重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 中文摘要
2.1.4 温度检测和控制模块
由学校提供，模拟真实锅炉的温度检测和控制模块，可自行将0～10V模拟信号转化为占空比对锅炉进行加热。输出的模拟信号也是0～10V，锅炉外接24V直流电源。
2.2 I/O分配表
表2.3 I/O分配表
输入 I0.0 I0.1 输出 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 启动指示灯 停止指示灯 正常运行指示灯 温度越上限报警指示灯 锅炉加热指示灯 启动按钮 停止按钮 2.3 硬件接线图
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图2.2 硬件连接图
电流变送器电压变送器未使用输入端电压负载电流负载
图2.3 EM 235 CN连接图 第 10 页 共 34 页
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3 软件设计
3.1 PID控制程序设计
模拟量闭环控制较好的方法之一是PID控制，PID在工业领域的应用已经有60多年，现在依然广泛地被应用。人们在应用的过程中积累了许多的经验，PID的研究已经到达一个比较高的程度。
比例控制(P)是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。其特点是具有快速反应，控制及时，但不能消除余差。
在积分控制(I)中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。积分控制可以消除余差，但具有滞后特点，不能快速对误差进行有效的控制。
在微分控制(D)中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。微分控制具有超前作用，它能猜测误差变化的趋势。避免较大的误差出现，微分控制不能消除余差。
PID控制，P、I、D各有自己的长处和缺点，它们一起使用的时候又和互相制约，但只有合理地选取PID值，就可以获得较高的控制质量。 3.1.1 PID控制算法
图3.1 闭环控制系统
如图3.1所示，PID控制器可调节回路输出，使系统达到稳定状态。偏差e和输入量r、输出量c的关系:
e(t)?r(t)?c(t) （3-1）
控制器的输出为：
u(t)?Kp[e(t)?1Ti1?e(t)dt?T0de(t)ddt]
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（3-2）
u(t)---------PIDKp回路输出
----------比例系数P
TiTd-----------积分系数I -----------微分系数D
PID调节的传输函数为
D(s)?U(s)E(s)?Kp[1?1TiS?TdS] （3-3）
数字计算机处理这个函数关系式，必须将连续函数离散化，对偏差周期采样后，计算机输出值。其离散化的规律如表3.1所示：
表3.1 模拟与离散形式
模拟形式 e(t)?r(t)?c(t) 离散化形式 e(n)?r(n)?c(n) de(t)dTt ne(n)?e(n?1)Tn ?e(t)dt0 ?e(i)Ti?0?T?e(i)i?0所以PID输出经过离散化后，它的输出方程为:
u(n)?Kp{e(n)?TTin?i?0e(i)?TdT[e(n)?e(n?1)]}?up(n)?ui(n)?ud(n)?u0 （3-4）
式中，
up(n)?Kpe(n) 称为比例项
ui(n)?KpTTiTdn?e(i)i?0 称为积分项
ud(n)?KpT[e(n)?e(n?1)] 称为微分项
上式中，积分项是包括第一个采样周期到当前采样周期的所有误差的累积
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