shù)的80%-90%。這是因為PID控制算法是對人的簡單而有效操作方式的總結(jié)與模仿，足以維護一般工業(yè)過程的平穩(wěn)操作與運行，而且這類算法簡單且應用歷史悠久，工業(yè)界比較熟悉且容易接受。PID參數(shù)的自整定一般包括兩部分內(nèi)容：一是過程特性的提取，也稱為韌熱校正部分，即對過程進行辨識，得到過程的動態(tài)特性，求得過程的增益、時間常數(shù)、延妲時間，然后按過程的特征參數(shù)或者按部分模型的匹配法設定P1D參數(shù)。二是確定相應的最優(yōu)控制器參數(shù)，也稱為在線校正部分，是通過對控制響應的波形進行在線監(jiān)視，求出性能控制指標，即超調(diào)量、振幅衰減比等，然后建立調(diào)整規(guī)則對PID參數(shù)進

4、行更新。自Ziegler和Nichols提出PID參數(shù)整定方法起，有許多技術(shù)已經(jīng)被用于PID控制器的手動和自動整定。Ziegler-Nichols階躍響應是確定PID參數(shù)的簡單方法，根據(jù)純滯后時間和時間常數(shù)來鑒定控制器的參數(shù)。但是該方法僅在純滯后時間與時間常數(shù)之比處于0.1-1之間時才適用，對于大的純滯后需采取專門補償措施。另外設方法借助于作圖來確定特征參數(shù)，得到的控制器是使用尚可的或次優(yōu)的，并不能得到最優(yōu)的控制器。其中應用廣泛的有臨界靈敏度法，需要測量臨界增益和臨界周期從而得到合適的PID參數(shù)。Z-N法需要使系統(tǒng)接近臨界章臺運行，這很易產(chǎn)生增幅振蕩，并使系統(tǒng)毀壞。-32-為克服

5、二Z-N閉環(huán)方法的缺點，知名學者Astrom曾提出基于繼電反饋的方法，該方法的基本思路是在繼電反饋下觀測過程的極限環(huán)振蕩，并由極限環(huán)的特征來確定過程的基本性質(zhì)，然后算出PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)。繼電器自整定操作簡單。不需要較多的有關(guān)被控對象的先驗知識即可以整定控制囂參數(shù)的優(yōu)點，預先確定的參數(shù)少，僅僅是繼電特性的輸出高度和滯環(huán)寬度。而且它是在閉環(huán)條件下完成的，所以對擾動不靈敏，而且所產(chǎn)生的極限環(huán)振蕩又是一種受控振蕩，易于控制。Astrom在1988年美國控制會議(ACC上作的《TowardIntelligentControl》的大會報告概述了結(jié)合新一代工業(yè)控制器中的兩種控制思想-自整定和

6、自適應，為智能PID控制的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。他認為自整定控制器和自適應控制器能視為一個有經(jīng)驗的儀表工程師的整定經(jīng)驗的自動化，自整定調(diào)節(jié)器應具有推理能力。自適應PID的應用途徑的不斷擴大使得對其整定方法的應用研究變得日益重要。自適應技術(shù)中最主要的是自整定。根據(jù)發(fā)展階段來分，PID參整定可分為常規(guī)PID參數(shù)整定方法及智能PID參數(shù)整定方法；按照被控對象個數(shù)來劃分可分為單變量PID參數(shù)整定方法及多變量PlD參數(shù)整定方法，前者包括現(xiàn)有大多數(shù)整定方法，后者是最近研究的熱點及難點。按控制量的組臺形式來劃分，可分為線性PID參數(shù)整定方法及非線性PID參數(shù)整定方法。前者用于經(jīng)典PID調(diào)節(jié)囂，后者用

7、于非線性跟蹤微分器和非線性組合方式生成的非線性PID控制器。按工作機理劃分，自整定方法能分為兩類：基于模型的自整定方法和基于規(guī)則的自整定方法。目前來說，在眾多的整定方法中主要有兩種方法在實際工業(yè)過程中應用較好。一種是基于繼電反饋的參數(shù)整定方法另一種是Foxboro公司推出的基于模式識別的參數(shù)整定方法。后者主要應用于Foxboro的單回路EXACT控制器及分散控制系統(tǒng)I/ASeries的PIDE功能塊，其原理是基于Bristol在模式識別方面的早期工作。前者的應用實例較多，這類控制