内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
第四章 程序调试
4.1 调试PID参数的一般原则和方法
在数字控制系统中，参数的整定是十分重要的，调节系统中参数整定的好坏直接影响调节品质。由于自动控制系统的被控对象千差万别，所以PID的参数也必须随之变化以满足系统的性能要求。一般的生产过程都具有较大的时间常数，而数字控制系统的采样周期则要小得多，所以数字调节器的整定完全可以按模拟调节器的各种参数整定方法进行分析和综合。但是数字调节器除的整定除和自身的参数有关外，还与外部采样周期T有关。从理论上来讲，采样频率越高，失真越小，但从控制空对空本身而言，大都依靠偏差信号E(k)进行计算。当采样周期T太小时，偏差信号E(k)也会太小，这样计算机将会失去调节作用。采样周期过长又会增加误差。因此，采样周期T也必须综合考虑。
PID调试一般原则是在输出不振荡时，增大比例增益Kp。其次是在输出不振荡时，减小积分时间常数TI。然后在输出不振荡时，增大微分时间常数Td。
常用的PID整定方法有试凑法和扩充临界比例度法。 1．试凑法
首先确定比例增益Kp，确定比例增益Kp时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令TI=0,Td=0，使PID为纯比例调节。输入设定为系统允许的最大值的60%~70%，由0逐渐加大比例增益P直至系统出现振荡。再反过来，从此时的比例增益Kp逐渐减小，直至系统振荡消失，记录此时的比例增益Kp。设定PID的比例增益Kp为当前值的60%~70%，比例增益Kp调试完成。
比例增益Kp确定后，确定积分时间常数TI，先设定一个较大的积分时间常数TI，然后逐渐减小TI直至系统出现振荡，之后再反过来，逐渐加大TI直至系统振荡消失。记录此时的TI，设定PID的积分时间常数TI为当前值的150%~180%，积分时间常数TI调试完成。
微分时间常数TD一般不用设定，为0即可。若要设定，与确定Ｋp和TI的方
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法相同，取不振荡时的30%。在本系统中，微分时间常数设为0。
在比例时间常数，微分时间常数和积分时间常数调节完后，再系统空载带载情况下对PID参数进行微调直至满足系统性能要求。
PID常用口诀：
参数整定找最佳，从小到大顺序查 先是比例后积分，最后再把微分加 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢，积分时间往下降 曲线波动周期长，积分时间再加长 2．扩充临界比例度法
扩充临界比例度法是模拟控制器使用的临界比例度法的扩充，它用来整定数字PID控制器的参数。其整定步骤如下：
1）选择合适的采样周期。所谓合适是指周期足够小，一般应选对象的纯滞后时间的1/10以下，此采样周期我们用Tmin表示。
2）用上述的Tmin，仅让控制器作纯比例控制，逐渐增大比例系数kp，直至使系统出现等幅振荡，记下此时的比例系数ku，再记下此时的振荡周期Tu。
3）选择控制度，所谓控制度定义为数字控制系统误差平方的积分与对应的模拟控制系统误差平方的积分之比。
?E2(t)][?0DDC控制度＝2?[?0E(t)]模拟
对于模拟系统，其误差平方积分可由纸上计算。而DDC(直接数字控制)系统直接控制。通常当控制度为1.05时，表示DDC系统与模拟系统的控制效果相当。
4）根据控制度，查表即可求得T，KP，KI，KD。
4.2 程序运行结果
在开发板上进行程序调试时，由于没有实际调试环境，修改了程序设置，虚
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拟了波形发生器产生的20个数组和结晶器振动的20个数组，来查看运行结果以及测试各按键功能。此外，在开发板上进行了键盘引脚的调整并增加了部分代码，分别是在程序开始运行时，蜂鸣器响三声以示程序已开始运行，PORTB口的灯闪烁表示程序运行成功，此外增加了按健声音提示，键盘接口引脚接到了PROTH口。程序运行测试截图如图4-1所示。程序运用于实际时必须再经过参数整定。
图4-1 程序开始运行截图
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第五章 总结
到目前为止，基本完成了毕业设计的内容。回顾整个设计的过程，差不多也就是熟悉MC9S12DG128这款单片机和数字PID控制的过程。从一款完全陌生的单片机到几乎能熟练运用单片机的全部功能，花了很长一段时间，收获也颇多。
首先这款单片机中文资料很少。网上大部分是英文资料，看英文资料进度慢，于是买了几本相关的书。在了解了单片机的相关工作原理的同时，制定基于MC9S12的结晶器振动控制系统和数字PID控制方案。
其次是程序的编写。由于以前没有接触过这款单片机，所以，用了好几周的时间来熟悉编程环境和相关寄存器、I/O端口的操作。软件的编写，不仅涉及到PID的算法，还涉及到硬件电路。通过软件和硬件的结合，也更进一步的体会了嵌入式编程，这也是这次设计中收获最大的地方。在刚开始程序的编写过程中，犯了很多错误，比如PID浮点运算问题，中断调试问题以及到最后才发现的键盘逻辑错误问题，这些问题最后都得到了比较完美的解决。
在设计中，使用了MC9S12DG128的开发板，通过开发板的使用，很快就熟悉和掌握了该单片机的大部分模块的功能。程序运行成功后，由于没有实际调试环境，没有对PID参数进行整定，只能通过串口观察程序运行情况，实在可惜。因此，本程序有等进一步的完善。
这次设计的时间不是很长，我们也不可能通过一次设计就掌握所有单片机设计的知识，但通过这一次设计，让我更深信，只要努力就有收获，单片机的发展日新月异，在今后的工作中，我们还要不断的学习才能适应技术的发展。
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