基于數(shù)字PID和51單片機的溫度控制系統(tǒng)

2．2 溫控算法
溫控系統(tǒng)采用數(shù)字PID算法，并由軟件實現(xiàn)，所謂PID控制就是按設(shè)定值與測量值之間偏差的比例、偏差的積累和偏差變化的趨勢進行控制。它根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量。因此PID控制律的實現(xiàn)，必須用數(shù)值逼近法。當采樣周期相當短時，可以用求和代替積分，用差商代替微分，即做如下近似變換：

式中，k為采樣序號，k=l，2，…；T為采樣周期。
顯然，上述離散化過程中，采樣時間T必須足夠短，才能保證有足夠的精度。為了書寫方便，將e(kT)簡化表示成e(k)等，即省去T。可以得到離散的PID表達式為：

式中，k為采樣序號，k=1，2，…，；u(k)為第k次采樣時刻的計算機輸出值；e(k)為第k次采樣時刻輸入的偏差值；e(k-1)為第(k-1)次采樣時刻輸入的偏差值；K1為積分系數(shù)，；KD為積分系數(shù)。

該系統(tǒng)采用增量式PID控制算法，是指數(shù)字控制器輸出只是控制量的增量，該算法編程簡單，數(shù)據(jù)可以遞推使用，占用存儲空間少，運算快。
根據(jù)遞推原理可得：


3 結(jié)束語
本文主要從硬件和軟件兩個方面具體描述了基于數(shù)字PID的89C52單片機溫度控制系統(tǒng)的構(gòu)造。該系統(tǒng)充分發(fā)揮了89C52單片機對模擬量的采集處理和增量式數(shù)字PID控制算法的功能，可以比較靈活的調(diào)節(jié)控制信號的導通時間來控制加熱電路和冷卻電路的工作。該系統(tǒng)基本滿足了溫度控制的要求，具有超調(diào)量小，振蕩幅度小，設(shè)定值可以隨時用按鍵人為設(shè)定等優(yōu)點，同時該系統(tǒng)還避免了控制過程中的不確定性及噪聲，提高了系統(tǒng)的工作效率。理論和實踐證明，該系統(tǒng)具有高可靠性、高性價比、控制簡單方便等優(yōu)點，大大提高測量的精度。