智能仪表课程设计

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1、 智能仪表综合训练设计说明书智能仪表综合训练设计说明书 题题 目：数字目：数字 PIDPID 控制器设计（控制器设计（LCDLCD 显示）显示） 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 专专 业：测控技术与仪器业：测控技术与仪器 班班 级：级： 指导教师：指导教师： 摘摘 要要 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时， 控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和能控制理论三个段。在工 业过程控制中，由于控制对象的精确数学模型难以建立，系统的参数又经常发生变 化，运用现代控制理论分析综合要耗费很大代价进行模型辨识，建立系统的数学模 型十分困难，应用直接数字控制方

2、法比较困难，所以人们在过程控制系统中大部分 采用PID（Proportion Integration Differentiation.比例-积分-微分控制器）数 字调节器。 此次智能仪表课程设计要求是设计一种数字 PID 控制器，该数字调节器采用 STC89C51 单片机作为主控单元，采用 ADC0832 作为 A/D 转换器，具有数字滤波等功 能，通过 PID 算法实现调节功能，调节器设定值、参数可通过四个独立按键设置， 采用 DS1602 LCD 数字显示，用 PWM 脉宽调制电路输出电压信号。 关键词关键词：数字调节器；A/D 转换器；PID 控制算法；四独立按键；PWM 脉宽调制电路。

3、 1 第一章第一章 前言前言 1.1 数字数字 PID 控制器概述控制器概述 在过程控制中按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的 PID 调 节器（亦称 PID 控制器）是应用颇为广泛的一种调节器。它具有原理简单，易于实 现，健壮性强和适用面广等优点。在计算机应用于生产过程以前，过程控制中采用 的气动、液动和电动 PID 调节器几乎一直占垄断地位。计算机的出现和它在过程控 制中的应用使这种情况开始有所改变。20 多年来相继出现一批复杂的、只有计算机 才能实现的控制算法。然而目前在工业过程控制中，由于工业对象的动态特性未被 完全掌握，得不到精确的数学模型，难以满足控制理论的分析要求

4、，在决定系统参 数时，往往要借助现场调试及经验，在这种场合，PID 调节器就更能显示出它的威 力，应用范围越来越广。即使在过程计算机控制中，PID 控制仍然是应用最广泛的 控制算法。不过，用计算机实现 PID 控制，就不仅仅是简单地把 PID 控制规律数字 化，而是进一步与计算机的逻辑判断能力结合起来，使 PID 控制更加灵活多样，更 能满足生产过程提出的各种各样的要求。PID 调节的实质就是根据输入的偏差值， 按比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用以控制输出。这里需要说明 的是数字式 PID 应用是有条件的。在系统的时间常数远远大于系统的采样周期的场 合，应用数字化 PID 能取得

5、良好的控制效果。如果系统的时间常数与其采样周期相 当，则不宜采用数字 PID 控制，必须寻找其他方法。 在现代工业控制中, 过程控制技术是一历史较为久远的分支。目前，在某些工 业及其他领域的过程控制系统中，简单的单回路控制已不能满足控制的要求。因此 又设计出了串级控制系统、比值控制系统、均匀控制系统、前馈控制系统、选择性 控制系统、分程及阀位控制系统和一些新型控制系统等来对一些参数（如压力、流 量、温度、成分、物位等）进行检测控制。在各种控制系统中控制器是必不可少的 部分，数字 PID 控制器更是发挥着它灵活多样的特性。在实际应用中，根据被控对 象的特性和控制要求，可以灵活地改变 PID 的结

6、构，取其中的一部分环节构成控制 规律，比如比例（P）调节、比例积分（PI）调节、比例积分微分（PID）调节等。 特别是在计算机控制系统中，更可以灵活应用，以充分发挥计算机作用。 2 1.2 PID 调节器简介调节器简介 1.2.1 比例调节比例调节(P) 比例调节器的微分方程为： )(tKpey (1-1) 式中:y为调节器的输出，e(t)为调节器的输入，一般为偏差值，即 e(t)U(R)-Ui(k)， kp 为比列系数。 由上式可以看出，调节器的输出 y与输入偏差 e(t)成正比。因此，只要偏差 e(t) 一出现，就能及时地产生与之成比例的调节作用，具有调节及时的特点，它是最基 本的一种调节规律。 比例调节的特性曲线，如图 1.1 所示。 比例调节作用的大小，除了与偏差 e(t)有关外，主要取决于比例系数 Kp，比例 系数愈大，调节作用愈强，动态特性也愈好。反之，比例系统愈小，调节作用愈弱。 但对于大多数惯性环节 Kp 太大时会引起白激振荡。 1 0 t e(t) 0 y Kpe(t) t0 t0 图1.