基于MSP430單片機的便攜式PID參數(shù)整定儀的實現(xiàn)

摘要：PID控制器是工業(yè)中應用最為廣泛的控制器，實際工程中PID參數(shù)整定問題一直是困擾技術人員的問題之一，也一直是人們研究的熱點。本文應用RGA失調(diào)因子法對基于MSP430單片機的便攜式PID參數(shù)整定儀進行整定。并對便攜式PID參數(shù)整定儀進行了功能分析，以MSP430 F169為核心控制單元完成了系統(tǒng)的軟硬件設計。
關鍵詞：PID控制；參數(shù)整定；MSP430單片機

0 引言
PID控制是最常的控制策略，在工業(yè)過程控制中90％以上的控制回路具有PID結構。PID控制之所以被廣泛應用主要是因為它算法簡單，在實際中容易被理解和實現(xiàn)，而且許多高級控制都以PID控制為基礎。但是由于環(huán)境的變化，使被控對象具有時變性，參數(shù)經(jīng)過一段時間以后會
出現(xiàn)性能欠佳、適應性變差、控制效果下降等情況。因此，尋求參數(shù)自動整定技術，以適應復雜工況及高性能指標的控制要求，是實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化控制的重要手段，具有重大的工程實踐意義。

1 自整定過程原理
本文主要研究了一種手持式的PID參數(shù)整定儀器，此整定儀具有整定單變量和雙變量的雙重功能，控制系統(tǒng)主要采用低能耗的MSP430微控制器，軟件部分采用的軟件開發(fā)平臺是IAR MSP430 V3．42A。
PID參數(shù)整定儀的實現(xiàn)不僅能夠簡化過程控制工程師的工作量，而且能夠改善整個PID控制領域的控制性能，在能源日益緊張的今天，對于節(jié)約能源起到非常重大的作用。自整定過程如圖1所示。其中過程1與過程2是兩個具有耦合的過程。

具體過程為：整定儀提取過程的輸入輸出信號，然后通過過程模型計算部分計算出過程模型，將過程模型參數(shù)送給整定儀的算法整定部分，根據(jù)過程模型參數(shù)如果判斷系統(tǒng)為單變量系統(tǒng)則采用幅值相位裕度法對其進行整定，如果為雙變量則采用RGA失調(diào)因子法對其進行整定，最后將整定的結果顯示在LCD顯示屏上。

2 PID參數(shù)整定儀的功能分析
本文研制的便攜式PID參數(shù)整定儀主要具備如下功能：
(1)模擬信號輸入。能夠采樣接入標準的4～20mA電流信號，方便信號的處理。今后在此基礎上可以進行擴展，從而使其能夠接收更多的標準信號。
(2)模型辨識部分。設系統(tǒng)模型為二階加滯后模型，采用基于頻域的模型便是算法辨識出系統(tǒng)模型。
(3)PID參數(shù)的計算。根據(jù)辨識的模型，運用幅值相位裕度法與RGA失調(diào)因子法完成。
對PID控制器的自整定算法；其中幅值相位裕度法整定公式為：