基于瑞薩微控制器的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計
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2．2 溫度恒定自動控制模式
該模式利用數(shù)字PID控制算法，通過調(diào)整比例、積分和微分的3個參數(shù)，使系統(tǒng)獲得良好的閉環(huán)控制性能，從而使反應(yīng)槽中溫度趨于恒定。
模擬PID控制算法為：
式中，m(t)是PID控制器的輸出信號；e(t)為偏差信號；KP為比例增益；KI為積分增益；KD為微分增益。
用一系列采樣時刻kT代替連續(xù)時間t，以增量代替微分，并以后向差分的形式表示；對積分項也以增量代替，為了簡便，可省去T，將式(1)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散形式的差分方程：
系統(tǒng)的采樣周期T選定后，利用Z-N整定公式確定了KP、KI、KD，只要使用前后3次測量的溫度偏差值即可由式(3)式(4)得到控制量，再計算得出實際對應(yīng)的馬達轉(zhuǎn)速。
控制原理如圖6所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/162118.htm
3 實驗設(shè)計
選擇直徑10 mm，容積10 mL的注射器，在注射器中吸入濃度為38％的濃鹽酸，在5 cmX5 cmx10 cm反應(yīng)槽中倒入濃度為35％的氫氧化鈉水溶液，系統(tǒng)通過步進馬達控制注射器將鹽酸注入反應(yīng)槽中，從而發(fā)生放熱反應(yīng)。通過實驗證明，如表1所示，系統(tǒng)控制精度能達到0．1℃，選擇溫度恒定自動控制模式時，溫度穩(wěn)定時間小于120 s。
該系統(tǒng)可應(yīng)用于化工領(lǐng)域，作為反應(yīng)溫度自動控制系統(tǒng)，能取得良好的控制效果。
4 結(jié)束語
本文設(shè)計了一種實時溫度控制系統(tǒng)，它采用了瑞薩電子公司的H8S／2166微控制器作為核心處理器，并采用增量PID控制算法，它比傳統(tǒng)的51單片機有更快的運行速度，更好的可擴展性，能實現(xiàn)更為復(fù)雜的、高性能、運行穩(wěn)定、抗干擾能力強、智能化的實時嵌入式溫控系統(tǒng)。
當(dāng)然，該系統(tǒng)還存在一些不足之處，今后將在以下幾方面加以研究和改善：1)設(shè)計多種操作模式，以滿足各種實用環(huán)境；2)設(shè)計實現(xiàn)多個微控制器與一臺主機的通信，用一臺主機即可控制多個工作現(xiàn)場，進一步提高工作效率。
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