温度控制的pid算法的c语言程序.doc

1、我的题目是：基于 PID 算法的温度控制系统 89C51 单片机，通过键盘输入预设值，与 DS18B20 测得的实际 值做比较，然后驱动制冷或加热电路。用 keil C 语言来实现 PID 的控制。 最佳答案最佳答案 /PID 算法温控 C 语言 2008-08-17 18:58 #include #include #include #include struct PID unsigned int SetPoint; / 设定目标 Desired Value unsigned int Proportion; / 比例常数 Proportional Const unsigned int Inte

2、gral; / 积分常数 Integral Const unsigned int Derivative; / 微分常数 Derivative Const unsigned int LastError; / Error-1 unsigned int PrevError; / Error-2 unsigned int SumError; / Sums of Errors ; struct PID spid; / PID Control Structure unsigned int rout; / PID Response (Output) unsigned int rin; / PID Feedb

3、ack (Input) sbit data1=P10; sbit clk=P11; sbit plus=P20; sbit subs=P21; sbit stop=P22; sbit output=P34; sbit DQ=P33; unsigned char flag,flag_1=0; unsigned char high_time,low_time,count=0;/占空比调节参数 unsigned char set_temper=35; unsigned char temper; unsigned char i; unsigned char j=0; unsigned int s; /

4、* 延时子程序,延时时间以 12M 晶振为准,延时时间为 30ustime */ void delay(unsigned char time) unsigned char m,n; for(n=0;ni; /*移位操作，将本次要写的位移到最低位*/ temp=temp write_bit(temp); /*向总线写该位*/ delay(7); /*延时 120us 后*/ / TR0=1; EA=1; /*开中断*/ /* 读一位数据子程序 */ unsigned char read_bit() unsigned char i,value_bit; EA=0; DQ=0; /*拉低 DQ，开始

5、读时序*/ _nop_(); _nop_(); DQ=1; /*释放总线*/ for(i=0;i4; temper=i|j; /*获取的温度放在 temper 中*/ /*= = = Initialize PID Structure = = =*/ void PIDInit (struct PID *pp) memset ( pp,0,sizeof(struct PID); /*= = = PID 计算部分 = = =*/ unsigned int PIDCalc( struct PID *pp, unsigned int NextPoint ) unsigned int dError,Err

6、or; Error = pp-SetPoint - NextPoint; / 偏差 pp-SumError += Error; / 积分 dError = pp-LastError - pp-PrevError; / 当前微分 pp-PrevError = pp-LastError; pp-LastError = Error; return (pp-Proportion * Error/比例 + pp-Integral * pp-SumError /积分项 + pp-Derivative * dError); / 微分项 /* 温度比较处理子程序 */ compare_temper() uns

7、igned char i; if(set_tempertemper) if(set_temper-temper1) high_time=100; low_time=0; else for(i=0;i1; if(m=1) data1=1; else data1=0; _nop_(); clk=1; _nop_(); /* 显示子程序 功能：将占空比温度转化为单个字符，显示占空比和测得到的温 度 */ void display() unsigned char code number=0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf 6; unsign

8、ed char disp_num6; unsigned int k,k1; k=high_time; k=k%1000; k1=k/100; if(k1=0) disp_num0=0; else disp_num0=0x60; k=k%100; disp_num1=numberk/10; disp_num2=numberk%10; k=temper; k=k%100; disp_num3=numberk/10; disp_num4=numberk%10+1; disp_num5=numbers/10; disp_1(disp_num); /* 主程序 */ main() unsigned ch

9、ar z; unsigned char a,b,flag_2=1,count1=0; unsigned char phil=2,0xce,0x6e,0x60,0x1c,2; TMOD=0x21; TH0=0x2f; TL0=0x40; SCON=0x50; PCON=0x00; TH1=0xfd; TL1=0xfd; PS=1; EA=1; EX1=0; ET0=1; ES=1; TR0=1; TR1=1; high_time=50; low_time=50; PIDInit ( / Initialize Structure spid.Proportion = 10; / Set PID Co

10、efficients spid.Integral = 8; spid.Derivative =6; spid.SetPoint = 100; / Set PID Setpoint while(1) if(plus=0) EA=0; for(a=0;a30) display(); count1=0; compare_temper(); TR0=0; z=1; while(1) EA=0; if(stop=0) for(a=0;a0;useconds-); /复位 byte ow_reset(void) byte presence; DQ=0; /DQ 低电平 delay(29); /480us

11、DQ=1; /DQ 高电平 delay(3); /等待 presence=DQ; /presence 信号 delay(25); return(presence); /0 允许，1 禁止 /从 1-wire 总线上读取一个字 节 byte read_byte(viod) byte i; byte value=0; for (i=8;i0;i-) value=1; DQ=0; DQ=1; delay(1); if(DQ)value|=0x80; delay(6); return(value); /向 1-wire 总线上写一个字节 void write_byte(char val) byte i

12、; for (i=8;i0;i-) /一次写一个字节 DQ=0; DQ=val delay(5); DQ=1; val=val/2; delay(5); /读取温度 char Read_Temperature(void) union byte c2; int x; temp; ow_reset(); write_byte(0xcc); write_byte(0xBE); temp.c1=read_byte(); temp.c0=read_byte(); ow_reset(); write_byte(0xCC); write_byte(0x44); return temp.x/2; 参考资料：你

13、把这两个程序组合就可以了 PID 算法算法 PID 算法是本程序中的核心部分。 我们采用 PID 模糊控制技术,通过 Pvar、 Ivar、 Dvar（比例、积分、微分）三方面的结合调整形成一个模糊控制来解决惯性温度误差问 题。其原理如下： 本系统的温度控制器的电热元件之一是发热丝。发热丝通过电流加热时，内部 温度都很高。当容器内温度升高至设定温度时，温度控制器会发出信号停止加热。但这 时发热丝的温度会高于设定温度，发热丝还将会对被加热的器件进行加热，即使温度控 制器发出信号停止加热，被加热器件的温度还往往继续上升几度，然后才开始下降。当 下降到设定温度的下限时，温度控制器又开始发出加热的信号

14、，开始加热，但发热丝要 把温度传递到被加热器件需要一定的时候，这就要视发热丝与被加热器件之间的介质情 况而定。通常开始重新加热时，温度继续下降几度。所以，传统的定点开关控制温度会 有正负误差几度的现象，但这不是温度控制器本身的问题，而是整个热系统的结构性问 题，使温度控制器控温产生一种惯性温度误差。 增量式 PID 算法的输出量为 Un = Kp(en-en-1)+(T/Ti)en+(Td/T)(en-2*en-1+en-2) 式中，en、en-1、en-2 分别为第 n 次、n-1 次和 n-2 次的偏差值，Kp、Ti、Td 分别为比例系数、积分系数和微分系数，T 为采样周期。 计算机每隔固

15、定时间 T 将现场温度与用户设定目标温度的差值带入增量式 PID 算法公式，由公式输出量决定 PWM 方波的占空比，后续加热电路根据此 PWM 方波的占空 比决定加热功率。现场温度与目标温度的偏差大则占空比大，加热电路的加热功率大， 使温度的实测值与设定值的偏差迅速减少；反之，二者的偏差小则占空比减小，加热电 路加热功率减少，直至目标值与实测值相等，达到自动控制的目的。 PID 参数的选择是实验成败的关键，它决定了温度控制的准确度。数字 PID 调 节器参数的整定可以仿照模拟 PID 调节器参数整定的各种方法，根据工艺对控制性能的 要求，决定调节器的参数。各个参数对系统性能的影响如下： 比例系

16、数 P 对系统性能的影响：比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加 快，稳态误差减小；P 偏大，振荡次数加多，调节时间加长；P 太大时，系统会趋于不稳 定；P 太小，又会使系统的动作缓慢。P 可以选负数，这主要是由执行机构、传感器以及 控制对象的特性决定的。如果 P 的符号选择不当对象测量值就会离控制目标的设定值越 来越远，如果出现这样的情况 P 的符号就一定要取反。 积分控制 I 对系统性能的影响：积分作用使系统的稳定性下降，I 小（积分 作用强）会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。 微分控制 D 对系统性能的影响：微分作用可以改善动态特性，D 偏大时，超调量较大， 调节时间

17、较短；D 偏小时，超调量也较大，调节时间也较长；只有 D 合适，才能使超调 量较小，减短调节时间。 温底控制温底控制 PIDPID 的算法设计及实现的算法设计及实现 PID PID 简介简介 PID（Proportional Integral Derivative）控制是控制工程中技术成熟、应用广泛的一种控 制策略，经过长期的工程实践，已形成了一套完整的控制方法和典型的结构。它不仅适用于数学模型 已知的控制系统中，而且对于大多数数学模型难以确定的工业过程也可应用，在众多工业过程控制中 取得了满意的应用效果。 PID 工作基理：由于来自外界的各种扰动不断产生，要想达到现场控制对象值保持恒定的目

18、的，控制作用就必须不断的进行。若扰动出现使得现场控制对象值(以下简称被控参数)发生变化，现 场检测元件就会将这种变化采集后经变送器送至 PID 控制器的输入端，并与其给定值(以下简称 SP 值)进行比较得到偏差值(以下简称 e 值)，调节器按此偏差并以我们预先设定的整定参数控制规律发 出控制信号，去改变调节器的开度，使调节器的开度增加或减少，从而使现场控制对象值发生改变， 并趋向于给定值(SP 值)，以达到控制目的 ，如图 1 所示，其实 PID 的实质就是对偏差（e 值）进 行比例、积分、微分运算，根据运算结果控制执行部件的过程。 图 1 模拟 PID 控制系统原理图 PID 控制器的控制规

19、律可以描述为： (1) 比例（P）控制能迅速反应误差，从而减小稳态误差。但是，比例控制不能消除稳态误差。比 例放大系数的加大，会引起系统的不稳定。积分（I）控制的作用是：只要系统有误差存在，积分控 制器就不断地积累，输出控制量，以消除误差。因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误 差，使系统误差为零，从而消除稳态误差。积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。 微分（D）控制可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度， 减小调整时间，从而改善系统的动态性能。根据不同的被控对象的控制特性，又可以分为 P、PI、PD、 PID 等不同的控制模型。 数字数

20、字 PID PID 的实现的实现 在连续-时间控制系统（模拟 PID 控制系统）中，PID 控制器应用得非常广泛。其设计技术 成熟，长期以来形成了典型的结构，参数整定方便，结构更改灵活，能满足一般的控制要求。随着计 算机的快速发展，人们将计算机引入到 PID 控制领域，也就出现了数字式 PID 控制。 由于计算机基于采样控制理论，计算方法也不能沿袭传统的模拟 PID 控制算法（如公式 1 所示），所以必须将控制模型离散化，离散化的方法：以 T 为采样周期，k 为采样序号，用求和的 形式代替积分，用增量的形式（求差）代替微分，这样可以将连续的 PID 计算公式离散： (2) 式 1 就可以离散为

21、： (3) 或者： (4) 这样就可以让计算机或者单片机通过采样的方式实现 PID 控制， 具体的 PID 控制又分为位置 式 PID 控制和增量式 PID 控制，公式 4 给出了控制量的全部大小，所以称之为全量式或者位置式控 制；如果计算机只对相邻的两次作计算，只考虑在前一次基础上，计算机输出量的大小变化，而不是 全部输出信息的计算，这种控制叫做增量式 PID 控制算法，其实质就是求 的大小，而 k =k -k-1 ；所以将式 4 做自减变换有： (5) 其中 温度控制温度控制 PID PID 算法算法设计设计 本设计利用了上面所介绍的位置式 PID 算法，将温度传感器采样输入作为当前输入，

22、然后与 设定值进行相减得偏差 ek，然后再对之进行 PID 运算产生输出结果 fOut，然后让 fOut 控制定时器 的时间进而控制加热器。为了方便 PID 运算，首先建立一个 PID 的结构体数据类型，该数据类型用 于保存 PID 运算所需要的 P、I、D 系数，以及设定值，历史误差的累加和等信息： typedef struct PID float SetPoint; / 设定目标 Desired Value float Proportion; / 比例系数 Proportional Const float Integral; / 积分系数 Integral Const float Deri

23、vative; / 微分系数 Derivative Const int LastError; / 上次偏差 int SumError; / 历史误差累计值 PID; PID stPID; / 定义一个 stPID 变量 下面是 PID 运算的算法程序，通过 PID 运算返回 fOut，fOut 的值决定是否加热，加热时间 是多少。 PID 运算的 C 实现代码： float PIDCalc( PID *pp, int NextPoint ) int dError,Error; Error = pp-SetPoint*10 - NextPoint; / 偏差，设定值减去当前采样值 pp-SumE

24、rror += Error; / 积分，历史偏差累加 dError = Error-pp-LastError; / 当前微分，偏差相减 pp-PrevError = pp-LastError; / 保存 pp-LastError = Error; + pp-Integral * pp-SumError / 积分项 - pp-Derivative * dError / 微分项 ); 在实际运算时，由于水具有很大的热惯性，而且 PID 运算中的 I（积分项）具有非常明显的 延迟效应所以不能保留，我们必须把积分项去掉，相反 D（微分项）则有很强的预见性，能够加快反 应速度，抑制超调量，所以积分作用应

25、该适当加强才能达到较佳的控制效果，系统最终选择 PD 控制 方案，下面 C 代码所示为 PD 控制的实现过程： float PIDCalc( PID *pp, int NextPoint ) int dError,Error; Error = pp-SetPoint*10 - NextPoint; / 偏差，设定值减去当前采样值 dError = Error-pp-LastError; / 当前微分，偏差相减 pp-PrevError = pp-LastError; / 保存 pp-LastError = Error; return (pp-Proportion * Error / 比例项 -

26、 pp-Derivative * dError / 微分项 ); 温度控制实现温度控制实现 通过温度的 PID 运算， 产生结果 fOut， 该参数决定是否加热， 加热时间是多长。 该程序如下： stPID.Proportion = 2; /设置 PID 比例值 stPID.Integral = 0; /设置 PID 积分值 stPID.Derivative = 5; /设置 PID 微分值 fOut = PIDCalc ( /PID 计算 if(fOutpv = process_point; pid-sp = set_point; /*- - pid_tune DESCRIPTION Set

27、s the proportional gain (p_gain), integral gain (i_gain), derivitive gain (d_gain), and the dead band (dead_band) of a pid control structure _pid. - -*/ void pid_tune(struct _pid *pid, float p_gain, float i_gain, float d_gain, int dead_band) pid-pgain = p_gain; pid-igain = i_gain; pid-dgain = d_gain

28、; pid-deadband = dead_band; pid-integral= integral_val; pid-last_error=0; /*- - pid_setinteg DESCRIPTION Set a new value for the integral term of the pid equation. This is useful for setting the initial output of the pid controller at start up. - -*/ void pid_setinteg(struct _pid *pid,float new_inte

29、g) pid-integral = new_integ; pid-last_error = 0; /*- - pid_bumpless DESCRIPTION Bumpless transfer algorithim. When suddenly changing setpoints, or when restarting the PID equation after an extended pause, the derivative of the equation can cause a bump in the controller output. This function will he

30、lp smooth out that bump. The process value in *pv should be the updated just before this function is used. - -*/ void pid_bumpless(struct _pid *pid) pid-last_error = (pid-sp)-(pid-pv); /*- - pid_calc DESCRIPTION Performs PID calculations for the _pid structure *a. This function uses the positional f

31、orm of the pid equation, and incorporates an integral windup prevention algorithim. Rectangular integration is used, so this function must be repeated on a consistent time basis for accurate control. RETURN VALUE The new output value for the pid loop. USAGE i nclude “control.h“*/ float pid_calc(stru

32、ct _pid *pid) int err; float pterm, dterm, result, ferror; err = (pid-sp) - (pid-pv); if (abs(err) pid-deadband) ferror = (float) err; /*do integer to float conversion only once*/ pterm = pid-pgain * ferror; if (pterm 100 | pterm integral = 0.0; else pid-integral += pid-igain * ferror; if (pid-integ

33、ral 100.0) pid-integral = 100.0; else if (pid-integral integral = 0.0; dterm = (float)(err - pid-last_error) * pid-dgain; result = pterm + pid-integral + dterm; else result = pid-integral; pid-last_error = err; return (result); void main(void) float display_value; int count=0; pid = / printf(“Enter

34、the values of Process point, Set point, P gain, I gain, D gain n“); / scanf(“%d%d%f%f%f“, process_point = 30; set_point = 40; p_gain = (float)(5.2); i_gain = (float)(0.77); d_gain = (float)(0.18); dead_band = 2; integral_val =(float)(0.01); printf(“The values of Process point, Set point, P gain, I g

35、ain, D gain n“); printf(“ %6d %6d %4f %4f %4fn“, process_point, set_point, p_gain, i_gain, d_gain); printf(“Enter the values of Process pointn“); while(count=20) scanf(“%d“, pid_init( pid_tune( pid_setinteg( /pid_setinteg( /Get input value for process point pid_bumpless( / how to display output disp

36、lay_value = pid_calc( printf(“%fn“, display_value); /printf(“n%f%f%f%f“,warm.pv,warm.sp,warm.igain ,warm.dgain); count+; 看贴必回帖 TOPTOP viper_love 单片机高中生 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 3# 大 中 小 发表于 2009-5-23 19:49 只看该 作者 谢谢 TOPTOP 蒋辉蒋辉 jh 4# 大 中 小 发表于 2009-5-23 19:49 只看该 单片机教授 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 作者 看看 承接： 单片机项目及毕业设计 QQ : 546138373 TEL : 13197105690 TOPTOP viper_love 单片机高中生 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 5# 大 中 小 发表于 2009-6-16 18:26 只看该 作者 谢谢，万分感谢