模数
转换，控制上使用对加热棒加电对水槽里的水升温。此方案简易可行，器件价格便宜，但8031内部没有程序存储器需扩展，增加了电路的复杂性。
方案二：此方案采用8951单片机实现可用编程实现各种控制算法和逻辑控制进行数据转换，控制电路部分采用SSR固态继电器控制加热棒的通断，此方案电路简单并且可以满足题目中的各项要求的精度。比较两个方案可知，采用Atmel单片机来实现本题目，不管是从结构上还是从工作量上都占有很大的优势，所以最后决定使用AT89C51作为该控制系统的核心。根据温度变化慢，并且控制精度不易掌握的特点，设计了水箱温度自动控
f东北大学秦皇岛分校
制系统，总体框图如图2所示。温度控制采用改进的PID数字控制算法，显示采用用3位LED静态显示
图2控制器设计总体框图
（2）温度控制系统算法分析
系统算法控制采用工业上常用的位置型PID数字控制并且结合特定的系
统加以算法的改进，形成了变速积分PID积分分离PID控制相结合的自动识
别的控制算法。该方法不仅大大减小了超调量而且有效地克服了积分饱和的影
响，使控制精度大大提高。
PID控制适用于负荷变化大、容量滞后较大、控制品
y
质要求又很高的控制系统。PID调节器有三个可设定
参数，即比例放大系数Kp、积分时间常数Ki、微分
时间常数Kd。比例调节的作用是使调节过程趋于稳
定，但会产生稳态误差积分作用可消除被调量的稳态
t
误差，但可能会使系统振荡甚至使系统不稳定；图3比例积分微分控制
微分作用能有效的减小
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动态偏差。如图3所示。
由图4可知PID调节器是一种线性调节器，这种调节器是将设定值w与实际
输出值y进行比较构成偏差ewy
并将其比例、积分、微分通过线性组合构成控制量。其动态方程为
utKpetKi
etdt

Kd
detdt
其中Kp为比例放大系数；Ki为积分时间常数；Kd为微分时间常数
PID调节器的离散化表达式为
uk

K
pek

KiTek

KdT
ek

ek
1
其增量表达形式为（T为采样周期：
ukukuk1
Kpekek1KiTekKdTek2ek1ek2
图4模拟PID控制
23控制方式
该控制系统是把输出量检测出来，经过物理量的转换再反馈到输入端去与给定量进行比较（综合，并利用控制器形成的控制信号通过执行机构SSR对控制对象进行控制，抑制内部或外部扰动对输出量的影响减小输出量的误差达到控制目的在此控制系统中单片机就相当于常规控制系统中的运算器控制器，它对过程变量的实测值和设定位r