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1、一个实用的单片机PID方式控温实例§1：基本情况本例中控制对象是一款小型专用工业烘箱要求恒温范围：室温--300℃恒温精度：±1℃（其它指标略）§2：控制器硬件（参考原理图）①.单片机采用(C51系列)TI公司的MCS1210Y4（内部有8通道24位AD转换器）串行口在线编程②.前向通道温度信号（来自烘箱的Pt100电阻信号）经INA118放大送入AD通道CH0③.后向通道I/O口驱动光耦MOC-3061，再驱动大功率双向可控硅输出④.键盘up递增按钮和down递减按钮，设置目标温度⑤.LED（3位）显示温度值（软件切换显示目标温度或采样温度）⑥.电源+5V
2、单电源§3：软件介绍（由C语言编写）①.流程采样当前温度--PID运算--PWM（占空比式）输出②.温度采样采样周期是一个很重要的参数其确定取决于烘箱的固有响应特性参数（比如纯滞后时间θ以及响应时间常数τ）一般值在4--20秒之间（例中取16秒）③.PID运算每采样一次之后进行一次PID运算，得到一个输出量，供输出函数调用.为了下面叙述方便先定义几个变量定义:T_target表示目标温度T_real表示当前温度T_diff表示当前温差并且T_diff=T_target-T_realPID运算表达式如下PWM_OUT=P_OUT+I_OUT+D_OUT+P_H
3、;（求代数和）其中P_OUT=KP*(T_diff)称为比例项，KP是比例系数,比例项的作用是纠正偏差.比例项输出等于比例系数乘当前温差(原理图)I_OUT=KI*∑(diff)称为积分项，KI是积分系数,积分项用于消除系统稳态误差∑(diff)含义是由当前算起前面N次采样温差的和(例中N取20）D-_OUT=KD*Δdiff称为微分项，KD是微分系数,微分项用于减小系统超调量，增加系统稳定性.(Δdiff=当前温差-上次温差）P_H=KC*（T_target）称为维持功率项,达温后（其它项均趋于0）此项起抵消散热维持温度的作用，可增加系统稳定性.KC是维持
4、功率系数如果约定满功率值为100，停止输出功率值为0那末PWM_OUT的取值范围就确定为0--100主要是为了后面编制输出函数时方便简明，直接调用PWM_OUT作为输出占空比的百分数）后面整定系数时就要兼顾PWM_OUT的取值范围§4.源程序（部分）#defineKP3.0//比例系数#defineKI0.3//积分系数#defineKD200.0//微分系数#defineKC0.1//维持功率系数#defineT_c16//采样周期(单位:秒)sbitpid_port=P3^5;//控制输出端口floatT_target=0;//目标温度floatT_re
5、al=0;//当前温度floatPWM=0;//输出控制量bitread_AD_enable=0;//PID运算允许标志位//T0定时器初始化voidTimer0_Init(){TMOD
6、=0x01;TF0=0;TR0=1;IE
7、=0x02;}//读取AD转换值并刻度voidread_AD(void){intdelta_ad;unsignedcharad[3];ad[0]=ADRESH;ad[1]=ADRESM;ad[2]=ADRESL;delta_ad=ad[0]*0x100+ad[1]-0x23cb;if(delta_ad<=0)delta_ad=0;T
8、_real=(float)delta_ad/70;}//*--------PID运算函数voidpid(void){staticfloatdiff[20]={0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};staticfloatsum_diff=0;//∑(diff)staticintcurr_=0;floatp_out,i_out,d_out,temp;floatpwm_0;temp=diff[curr_];if(curr_+1>=20)curr_=0;elsecurr_+=1;sum_diff-=diff[curr_];
9、diff[curr_]=T_target-T_real;sum_diff+=diff[curr_];p_out=KP*diff[curr_];//比例项输出i_out=KI*sum_diff;//积分项输出d_out=KD*(diff[curr_]-temp);//微分项输出pwm_0=KC*T_target;//维持功率项if(i_out>100)i_out=100;//积分分离if(i_out<-100)i_out=-100;PWM=p_out+i_out+d_out+pwm_0;//总输出量if(PWM<0)PWM=0;elseif(PWM>=100)
10、PWM=100;}//输出函数voidPWM_OUT
