基于AVR单片机的自整定PID控制器的设计

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1、单片机开发与应用文章编号：1008—0570(2010)09—2-0091-03基于AVR单片机的自整定PID控制器的设计Self-tuningP

2、DcontrollerdesignBasedAVRMicrocontroller(北方工业大学)孙德辉吴海燕李志军SUNDe-huiWUHai-yanLIZhi-jun摘要：本文介绍了基于AVR单片机的自整定PID控制器的设计．该控制器以FESTO水位为控制对象，控制核心为ATmega128单片机．采用继电自整定PID算法，并用LED数码管实时显示控制情况．

3、实验结果表明，本设计可以根据实际情况在线自整定PID参数．控制效果快速，平稳，超调量小。关键词：ATmega128单片机；水位控制；继电型PID自整定中图分类号：TP273文献标识码：BAbstract：Inthispaper，adesignofSelf-tuningPIDcontrollerbasedontheAVRmicrochipisintroduced．TakingwaterleveloftheFESTOascontrolledobject，thecontrollertakesATmega128

4、asthecontrolcore，adoptstherelayauto—tuningPIDalgorithm，andre—al—timedisplayscontrolsusingLED．Experimentalresultsshowthatthedesigncouldrealizeonlineself—tuningPIDparameters．Thecontro1effectisfast，stable，andhassmallovershoot．Keywords：ATmega128microchip；wat

5、erlevelcontrol；relayauto--tuningPID控制过程为：控制系统的AD采样电路对FESTO控制对象引言的传感器电压信号进行采样，转换成数字信号，把数字量与设定PID控制器是过程控制中所用的主要控制器-由于其算法简值进行比较-进行PID算法的计算，计算后的结果经过DA转换单．鲁棒性好和可靠性高等特点，被广泛应用于工业过程控制．但后，输出控制量，对水位进行控制．是PID参数的整定一般需要经验丰富的工程技术人员来完成．2硬件设计既耗时又费力，加之实际系统有滞后和非线性等因素，增加了P

6、ID参数整定的难度．如何在线自整定PID参数，以符合过程控2．1单片机的选择制的要求。是目前控制器设计中的一个重要课题，它不仅能减少本设计采用ATmega128作为核心芯片．ATmega128是基于操作人员的负担，还可以得到最佳运行．继电自整定是目前已提AVRRISC结构的8位低功耗CMOS微处理器．由于其先进的出的PID参数自整定方法之一．它的基本原理是利用继电反馈指令集以及单周期指令执行时间，ATmega128的数据吞吐率高引起的极限振荡周期来确定系统的临界增益和振荡周期，然后达1MIPS／MI-I

7、z．从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛采用Ziegler--Nichols、极点配置等方法来整定PID参数．盾．而且它具有ISP功能．可在系统内编程，使用方便．本文设计了一种基于ATmega128单片机的继电自整定2．2键盘输入电路的设计PID控制器．采用8位LED数码管对控制对象的测量值和用户本控制器采用6个按键：循环键，增键，减键，确定键，切换键设定值进行实时显示．在FESTO控制系统的水位对象上进行了和自整定键．采用中断扫描的方式扫描按键．实验研究．实验结果表明了设计的有效性．6个按键的功能

8、如下：切换键进行工作状态和参数设定状态的切换；循环键对PID参数以及设定值字符进行循环切换；增1系统组成键和减键对数值进行增减：确定键对设定的数值进行保存：按下根据仪表的功能，把硬件和软件分为若干个模块，分别进行自整定键后进行在线自整定PID参数．设计和调试，最后再把它们连接起来，进行总体调试．2．3LED显示电路本控制系统主要分为6个模块：核心芯片ATmega128单片本设计采用两个4位数码管进行显示．采用SPI串行口。定机，8位LED显示电路，键盘输入电路，AD转换电路，DA转换电时动态扫描．在工作

9、状态下。一个4位数码管显示测量值。另一路以及电源转换电路．主要框图如图1．1．个4位数码管显示目标值：在参数设定状态下，一个显示字符，另一个显示设定值．2．4AD和DA转换电路本设计采用AD7810和TLC5617作为AD和DA转化芯片．AD7810是美国模拟器件公司(AnalogDevices)生产的一种低功耗10位高速串行A／D转换器．该产品有8脚DIP和SOIC图1．1结构框图两种封装形式．并带有内部时钟．它的外围接线极其简单，AD7