基于ARM的高精度PID温度控制器.pdf

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1、ZUlj牛仪表技术与传感器2013第l0期InstrumentTechniqueandSensorNo．10基于ARM的高精度PID温度控制器张军(济南大学物理科学与技术学院，山东济南250022)摘要：设计了一种基于ARM微控制器，采用继电型PID自整定方法实现的用于电阻炉温度的控制器。阐述了继电型PID自整定控制器的工作原理，参数自整定方法和PID控制算法。列出了该温控器的硬件结构和各软件模块功能。试验结果表明控温精度高，可达到±0．1℃，同时鲁棒性强，动态响应好，上升时间快，超调小。关键词：温度控制；PID控制；继电自整定；ARM微控制器中图分类号：TP23文献标识码：A文章编号：10

2、02—1841(2013)10—0065—02ARM-basedHigh-precisionPIDTemperatureControllerZHANGJun(SchoolofPhysicsandTechnology，UniversityofJinan，Jinan，250022，China)Abstract：AtemperaturecontrollerwhichisbasedonARMmicrocontrollerandadoptedrelaytypePIDself-tuningmethodisusedtocontrolresistancefumace．Itsoperationprincipl

3、e，parameterself-turningmethodandPIDcontrolalgorithmiselaborated．Itshardwareconstructionandsoftwaremodulefunctionsarelist．Theresearchshowsthatthetemperaturecontrollingaccuracycanbeupto±0．1℃．Italsoshowsthecontroller’Sotherfeatureslikestrongrobustness，gooddynamicresponse，fastrisetime，small0一vershoot，e

4、tc．Keywords：temperaturecontrol；PIDcontrol；relayselftuning，ARMmicrocomputer0引言式中：为采样控温周期；ri为积分时间常数；为微分时间常电阻炉在各种电加热温度控制场合中有广泛的应用。如数；u(k)为第次控制时控制器的输出；e(k)为第k次控制时在干井炉、晶体炉、扩散炉、热处理炉和热电偶检定炉等精度要的偏差信号；为第k次控制时控制器的比例系数；为第求高的炉子中，高精度、高可靠的控温系统对稳定炉温、提高产k次控制时控制器的积分系数；／T为第k次控制时控制器品质量、节约能源等有十分重要的意义。文中设计的温控器采的微分系数KO；

5、u(一1)为第k一1次控制时控制器的积分累积用LPC2136(ARM7TDMIS)微控制器加上外围接口芯片电路组量。成，该温控器集温度设定、稳定时间、温度检测和控制于一体，1．2继电型PID参数自整定法可对电加热炉进行控制，满足不同工艺的要求，取得了满意的PID控制算法技术比较成熟，在对象参数变化速度较慢的控温效果⋯。系统中可获得良好的控制质量，但在实际应用中，PID控制的难1继电型自整定PID温度控制器设计原理点在于如何对控制参数进行整定。所以，PID控制参数整定是PID控制器由于具有算法简单、鲁棒性好和可靠性高等特温控器设计的核心内容，它根据被控过程的特性确定PID温控点，在实际控制系统

6、设计中得到了广泛的运用。该温控器采用器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制算法控温。PID控制器参数整定的方法很多。理论计算整定法需依据1．1PID控制算法}控制系统建立数学模型，所得到的计算数据不一定能直接使PID控制的理想微分方程为：用，还必须通过工程实际进行调整和修改；经验公式需要有丰富的经验；基于启发式的推理技术的参数自整定需要建立专家u㈤=Kpe(f)+Kre(r)dr+系统和推理机制，计算量大。因此，在温控器中，采用继电型式中：e(t)为偏差值，e(t)=r(t)一c(t)，可作为温控器的输入PID自整定法实现温控仪的参数自整定功能。如图1所示。信号；r(t)为设定值

7、；c(t)为被测量值；为比例系数；K为积分系数；为微分系数；Ⅱ(t)为调节器的输出控制量。在计算机控制系统中，由于计算机只能处理数字信号，故上述理想微分方程必须加以变换，把PID控制的理想微分方程数字化，变为差分方程得到该温控器采用的算式：“(k)=“(k一1)+×{()一e(k一1)+(／)×e(k)+图1继电型PID自整定控制结构框图(rVr)×[e(k)一2e(k一1)+P(k一2)]}继电型PID自整