4.3 数模转换电路
4.4 键盘连接电路
4.5 LED显示电路
16
第五章 控制算法的确定
5.1 温度控制算法选择
通常加热器温度控制器的温度控制都采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出实测温度对所需温度的偏差值。然后对偏差值处理获得控制信号去调节电阻炉的加热功率。以实现对炉温的控制。在工业上，偏差控制又称PID控制．这是工业控制过程中应用最广泛的一种控制形式，一般都能收到令人满意的效果。
PID控制器有比例单元（P）、积分单元(I)、微分单元（D）组成，它的基本原理比较简单，基本的PID控制规律可描述为：
PID控制用途广泛，使用灵活，已有系列化控制器产品，使用中只需要设定三个参数(KP、KI和KD)即可。在很多情况下 ，并不一定需要三个单元，可以取其中的一到两个单元，不过比例控制单元是必不可少的。 PID控制的具有以下优点：
（1）原理简单，使用方便，PID参数KP、KI和KD可以根据过程动态特性及时调整。如果过程动态特性发生变化，如对负载变化引起的系统动态特性变化，PID参数就可以重新进行调整和设定。
（2）适应性强，按PID控制规律进行工作的控制器早已商品化，即使目前最新式的过程控制计算机，其基本控制功能也仍然是PID控制。PID应用范围广，虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过适当简化，可以将其变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，就可以进行PID控制了。
（3）鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不太敏感。但不可否认PID规律也有其固定的缺点。PID在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时，效果不太好；最主要的是：如果PID控制器不能控制复杂过程，无论怎么调参
17
数作用都不大。在科学技术尤其是计算机技术迅速发展的今天，虽然涌现出许多新的控制方法，但PID仍因其自身的优点而得到了最广泛的应用。
5.2 调节器参数的工程整定
当一个控制系统设计安装完成后，系统各个环节以及被控对象各通道的特性就不能在改变，而唯一能够改变的就是调节器的参数，即调节器的比例度、积分时间和微分时间。通过改变这三个参数的大小就可以改变整个系统的性能，获得较好的过渡过程和控制质量。调节器参数整定的目的就是按照已定的控制系统，求取控制系统质量最好的调节器参数。
调节器参数的整定方法有很多中，通常可分为两大类：理论计算整定法和工程整定法。理论计算整定法一般适用于科研工作中做方案比较用。工程上常常从实际出发，使用另一种方法即工程整定法。所谓工程整定法就是避开被控对象的特性和数学描述，在被控对象运行时，直接在控制系统中，通过改变调节器参数，观察被控变量的过渡过程，来获取调节器参数的最佳值。
这里采用临界比例度法，工程整定法的一种。临界比例度发又称Ziegler-Nichols方法，早在1942年提出。它首先求取在纯比例作用下的闭环系统为等幅振荡过过程时的比例度和振荡周期，然后根据经验公式计算相应的调节器参数。通常将等幅振荡下的比例度和震荡周期分别称为临界比例度和临界周期。临界比例度法便于使用，而且在大多数控制回路中能够得到较好的控制品质。
临界比例度法整定参数的具体步骤是：首先将调节器的积分作用和微分作用全部除去，在纯比例的情况下，按比例度从大到小的变化规律，对应与某一比例度值做小幅度的设定值阶跃干扰，知道获得等幅振荡过渡过程曲线，这时的比例度未临界比例度，振荡周期为临界周期Tk,可在过渡过程曲线上求取。最后根据所给的经验公式计算出调节器各参数的整定数值。
表一 稳定边界法参数整定计算公式 控制规律 P PI PID
δ 2δc 2.2δc 1.7δc Ti 0.833Tc 0.5Tc Td 0 0 0.125Tc 18
5.3 用MATLAB对系统进行仿真
已知料筒温控对象的数学模型为一阶惯性加纯滞后环节：
1、采用MATLAB工具箱仿真料筒温控对象的数学模型（一阶惯性加纯滞后环节），在simulink窗口下模拟数学模型，输入阶跃信号。
稳定边界法整定的第一步是获取等幅振荡，kp设为13.1，选定仿真时间，设置延迟时间，仿真运行，运行完毕后双击“Scope”得到如下图所示结果：
19
2、根据上表一，可以求得PID控制整定时，比例放大系数Kp1=13.1，将“Kp”的值设定为7.86，将“Ki”的值设定为0.04764，将“Kd”的值设定为324,仿真运行，运行完毕后，运行完毕后双击“Scope”得到如下图：
2、这个参数不是最优的，不断进行调试，最终设定值为Kp=6.5，Ki=0.01，
Kd=240，仿真运行，运行完毕后，运行完毕后双击“Scope”
20