基于单片机的智能PID控制器设计

存档编号毕业设计题目基于单片机的PID控制器设计学院专业姓名学号指导教师完成时间教务处制独立完成与诚信声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文）是本人在指导教师的指导下，独立工作所取得的成果并撰写完成的，郑重确认没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。毕业设计（论文）作者签名：指导导师签名：签字日期：签字日期：毕业设计（论文）版权使用授权书本人完全了解有关保管、使用毕业设计（论文）的规定。特授权可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）原件或复印件和电子文档（涉密的成果在解密后应遵守此规定）。毕业设计（论文）作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：I目录摘要................................................................IAbstract...........................................................II第1章绪论.........................................................11.1课题的提出及研究意义........................................11.2PID控制技术的发展及趋势....................................11.3课题研究的内容..............................................2第2章PID原理及应用...............................................42.1模拟PID调节器..............................................42.2数字PID控制器..............................................52.2.1模拟PID控制规律的离散化..............................52.2.2数字PID控制器的差分方程..............................52.2.3常用的控制方式........................................52.2.4PID算法的两种类型....................................62.3数字PID控制的参数选择......................................72.3.1数字PID参数的原则要求和整定方法......................72.3.2常用的简易工程整定法..................................72.4智能PID控制算法............................................82.4.1智能PID控制算法的设计................................82.4.2模糊PID控制算法......................................8第3章硬件设计.....................................................93.1系统的总体框图..............................................93.2单片机系统..................................................93.2.1S12XS系列引脚图.....................................103.2.2时钟电路.............................................113.2.3复位电路.............................................123.3驱动电路和电源.............................................123.4测速模块...................................................13II3.5拨码开关...................................................15第4章软件设计....................................................164.1程序设计思路...............................................164.2程序设计流程图.............................................174.3程序设计...................................................174.3.2主程序模块的设计.....................................174.3.3PID功能实现模块的设计...............................184.3.4中断测速模块程序的设计...............................19第5章系统调试....................................................215.1软件调试...................................................215.2系统调试与结论.............................................215.2.1软件界面.............................................215.2.2调试结果.............................................22参考文献...........................................................24致谢...............................................................25附录一原理图......................................................26附录二系统整体程序................................................27附录三.............................................................34附录四.............................................................43附录五.............................................................45I基于单片机的PID控制器设计摘要PID控制是一种应用非常广泛的控制技术,在工业生产和科学发展中起着关键作用。简单、鲁棒性好和可靠性高,被广泛应用于工业过程控制，尤其适用于可建立数学模型的确定性系统。然而，在工业生产过程中往往具有非线性，时变不确定性，难以建立精确的数学模型，应用传统PID控制，往往不能达到理想的控制效果。本设计是在传统PID的基础上，加入智能控制的方法，设计了智能PID控制器。该控制器是在传统PID控制的基础上，依靠准确识别误差的特征而做出相应的决策来调整PID的三个参数。系统在硬件在线仿真调试环境下,将数据直观的在虚拟示波器上显示出来，以控制直流电机转速为例，简单分析证明了智能PID控制算法较传统的PID算法的优越性。本文依靠灵活的控制方式，使得系统本来处于矛盾地位的快速性、准确性、和稳定性在这种控制算法下兼得。系统具有较好的控制效果和兼容性，可自适应环境变量。关键词：单片机，PID控制，PID，直流电机IIDesignofPIDcontrollerbasedonMCUAbstractPIDcontrolisaverywideapplicationofcontroltechnology,playsakeyroleinindustrialproductionandscientificdevelopment..Simple,robustandhighreliabilityarewidelyusedinindustrialprocesscontrol,especiallyfortheestablishmentofamathematicalmodelofthedeterministicsystem.However,intheprocessofindustrialproduction,itisoftennonlinearandtime-varying,itisdifficulttoestablishaccuratemathematicalmodel,anditcannotachievetheidealcontroleffectbyapplyingthetraditionalPIDcontrol.ThisdesignisbasedonthetraditionalPID,addingintelligentcontrolmethod,designedtheintelligentPIDcontroller.ThecontrollerisbasedonthetraditionalPIDcontrol,andthethreeparametersofthePIDareadjustedbythecharacteristicsoftheaccurateidentificationerror..Systemintheon-linesimulationofhardwaredebuggingenvironment,thedatadirectlyinthevirtualoscilloscopedisplay,inordertocontrolthespeedofDCmotor,forexample,simpleanalysisprovedintelligentPIDcontrolalgorithmisbetterthanthetraditionalPIDalgorithmissuperior.Thisarticlereliesontheflexiblecontrolmode,whichmakesthesystemhaveinthecontradictorypositionofrapidity,accuracy,stability,andinthiscontrolalgorithmhaveyourcakeandeatit.Thesystemhasgoodcontroleffectandcompatibility,adaptiveenvironmentvariables.Keyword：MCU,PIDcontrol,PID,DCmotor1第1章绪论1.1课题的提出及研究意义PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其简单、鲁棒性好和可靠性高,被广泛应用于工业过程控制，尤其适用于可建立数学模型的确定性系统。而实际工业生产过程往往具有非线性性、时变不确定性，难以建立精确的数学模型，应用常规PID控制器不能达到理想的控制效果。为了弥补常规PID的不足之处、