基于stc89c52的通用数字调节器设计学士学位论文Word下载.docx
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基于STC89C52的通用数字调节器设计
摘要
工业控制系统中,调节器单元是自动控制系统中重要组成部分,调节器在自动控制系统中具有广泛的应用。
本设计的主要目的是设计一台具有通用功能的数字调节器,本文主要介绍通用数字调节器的组成、原理以及如何实现数字化控制。
该调节器通过模数转换器实现对模拟信号的转换;
用单片机STC89C52完成各种控制规律的PID运算;
由V/I转换电路输出电流信号控制执行器的动作。
通用数字调节器的主要功能就是PID调节,在硬件设计要求完成的情况下,PID算法的设计和实现是整个设计的核心。
在此基础上调节器还应该具备串行通讯,参数自整定等功能。
通用数字调节器就是在模拟调节器的基础上用软件编程的方法实现PID的运算,以达到提高精度、降低成本、提高系统可靠性,实现被控对象的自动控制。
关键词:
调节器;
数字化;
单片机;
PID控制;
A/D转换
DesignsbasedontheSTC89C52
generaldigitalregulator
Abstract
Intheindustrialcontrol,theregulatorisinautomaticcontrolsystem'
simportantcomponent,theregulatorhasthewidespreadapplicationintheautomaticcontrolsystem.thethisdesign'
smainpurposeisdesignsonetohavethegeneralfunctiondigitalregulator,themainintroductiongeneraldigitregulator'
scomposition,howdotheprincipleaswellasrealizethenumericalcontrol.Realizesthroughthemodulusswitchtothesimulatedsignaltransformation;
CompleteseachkindofcontrolrulewithmonolithicintegratedcircuitSTC89C52thePIDoperation;
ByV/Iswitchingcircuitoutputcurrentsignalcontrolactuator'
smovement.Thegeneraldigitalregulator'
smajorfunctionisthePIDadjustment,inthehardwaredesignrequestcompletesinthesituation,thePIDalgorithm'
sdesignandrealizesistheentiredesigncore.Basedontheregulatorshouldalsohavetheserialcommunication,theparameterselfregulatinggradefunction.thegeneraldigitregulatorisinsimulatesinregulator'
sfoundationtorealizethePIDoperationwiththesoftwareprogrammingmethod,achievesincreasestheprecision,toreducethecost,toenhancethesystemreliability,realizesthecontrolledplantautomaticcontrol.
Keyword:
regulator;
digitization;
monolithicintegratedcircuit;
PIDcontrol;
A/Dtransformation
第一章引言
一.1背景
随着自动化水平的不断提高,在工业、农业广泛应用的各种类型的调节器也在不断的发展更新,调节器的性能不断提高,功能日趋完善,并朝着集成化、数字化、智能化的趋势不断进步。
调节器主要分为模拟调节器和数字调节器。
模拟调节器采用模拟技术,以运算放大器等模拟电子器件为基本器件;
数字调节器采用数字技术,以微处理器为核心部件。
调节器将来自变送器的测量值与给定值相比较,然后根据比较产生的偏差进行比例、积分、微分(PID)运算,并输出统一的标准信号(4-20mAD.C)去控制执行机构的动作,以实现对温度,压力、流量、液位以及其他工艺参数的自动控制。
调节器的运算规律是指调节器的输出信号与输入偏差之间随时间变化的规律。
电子仪器的演化与发展从总体上看沿着两条主线展开。
一是从所采用的技术上看,经历了模拟仪器、数字化仪器、智能仪器的发展过程;
二是从仪器结构(可扩展性)和实现形式上看,经历了单台仪器、模块化仪器和虚拟仪器的发展过程。
这两条发展主线的技术基础都是微电子技术、数字信号处理技术、计算机技术,仪器仪表也随着这些技术的发展而不断的发展更新。
通用数字调节器就是在模拟调节器的基础上用软件编程的方法实现PID的运算,以达到提高精度、降低成本、提高系统可靠性,实现对被控对象自动控制的目的。
在通用数字调节器的开发应用中,单片机的使用使数字调节器的设计更方便、更快捷,系统性能也得到了很大的提高。
单片机所提供的强大功能也为开发更高性能的仪器仪表创造了条件。
一.2调节器的简介
1.2.1调节器的发展
控制仪表又称控制器或调节器,是控制系统的判断指挥中心。
其作用是将被控变量的测量值与给定值相比较,根据比较的结果(偏差)进行一定的数学运算,并将运算结果以一定的信号形式送往执行器,以实现对被控变量的自动控制。
控制仪表的发展上分为三个阶段:
第一阶段为基地式控制仪表。
这类仪表一般是将检测装置、控制装置、显示装置组装在一个整体内,同时具有检测、控制和显示的功能,它的功能简单、价格低廉、使用方便,但通用性差,信号不能与其他仪表共享,一般只应用于一些简单的控制系统。
适用于一些小型的、控制要求比较低的生产设备。
第二阶段为单元组合式控制仪表。
这类仪表主要完成控制功能,附带简单的显示,和其他单元之间以统一的信号相互联系。
单元组合式控制仪表有气动和电动两大类,气动仪表采用的是20-100Ka的气动标准信号;
电动仪表采用的标准信号是0-10mADC(Ⅱ型)和4-20mADC(Ⅲ型)。
第三阶段为以微处理器为中心的控制仪表。
这类仪表功能丰富、操作方便、易于构成各种复杂控制系统。
在控制系统中得到广泛的应用。
主要有单回路控制系统、可编程序数字控制器(PLC)和各种微计算机控制系统等。
[1]
由此,该设计选择以微处理器为中心的控制器。
1.2.2调节器的基本控制规律及其特点
调节器接受偏差信号后,按一定的运算规律输出控制信号,作用于被控对象以消除扰动对被控参数的影响,从而使被控参数回到给定值上来。
控制过程的品质如何,这不仅与对象特性有关,而且还与调节器的特性,即调节器的运算规律(或称调节规律)有关。
调节器的运算规律就是指调节器的输出信号与输入偏差之间随时间变化的规律。
基本运算规律有比例(P)、积分(I)和微分(D)三种,各种调节器的运算规律均是由这些基本运算规律组合而成的。
只有比例运算规律的调节器,为P调节器。
比例系数越大,控制精度越高,但是系统的稳定性变差,对于不太重要的参数,可考虑采用,如中间储罐的液位、热量回收预热系统等控制要求不高的系统中。
工程实践中没有单纯积分作用控制器,都是与比例作用组合成比例-积分控制器。
比例-积分控制器对变化很慢(甚至不变)的偏差有很强的调整能力,但是其滞后角度也较大,积分时间越小,消除余差的能力越强,系统越趋向不稳定。
对于比较重要的,控制精度要求较高参数,可采用比例-积分控制器。
工程实践中没有单纯微分作用控制器,都是与比例作用组合成比例-微分控制器。
他对惯性较大的对象有“超前”调整作用,所以一般用在有较大滞后被控对象的场合。
如果微分作用过大,系统变的非常敏感,控制系统的控制质量将变差,甚至变成不稳定。
对于不太重要的参数,但是惯性较大,又不希望动态偏差较大,可考虑采用比例-微分控制器
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