(完整word版)基于PID的温室温度控制系统.doc

沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）

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第1章绪论

1.1选题的依据和意义

随着科学技术的发展，各类精密产品的生产制造以及特种科学实验都要求具有特定的工作环境，恒温就成为了不可缺少的条件之一。目前我国常见的恒温系统的恒温精度为±1℃及±0.5℃也有±0.1℃。而一些高精度的恒温系统如光学仪器厂的刻线室恒温精度已达到了±0.0056℃。但是在某些非凡的科学实验室不仅恒温精度很高，而且干扰量多如渗透风、设备散热、送风温度波动以及电热器供电电压的波动等。且某些干扰量如渗透风其最大值难以确定而没有采用相应的措施控制渗透风干扰量，导致房间温度的波动过大。结果使恒温精度很难达到要求。如何使这些非凡的科学实验的恒温精度达到使用要求成为了恒温控制系统设计的一个巨大的难题。由于传统的PID控制算法其运算简单、调整方便，在过程控制中这种控制算法仍占据相当重要的地位。故目前恒温室的空调系统大部分采用PID控制。

在工业生产中，经常需要控制温度、压力、流量、间距等连续变化的模拟量，无论使用模拟控制器的模拟控制系统，还是使用计算机的数字控制系统，PID控制都得到广泛的应用。PID控制器是比例-积分-微分控制的简称，具有不需要精确的控制系统数学模型，有较强的灵活性和适应性，以及程序设计简单，参数调整方便等优点。积分控制可以消除系统的静态误差和改善动态响应速度，比例、积分、微分三者有效地结合可以满足不同的控制要求。目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器、仪表、已经很多产品已在工程实际中得到了广泛的应用。有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。

温度控制是PID运用最广的方式之一，顾研究基于PID的温室温度控制器，可以迅速了解最基本的PID现代化需求以及原理，更好的掌握前端科技，同时也拥有更新更准确的理论支持，因而过温度控制来研究PID是非常合适的。

1.2选题研究的基本内容

本文研究的是基于PID的温室温度控制器的设计总体方案，温度控制器是温室温度调节的一个重要环节，对提高温度控制的经济性、可靠性和安全性有着重要的意义。本文主要是完成对温度控制器进行研究。PID控制，因为它简单，容易实现,它有可消除稳态误差的优点基本上能够达到反应速度快、稳态误差小的理想结果。本项目以单片机芯片为核心用PID控制方法设计出的温度控制的控制算法及其系统实现方法，实现对温度的检测，显示和控制功能。

1.3PID控制算法的研究

1.3.1模拟PID简介

在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近80年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

1.3.2PID控制理论

PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成控制偏差e(t)：

（1.1）

将偏差e(t)的比例(Proportional)、积分(Integral)和微分(Derivative)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，因此称为PID控制，PID控制系统原理如图1.1所示：

图1.1PID控制系统原理图

其控制规律为

（1.2）

或者写成传递函数形式为

（1.3）

式1.3中：比例系数；：积分时间常数；：微分时间常数。

PID控制器各校正环节的作用如下：

（1）比例环节即时成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差；

（2）积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度；

（3）微分环节能够反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并且能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一