网络数字PID控制器设计

1、第24卷增刊2005年实验室研究与探索RESEARCHANDEXPLORATIONINLABORATORYVol.24Sup.2005网络数字PID控制器设计王仲初,陈志彬(鞍山科技大学,辽宁鞍山114044)摘要:介绍使用ADUC812单片机作为PID控制的核心元件,设计了一种网络型数字PID控制器,上位机采用MATLAB作为软件平台,开发了上下位机的通信程序,PID参数设定,也可以将下位机所采集的数据传送给上位机,显示下位机的动态响应曲线。关键词:网络;PID控制器;MATLAB;ADUC812中图分类号:TP331.2文献标识码:B2()203DesignofBasedonNetwork

2、WANGZhong2chu,CHENZhi2binUniversityofScienceandTechnology,Anshan114044,China)Abstract:ThispaperintroducedanewtypecontrollerwhichusesADUC812microchipcomputerasthekernelunit,andbasedonthenetwork.MastercomputeradoptedMATLABassoftwareplatform,developedthecommunicationprogrambetweenthemastercomputerandth

3、eslavecomputer.MastercomputercansetslavecomputersPIDparameters,getthedataofdowngathered,anddisplaythedynamicresponsecurveofslavecomputer.Keywords:Network;PIDcontroller;MATLAB;ADUC8121引言通过交流,借鉴经验,为推动我国自动化专业学科的发展,深化自动化专业实践教学改革,搞好自动化专业实验平台建设,提高自动化专业实践教学水平,培养自动化专业创新人才,特别是面向国民经济主战场的自动化系统工程师人才。大家聚在一起,集思广益

4、,以推动各高校自动化专业实践教育改革的深化内容。设计是针对目前高等学校过程控制实验设备的技术水平落后于计算机技术的发展速度而提出的。目前高等学校过程控制实验设备中的PID控制器参数整定方法绝大部分还是依靠手动调节PID参数,这种参数整定方法不利于同学对PID参数整定方法进行深入的研究,也限制了同学的学习主动性和创造性的发挥。随着计算机硬件和软件技术的飞速发展,各种型号的单片机不断涌现,特别是在系统编程技术已经嵌入到单片机中,本设计利用ADUC812单片机的Flash程序存储器,可以通过上位机下载下位机的程序,提高学生的单片机的编程能力和学习效率。利用单片机的通信功能实现下位机数据上传给上位机,

5、并利用上位机丰富的软件功能,实现曲线屏幕打印、参数辨识、优化、调整及将调整后的参数下传给下位机。提高学生上位机的编程能力和学习效率。这种模式的过程控制实验装置,可以大大提高学生下位机、上位机编程能力及对总线通信方式的初步认识,激发学生的学习主动性和创造性。2概述PID调节器及其改进型是在工业过程控制中最常见的控制器(至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器,若改进型包含在内则超过90%)。但是同其它控制方法一样,几十年来,PID控制的参数整定方法和技术也处于不断发展中,特别是近年来,国际自动控制领域对PID控制的参数整定方法的研究仍在继续,许多重要国际杂志不断发表新的研究成果。本收稿

6、日期:2005205219作者简介:王仲初(1955-),男,四川人,教授,博士,主要从事自动化专业教学工作和科研工作。Tel:041225929738,E2mail:3系统结构与功能3.1系统结构图378实验室研究与探索第24卷正系统结构图如图1所示,上位机采用PC机,下位机采用以ADUC812为核心的单片机。图1系统结构图3.2上位机功能上位机主要完成向下位机传送PID设定参数,命令下位机将所采集的数据传送给上位机,并将数据以曲线的形式在屏幕上画出。可以根据所采集的数据对PID参数进行优化,将优化后的PID参数传送给下位机。3.3下位机硬件结构图下位机硬件结构图如图2所示。图4下位机软件流

7、程图5多机通信程序设计,多机通。101234ENQSOHSOH值ASCII码说明电文开始下位机站地址(10进制:10位)下位机站地址(10进制:个位)传送要求要求命令站号023,9029ENQ命令R5257454647443023F3023F3023F3023F033023F3023F读数据写参数功能种类图2下位机硬件结构图W5下位机主要由数码管、键盘、单片机(ADUC812)、外部接口等设备组成。键盘主要由功能键和加减键组成,它完成设定参数和功能显示设定。数码管主要显示各种参数。单片机和外部接口主要完成根据设定的PID参数对控制对象进行闭环或开环控制(例如温度控制)。下位机可以实现与上位机的

8、多机通信的功能。种类KpTiTdData6789101112数据02F02F02F02F数据位1(16进制:1000位)数据位2(16进制:100位)数据位3(16进制:10位)数据位4(16进制:个位)电文结束校验和1(16进制:10位)校验和2(16进制:个位)4上位机与下位机软件设计4.1上位机软件设计ETXBCCETX02F02F上位机以MATLAB作为软件平台,设计有串行通信参数设定界面,PID参数设定界面等,软件流程图如图3所示。图3上位机软件流程图4.2下位机软件设计图5电阻炉结构图下位机软件流程图流程图如图4所示。(下转第388页)388实验室研究与探索第24卷WinSockC

9、lient8.GetDataa,vbStringText1.Text=Text1.Text&a将服务器传送的信息以文本形式显示在文本框中)thenIf(a=“同意申请”讲复杂,由于篇幅有限,本文只能介绍比较典型的应用,以供业内同行交流。参考文献:1李惠升,叶安丽.电梯控制技术M.机械工业出版社,2003.2叶安丽.以电梯为对象开展拖动系列课程的教学研究J.等教育SetImageAlert.Picture=LoadPicture(App.Path+“)resourcealertc.bmp”服务器同意申请控梯时,红灯亮EndifEndsub研究,1997.1998,135-155.4刘建平.基于V

10、isualBasic的Winsock编程J.浙江工程学院学报,1999,16(3).5徐佑军,.基于WJ.计5结语本例是WinSock控件在模型电梯计算机网络控制局域网通信中的典型应用,文中提供的所有程序都已通过实际验证。,1999.(上接第378页)6控制对象为电阻炉,电阻炉原理图如图5所示,实验曲线如图6所示。7结语以ADUC812作为核心器件的网络PID控制器可以作为过程控制实验装置,该装置的上位机和下位机的软件完全开放,有利于培养同学的创新能力。在该装置的基础上,还可以开发模糊控制、无模型控制等算法。参考文献:1王伟.PID参数先进整定方法综述J.自动化学报,2000,26(3):3472355.2宇静.PID控制器参数自整定方法综述J.广东自动化与信息工程,2002,(1):124.3杨智.工业自整定PID调节器关键设计技术综述