PID温度控制系统
关键词：温控系统单片机PID控制论文摘要：实验结果显示该系统的先进性。介绍以单片机为核心的PID控制温度控制系统，并给出了系统的硬件与软件设计方案。中图分类号：TP2734文献标识码：B0引言控制仪表性能指标对温度控制有很大的影响，因此，常采用高性能调节仪表组成温控系统对被控对象进行严格控制。本文介绍以单片机AT89C51为核心器件构成的温度控制系统，它具有测量、控制精度高、成本低、体积小、功耗低等优点，可制成单机，广泛应用于冶金、化工、食品加工等行业对温度进行精确控制。1温控系统结构与工作原理温控系统的结构如图1所示。热电偶测量出电炉的实际温度，经放大、线性化、AD转换处理后送入单片机接口。由键盘敲入设
f定温度值，此值与经AD转换过的炉温信号存在一差值，由单片机PID调节电路进行比例、微分及变速积分算法对温控箱进行恒温控制。该系统采用传统的AT89C52单片机，其硬、软件完全符合系统的要求，为满足测控精确度的要求，AD电路选用12位转换器，分辨率为212。本系统采用三相数字过零触发器对六只晶闸管进行输出功率控制，即在电源电压过零时触发晶闸管，利用PID信号产生的控制信号使电流每周期按规定的导通波头数导通负载，达到控制输出功率，也就是控制炉温的目的。采用过零触发可减少电网谐波的产生，触发器与单片机光电隔离，可减少电网对微机的干扰，调功方式下电加温炉的平均功率为：P3
U2NR式中：P为输入电炉的功率；R为电炉的等效电阻；U为电网相电压；
为允许导通的波头数；N为设定的波头数。注：公式为负载Y接法适用2系统控制软件设计参数的优化系统采用遗传算法离线优化PID参数1。20世纪70年代由美国
fJ．Holla
d教授提出的遗传算法2是一种模拟生物进化过程的随机化搜索方法。它采用多路径搜索，对变量进行编码处理，用对码串的遗传操作代替对变量的直接操作，从而可以更好的处理离散变量。GA用目标函数本身建立寻优方向，无需求导求逆等复导数数学运算，且可以方便的引入各种约束条件，更有利于得到最优解，适合于处理混合非线性规划和多目标优化。系统采用二进制编码选择来操作，我们称为染色体串，每个串表示搜索空间的一个点。它模仿遗传进化的步骤，引入如繁殖、交叉和变异的方法，在所求解的问题空间进行全局的、并行的、随机的优化搜索3。本系统用GA算法对PID离散化表达式3中的3个PID参数KP、KI、KD进行离线优化设计，从而使系统的性能r