1、一個實用的單片機 PID 方式控溫實例1:基本情況本例中控制對象是一款小型專用工業烘箱要求恒溫范圍：室溫-300C恒溫精度：與 C（其它指標略）他：控制器硬件（參考原理圖）.單片機采用（C51 系列）TI 公司的 MCS1210Y4（內部有 8 通道 24 位 AD 轉換器）串行口在線編程2.前向通道溫度信號 （來自烘箱的 Pt100 電阻信號） 經 INA118 放大送入 AD 通道 CH03.后向通道 I/O 口驅動光耦 MOC-3061,再驅動大功率雙向可控硅輸出4.鍵盤 up 遞增按鈕和 down 遞減按鈕，設置目標溫度5.LED（3 位）顯示溫度值（軟件切換顯示目標溫度或采樣溫度）6

2、.電源+5V 單電源8：軟件介紹（由 C 語言編寫）1.流程采樣當前溫度-PID 運算-PWM（占空比式）輸出2.溫度采樣采樣周期是一個很重要的參數其確定取決于烘箱的固有響應特性參數（比如純滯后時間 0 以及響應時間常數力一般值在 4-20 秒之間（例中取 16 秒）3.PID 運算每采樣一次之后進行一次 PID 運算，得到一個輸出量，供輸出函數調用.為了下面敘述方便先定義幾個變量定義：T_target 表示目標溫度T_real 表示當前溫度T_diff 表示當前溫差并且 T_diff=T_target-T_realPID 運算表達式如下PWM_OUT=P_OUT+I_OUT+D_OUT+P_

3、H;（求代數和）其中 P_OUT=KP*（T_diff）稱為比例項，KP 是比例系數，比例項的作用是糾正偏差.比例項輸出等于比例系數乘當前溫差（原理圖）I_OUT=KI*E（diff）稱為積分項，KI 是積分系數，積分項用于消除系統穩態誤差2（diff）含義是由當前算起前面 N 次采樣溫差的和（例中 N 取 20）D-_OUT=KDAdiff 稱為微分項，KD 是微分系數，微分項用于減小系統超調量，增加系統穩定性.（diff 當前溫差-上次溫差）P_H=KC*（T_target）稱為維持功率項，達溫后（其它項均趨于 0）此項起抵消散熱維持溫度的作用，可增加系統穩定性.KC 是維持功率系數如果約

4、定滿功率值為 100,停止輸出功率值為 0 那末 PWM_OUT 的取值范圍就確定為 0-100 主要是為了后面編制輸出函數時方便簡明，直接調用 PWM_OUT 作為輸出占空比的百分數）后面整定系數時就要兼顧 PWM_OUT 的取值范圍4 源程序(部分)#defineKP3.0#defineKI0.3#defineKD200.0#defineKC0.1#defineT_c16sbitpid_port=P3 八 5;控制輸出端口floatT_target=0;/目標溫度floatT_real=0;當前溫度floatPWM=0;輸出控制量 1-100bitread_AD_enable=0;/PID

5、 運算允許標志位/T0 定時器初始化voidTimer0_Init()(.TMOD|=0 x01;TF0=0;TR0=1;IE|=0 x02;)讀取 AD 轉換值并刻度voidread_AD(void)(intdelta_ad;unsignedcharad3;ad0=ADRESH;ad1=ADRESM;ad2=ADRESL;delta_ad=ad0*0 x100+ad1-0 x23cb;?if(delta_ad=20)curr_=0;/20 次采樣elsecurr_+=1;sum_diff-=diffcurr_;減去最老的一次溫差值diffcurr_=T_target-T_real;/當前溫差

6、sum_diff+=diffcurr_;加上最新的一次溫差值，即當前p_out=KP*diffcurr_;比例項輸出比例 x 當前溫差i_out=KI*sum_diff;積分項輸出積分系數 x 積分值d_out=KD*(diffcurr_-temp);微分項輸出微分系數 x 微分值pwm_0=KC*T_target;維持功率項維持系數 x 設定溫度if(i_out100)i_out=100;積分分離防止積分飽和if(i_out-100)i_out=-100;PWM=p_out+i_out+d_out+pwm_0;總輸出量if(PWM=100)PWM=100;大于 100 時為 100/輸出函數

7、voidPWM_OUT(floatPWM)(staticunsignedchart=1;/t=(1100)周期為 4 秒靜態變量 40ms 調用一次即 4秒分成 100 份unsignedcharlimit;/pid_value 輸出百分比limit=(unsignedchar)PWM;強制轉換if(t100)t=1;I*/T0 中斷服務程序voidTimer0_ISR()interrupt1using1(staticunsignedintx=0;TH0=(28672)8;/11.0592MHz,interval40mSTL0=(28672+20)&0 xff;/+20compensa

8、te 補嘗TF0=0;if(x+)(T_c*25)(x=0;read_AD_enable=1;/PID 運算允許標志位PWM_OUT(PWM);可控硅輸出/*主程序*/voidmain(void)(/程序初始化(略)while(1)（if（read_AD_enable=1）/PID 運算允許標志位每 40ms 運算一次 PID 讀一次AD（read_AD_enable=0;read_AD（）;讀 ADpid（）;運算 PID5.參數的整定（這大概是最困難而且費時的事）T_c（采樣周期）單從控制精度上考慮，T_c 當然是越小越好，但過小占用處理器的運算時間會加長，從而導致系統成本增加，例中主要考

9、慮被控對象的時間常數和純滯后時間0,下面用擴充響應曲線法求取 p 及0.a.使系統處于開環，手動直接在被控對象輸入端加一個階躍信號描繪出響應曲線（如圖）b.在響應曲線的最大斜率處作切線即可得到0和Tc.選擇 T_c,當。占主導地位時，應盡量使0為 T_c 的整倍數如 0=2T_c 或 0=T_C,當0比 T_c 小得多時，可取 T_c=r/10KP（比例系數）先定為 1,做一個簡單的只有比例調節的函數，使系統工作于閉環，T_target 定在 150c（恒溫范圍的中間值）紀錄響應曲線，如果曲線沒有出現振鈴則可能是 KP 偏小，調整 KP,使曲線出現輕微振鈴.反之振鈴幅度過大，則可能是 KP 偏

10、大.KC（維持功率系數）借用5.中的曲線（如下圖）根據圖中所示由 KC*150=PWM_H 導出 KCKI（積分系數）KI 的選取與 T_c 和積分時長有關，回過頭看源程序 PID 運算函數中有一個靜態數組，記錄過去 t 時刻到當前的各個溫度采樣值.每一次采樣之后都要更新 （淘汰掉最早的采樣值，加入當前采樣值）.積分時長=T_c*采樣個數（即數組大小SIZE）積分時長的選擇一般使它大于純滯后時間8即可，反過來通過 T_c 和0可以確定數組的大小 SIZE ,接著套用下式就可以大致確定 KI 了.KI*SIZE=10%*滿功率值KD（微分系數）Kd 取值大致為純滯后時間0（比如0=200,KD 先取 200,后根據實驗在調整）以上的步驟可能要反復進行多次，各個系數也要作相應的調整.這里我介紹一個站長編寫的并已成功應用的調試軟件 HUANENG.EXE專用于串行口數據分析繪圖，可同時描繪 8 條曲線，（VC 編寫）使用非常簡單，只需在上面源程序中 pid（）函數末尾加上幾行