基于MSP430單片機(jī)的PID參數(shù)整定義

4 PID參數(shù)整定儀的軟件設(shè)計(jì)

　　4.1 PID參數(shù)整定儀主要程序模塊

　　在工程實(shí)際應(yīng)用中，不僅需要完成硬件的相關(guān)設(shè)計(jì)與測(cè)試，還必須根據(jù)需要進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試工作，所以在設(shè)計(jì)出符合要求的硬件電路的基礎(chǔ)上，還要進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試。本控制器軟件部分主要包括以下程序模塊。

　　(1)系統(tǒng)的初始程序模塊。用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，包括設(shè)定初始狀態(tài)值和參數(shù)，確定A/D初始工作參數(shù)，檢測(cè)主電路是否上電和是否允許系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行等等。

　　(2)鍵盤掃描程序模塊。讀取鍵盤輸入值，包括PID初始設(shè)定值、系統(tǒng)設(shè)定值及采樣時(shí)間等等。

　　(3)采樣程序模塊。用來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣過(guò)程要進(jìn)行濾波，減少噪聲干擾對(duì)采樣數(shù)據(jù)的影響，最后檢測(cè)采集的數(shù)據(jù)是否包含了對(duì)象足夠多的信息，清除不合格的采樣數(shù)據(jù)，保證所采樣數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

　　(4)模型辨識(shí)模塊。根據(jù)采樣數(shù)據(jù)采用相關(guān)系數(shù)辨識(shí)法辨識(shí)出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，使辨識(shí)的模型與原模型有較好的線性相關(guān)度。

　　(5)參數(shù)整定模塊。根據(jù)辨識(shí)出的系統(tǒng)模型采用相關(guān)的整定算法計(jì)算出新的PID參數(shù)值。

　　(6)LCD模塊。將相關(guān)的數(shù)據(jù)，像設(shè)定值、整定模式以及PID的參數(shù)值等，顯示在液晶屏上。

　　整個(gè)系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

　　上面模塊還要進(jìn)行詳細(xì)劃分，每個(gè)模塊之間的耦合很少，這樣就可以獨(dú)立編程、調(diào)試，提高了軟件開發(fā)的模塊性。

　　4.2 PID參數(shù)整定儀的總體工作流程

　　圖5是自整定控制器的工作流程圖，用戶輸入設(shè)定值，然后對(duì)過(guò)程的輸入量u和輸出量y進(jìn)行采樣。對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并計(jì)算出最佳的PID參數(shù)整定值。整定具體過(guò)程如下：

　　(1)通過(guò)控制面板設(shè)定采樣時(shí)間及設(shè)定值以進(jìn)行采樣。

　　(2)將采集的數(shù)據(jù)處理后得到辨識(shí)所需要的10～20個(gè)點(diǎn)。

　　(3)運(yùn)用基于頻域的模型辨識(shí)算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行辨識(shí)，得到系統(tǒng)的模型。

　　(4)根據(jù)模型采用相應(yīng)的辨識(shí)算法計(jì)算PID參數(shù)值。

　　(5)在LCD上顯示新的PID參數(shù)。

5 小結(jié)

　　介紹了本參數(shù)整定儀的各功能模塊，并且進(jìn)行了硬件及軟件設(shè)計(jì)。此整定儀集單變量和雙變量整定功能于一身，適合于任何使用PID控制器的場(chǎng)合，不過(guò)只有在過(guò)程獲得平衡狀態(tài)時(shí)辨識(shí)方法才可使用。此整定儀整定出的PID參數(shù)在LCD上顯示。工作人員只需將整定出的新參數(shù)在系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)置。此過(guò)程簡(jiǎn)單實(shí)用，方便工作人員操作，并且由于設(shè)計(jì)小巧，便于工作人員隨身攜帶。