计算机控制课程设计 - 带死区PID控制 - 图文

关于带死区PID温度控制系统实训报告

1. 实习内容及其要求

本次实习主要是通过温度的设定值和反馈值，计算其偏差，并使用基本PID、或不完全微分PID或微分先行PID或死区PID或积分分离PID或积分限幅PID控制算法输出控制信号，整定PID参数，使被控的温度达到设定值。具体实训内容包括AC6611过程卡的接线和测试、数据采集程序设计、PID算法程序设计、控制输出程序设计、人机界面程序设计、PID参数整定、实训报告。通过本次实训，让学生了解计算机控制系统的基本组成，提出计算机控制系统的设计思路，初步学会计算机控制系统软硬件设计及调试的方法，具备技术实现能力；基本上能够处理实践过程中出现的问题并提出解决办法，进一步提高学生的计算机应用水平。要求学生能完成一个基本PID或不完全微分PID或微分先行PID或死区PID或积分分离PID或积分限幅PID单回路温度控制系统的设计和调试过程。

2. AC6611多功能过程通道卡

2.1 功能特点与技术指标

AC6611是一款廉价通用A/D、D/A板和I/O卡，AD工作在查询方式，采用PCI总线支持即插即用、无需地址跳线。AC6611具有16路单端模拟输入、1路12位D/A和32路开关量（16路输入及16路输出）。

A/D转换器：120KHZ，12位A/D，ADS7816，a/d内部采样保持器 工作方式：软件查询方式 16位单输入：输入阻抗：1M欧姆 连接器：DB25孔式输入连接器 A/D最大通过率:70KHZ 1）模拟量输出（D/A）

1路12位DA，分辨率12位，精度：0.2%。 电压输出，最大输出电流：5mA。 输出零点误差小于±10mA。

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输出范围：10V、±10V，跳线器选择。 输出简历时间小于：50uS。 输出插座：DB25（孔）连接器。 2）模拟量输入（A/D）

A/D转换器：120KHZ，12位A/D，ADS7816，A/D内置采样保持器。 工作方式：软件查询。

16路单端输入，输入阻抗：1MΩ

最大输入耐压电压：<+12V/-5.5V，瞬时输入耐压：-25V- +30V 连接器：DB25孔式输入连接器。

A/D最大通过率：70KHZ，输入通道建立时间<8uS。 双极性输入范围：-5V—+5V，单极性输入范围：5V、10V。 3）开关量输入/输出

16路开关量输入（2个8位），16路开关量输出（2个8位） TTL电平（兼容3V逻辑）

开关量输出复位后喂输出为低电平“0”。

输出高电压>2.5V，低电压>0.5V，最大输出电流：8mA 输入电流<0.1mA 输入高电压门限>2V，低电压<0.8V 输入耐压：高电平最大耐压：8V，低电平：-0.4V 连接器：40脚扁平电缆插座。 4）其它

符合PCI V2.1标准，供电：+5V、+12V、-12V。 AC6611占用64个I/O选通空间

工作温度：0—70℃，尺寸：12（W）X 9(H)（厘米）

2.2 应用方法和步骤

1）关闭计算机的电源；

2）将AC6611板卡插入PCI槽中（实物图如下：）；

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3）打开计算机电源，启动Windows 2000/XP；

4）Windows 2000/XP将会显示找到新硬件，可按找到新硬件向导进行下一步；

5）选择搜索设备的最新驱动程序；

6）选择驱动所在目录，进行安装（\\ac6611\\driver\\）； 7）按找到新硬件向导的提示进行下一步（端子连接图如下：）；

8）Windows 2000/XP将显示完成添加/删除硬件向导，单击完成即可完成安装过程。

在完成上述操作后，打开AC6611的静态测试程序，在通道选择处选择你所需要的输入量程及起始通道和停止通道，输入选择处选择0到10伏的电压，输出选择处也选择0到10伏电压。起操作界面如下：

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在静态测试完成后，就可以编程对AC6611进行测试，其步骤如下： 1）加载DLL；

2）调用AC6611_CreateDevice()； 3）调用AC6611_AD()； 4）调用AC6611_DA()； 5）调用AC6611_DI()； 6）调用AC6611_DO()； 7）AC6611_CloseDeivce()。

3. 方案设计

根据加热器的过程特性和控制装置的情况，采用带死区单回路温度控制系统，系统框图如下：

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3.1加热器的过程特性

加热器的工作原理是把一个匝数较多的初级线圈和一个匝数较少的次级线圈装在同一个铁芯上。输入与输出的电压比等于线圈匝数之比，同时能量保持不变。因此，次级线圈在低电压的条件下产生大电流。我们这次做的死区PID温度控制系统中，使用的加热器其加热上限是100℃。在加热器加热的过程中，通过死区PID算法的控制，使其温度稳步地逼近设定值，并在允许的偏差范围内有较小的波动。其在工作的时候是通过外在的控制器给予它一个模拟的信号，来驱动加热器工作，在此同时它也会向控制器反馈它此时的温度状态。

3.2加热器温度控制系统的实现方案

对于加热器温度控制系统，在硬件上我们采用的是AC6611板卡、AC157和一个用于实训的加热器。在软件上我们采用的标准的PID控制算法对其进行的控制输出。从而有机的把软硬件整合成为一个整体，构成一个比较简易的加热器温度控制系统。

3.3 AC6611和加热器接线图设计

AC6611是通过AC157和加热器相连接的，在加热器的输出和地之间还需要接一个500Ω的电阻，实际中，我们是将两个1K的电阻串接起来，将4到20毫安的电流转换成2到10伏的电压。其具体的实物接线图和模块图如下：

模块图

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