Equipment
Manufactring
Technology
No.5
，
2009
传统温度控制器的电热元件，一般以用发热丝制成的电
热棒及发热圈为主
。
加热时，
发热丝通常能达到
1000
℃
以上，
因此发热棒
、
发热圈的内部温度很高
。
但是传统的温度控制器
在进行温度控制期间，
其控制温度多在
0
～
400
℃
之间，
当被
加热器件温度升高至设定温度时，温度控制器会发出信号停
止加热
。
但这时发热棒或发热圈的内部温度仍然高于
400
℃
，
发热棒
、
发热圈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
数度，
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，
开始加热
。
但是通常开始重新加
热时，
温度继续下降数度
。
所以，
传统的定点开关控制，
温度会
有正负误差数度的现象
。
要解决这个问题，
可以采用
PID
模糊
控制技术
。
PID
控制，
是针对以上的情况而制定的新的温度控
制方案，
用先进的技术通过
P
、
I
、
D
三方面的结合调整，
来解决
惯性温度误差问题
。
本文设计了一种水温控制系统，以单片机为核心，结合
Pt100
传感器进行水样的采集，并且对采集到的温度值进行
PID
运算处理，
实现对水温的控制
。
1
系统整体框图
该系统以单片机为控制核心，配有键盘输入单元和
LED
显示单元，
实现实时采样温度显示及实时数据传送功能
。
1.1
硬件部分
系统的硬件部分如图
1
所示，以
SPCE061A
为核心控制
器，
包含有传感器电路，
键盘和显示电路，
继电器控制电路，
通
信电路
。
SPCE061A
是一款
16
位单片机芯片，
该芯片拥有
8
路
10
位精度的
A/D
转换器，可以直接将传感器信号放大后输入其
A/D
转换通道
。
SPCE061A
可进行实时温度采样，
通过数码管
将当前温度显示；
并根据采样结果控制加热器，
调节平均加热
功率大小；
同时通过
UART
接口传送至
PC
机
。
传感器电路
——
—
包括测量电路和放大电路两部分
。
使用
Pt100
温度传感器，
具有抗振动
、
稳定性好
、
准确度高等优点
。
测量电路使用电桥，
且其中一个桥臂为
Pt100
。
放大电路采用
LM358
集成运算放大器，可使用两级放大来防止单级放大倍
数过高带来的非线性误差
。
按键
、
显示电路
——
—
按键可直接使用
SPCE061A
自带的
按键；
显示电路可选用
LED
键盘模组
6
位数码管的其中
3
位
进行动态显示
。
继电器控制电路
——
—
因为系统的主要功率器件为一个交
流
220V
/
1000W
的电加热器，
故需要采用继电器来驱动该加
热器
。
通信电路
——
—
系统实时采样温度显示及传送通过
UART
接口完成
。
1.2
软件部分
设计目标温度后，
系统采样水温，
并通过预设温度
、
当前
温度
、
历史偏差等进行
PID
运算并产生
fout
输出参数，通过
fout
控制加热时间，
从而调节加热器的平均功率
。
主程序段设
计如下：
浅谈
PID
调节在温度控制系统中的应用
赵小灵
（广西大学电气工程学院，
广西
南宁
530004
）
摘要：
针对传统的定点开关控制温度会有误差的现象，
设计了一种水温控制系统，
以
SPCE061A
为核心控制器，
结合
Pt100
传感器进
行水温采集，
并且对采集到的温度值进行
PID
运算处理，
实现了对水温的控制
。
关键词：
PID
控制；
温度控制系统；
SPCE061A
；
Pt100
中图分类号：
TP273
文献标识码：
B
文章编号：
1672-
545X
（
2009
）
05-
0104-
02
收稿日期：
2009-
02-
11
作者简介：
赵小灵
（
1981
—
）
，
女，
广西贺州人，
助讲，
在读工程硕士研究生，
研究方向为电力电子及自动控制
。
Pt100
放大电路
SPCE061A
LED
PC
继电器
电热器
图
1
系统框图
开始
初始化
IO/TimerB/UART
需要设置温度
设置温度
温度相关处理
清看门狗
图
2
主程序图
104
《
装备制造技术
》
2009
年第
5
期
2
控制系统
控制系统采用
PID
闭环控制方案，将预置初值与传感器
反馈信号比较得到偏差
e
，
对
e
进行
PID
运算处理得到控制量
u
，
通过
u
来控制加热器的加热时间，
从而控制加热功率
。
由于
水本身具有很大的热惯性，
所以必须对水温的变化作出预测，
并且根据需要及时进行反向抑制，以防止出现较大的超调量
和波动
。
2.1
PID
控制的实现
在检测过程中，
由于来自外界的各种干扰不断产生，
为了
达到现场控制对象保持恒定的目的，
就必须不断的进行控制
。
如果干扰使得控制对象发生变化，现场检测元件会将这种变
化采集后，
经变送器送至
PID
控制器的输入端，
并与其给定值
进行比较得到偏差值，调节器会按此偏差并以预先设定的整
定参数规律发出控制信号，
去控制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，
并趋于给定值，
达到控制目的
。
2.1.1
温度控制
PID
算法
将温度传感器输入作为当前输入，与设定值相减得到偏
差，然后再对之进行
PID
运算产生输出结果
fout
，
fout
的值决
定是否加热，
加热时间是多少，
进而控制加热器
。
(1)
PID
算法程序段如下：
float
PIDCalc(PID*pp,int
NextPoint)
{
Int
dError,Error;
Error=pp-
>SetPoint*10
－
NextPoint;
pp-
>SumError
+=Error;
dError=Error
－
pp-
>LastError;
pp-
>PrevError=pp-
>LastError;
pp-
>LastError=Error;
+
pp-
>Integral*pp-
>SumError
－
pp-
>Derivative*dError
);
}
(2)
温度控制
（是否加热，
加热时间是多少
）
程序段如下：
stPID.Proportion=2;
stPID.Integral
=0;
stPID.Derivative=5;
fout=PIDCalc(&PID,(int)(fT*10));
if(fout<=0)
*P_IOA_Buffer&=0xff7f;
else
*P_IOA_Buffer
｜
=0x0080;
2.1.2
数字
PID
的实现
在连续
—
时间控制系统中，
PID
控制器因为技术成熟，
参
数整定方便，
结构灵活，
能满足一般的控制要求，
应用得非常
广泛
。
随着时代的快速发展，
计算机应用也越来越广泛，
因此
将计算机引入到
PID
控制领域，
于是就出现了数字式
PID
控制
。
计算机基于采样控制理论，
所以必须将控制模型离散化，
方法为：
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，
可以将连续的
PID
计算
公式离散：
传统的
PID
控制规律
μ
(
t
)=
k
p
e
(
t
)+
1
T
l
t
0
乙
e
(
t
)
dt+T
D
de
(
t
)
dt
乙
乙
=
μ
0
（
1
）
t
0
乙
e
(
t
)
≈
T
k
j
=
0
Σ
e
(
jT
)=
T
k
j
=
0
Σ
e
(
j
)
t
≈
kT
(
K
=0,1,2...)
（
2
）
de
dt
≈
e
(
KT
)-
e
(
k-
1)
μ
μ
T
T
=
e
k
-
e
k
-
1
T
则式
（
1
）
可以离散为
μ
k
=K
p
e
k
+
T
T
l
k
j
=
0
Σ
e
j
+
T
D
T
(
e
k
-
e
k
-
1
)+
μ
0
μ
μ
（
3
）
或者
μ
k
=K
p
e
k
+K
l
k
j
=
0
Σ
e
j
+k
D
(
e
k
-
e
k
-
1
)+
μ
0
（
4
）
这样，就可以使得计算机或者单片机通过采样的方式实
现
PID
控制，具体的
PID
控制又可分成位置式
PID
控制和增
量式
PID
控制
。
式
（
4
）
给出了控制量的全部信息，
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技术，
只考虑在前一次的基础上，
计算机输出量大小的变化，
而不是
全部输出信息的技术，
这种控制叫做增量式
PID
控制算法，
其
实质就是求
Δ
μ
的大小，
而
Δ
μ
k
=
μ
k
－
μ
k
-
1
；
所以将式
（
4
）
做自
减变换有
Δ
μ
k
=
μ
k
－
μ
k
-
1
=
k
p
e
k
-
e
k
-
1
+
T
T
l
e
k
+
T
D
T
(
e
k
-
2e
k
-
1
+
e
k
-
2
μ
μ
)
=
k
p
(1+
T
T
l
+
T
D
T
)
e
k
-
K
p
(1+
2
T
D
T
)
e
k
-
1
+
K
p
T
D
T
e
k
-
2
（
5
）
3
结束语
实验证明，
本设计利用
SPCE061A
芯片为控制核心，
结合
PID
控制，
实现了对水温的有效控制
。
参考文献：
[1]
翁思义，
杨
平
．
自动控制原理
[M].
北京：
中国电力出版社，
2001.
[2]
焦连渤
.
模糊
PID
控制在温湿度控制系统中的应用
[J].
南京航空航
天大学学报，
1998
，
（
04
）
:
437-
442
.
[3]
张持健，
王元航，
等
.
高精度模糊
PID
控制器及其在温度控制中的
应用
[J].
自动化仪表，
2002
，
（
07
）
:
21-
23.
[4]
张志君，
孙旭东
.
模糊控制在温度控制系统中的应用
[J].
自动化与
仪器仪表，
1998
，
（
05
）
:
24-
26.
给定
+
e
-
负
反
馈
PID
运算
u
执行部件
被控对象
传感器反馈
图
3
控制系统框图
设定
+
e(t)
-
反
馈
比例
(P)
积分
(I)
微分
(D)
+
+
+
e(t)
执行部件
v(t)
图
4
PID
控制系统原理图
（下转第
117
页
）
105
《
装备制造技术
》
2009
年第
5
期
Discussion
Application
of
PID
Controlin
in
Temperature
Control
System
ZHAO
Xiao-ling
（
College
of
Electrical
Engineering,
Guangxi
University
，
Nanning
530004
，
China
）
Abstract:
Aimed
at
the
traditional
fixed-point
switch
which
should
cause
the
temperature
control
error,
we
designed
a
water
temperature
control
system,
in
the
system
can
control
the
water
tempreture,using
the
SPCE061A
as
a
core
controller,
and
the
Pt100
sensors
to
collect
the
water
temperature,and
processing
to
the
collected
temperature
for
PID.
Key
words:
PID;
the
temperature
control
system;
SPCE061A;
Pt100
6
结束语
通过计算机组成原理课程复杂指令模型机的进一步的开
发设计，
感觉到学生对这门课程产生了兴趣，
学习主动性
、
积
极性普遍提高
。
而且我们充分挖掘了现有实验箱的硬件资源，
并对组成原理实验过程中进行的部件实验加以整合，完整地
建立了计算机的整机概念，可使实验内容和理论教学有机地
结合起来，
有效地提高实验教学水平，
使学生能够对理论与实
践融会贯通，
取得了较好的效果
。
参考文献：
[1]
王爱英
.
计算机组成与结构
（第三版
）
[M].
北京：
清华大学出版社，
2006.
[2]
赵
洋，
《
计算机组成原理
》
复杂指令模型机设计与实现
[J].
计算机
与网络信息技术
,2006
，
（
2
）
：
161-
162.
[3]
张宇华，
周
莹
.
《
计算机组成原理
》
综合性
、
设计性实验的开发与实
现
[J].
现代计算机，
2004,(9):
98-
100.
Depth
Development
of
Complex
Molding
Machine
on
Principles
of
Computer
Organization
QIAO
Dao-ji
（
Electron
and
Computer
Science
and
Technology
Institute
，
Zhongbei
University
，
Taiyuan
030051,China)
Abstract:
This
paper
is
introduced
an
integrative
experiment
design
and
its
implementing
process
of
the
principles
of
computer
organization.
Through
this
experiment,
students
not
only
can
finish
the
basic
components
course,
but
also
can
improve
their
innovation
capabilities
、
the
abilities
of
using
knowledge
、
the
abilities
of
analyzing
and
solving
the
problems.
Key
words:
principles
of
computer
organization;
complex
instruction;
micro
program
表
2
微程序及微指令代码
$P4044
$P4146
$P4275
$p43e5
$p44ea
$p450c
$P464b
$P47e0
$P48ea
$P4908
$P4A45
$P4b75
$P4ce5
$P4d90
$P4e55
$p4fe0
$p50ea
$P510c
$P524b
$P5308
$P5447
$P550d
$M
0008DD01
$M
0102EE01
$M
02504000
$M
03042000
$M
04A06000
$M
080AEE01
$M
0B010001
$M
1003EE01
$M
14011C01
$M
17011A3D
$M
191DEE01
$M
1D2A6000
$M
1E370231
$M
20011000
$M
2201DA05
$M
23E40001
$M
24010001
$M
2A2B3000
$M
2B362201
$M
3401DA05
$M
36011A95
$M
37380829
$M
38011801
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第
105
页
）
117
半导体温控设备带有完美的PID控制软件，控温精度可以做到±0.01℃
内容全部来源于网络收集，如有侵权，请联系网站删除：QQ：24596024