文档介绍：温度自动控制系统 

学校: 华中科技大学
院系: 电气与电子工程学院
专业: 电气工程及其自动化
班级: xxxx
姓名: lwpo2008
学号: xxxxxxxxxx
指导教师: xxxxxx
日期: 2009-03-23
联系方式: ******@.
摘要
本设计以 MSP430 单片机为主控核心,采用增量 PID 控制算法,实现木盒
内温度的调节与稳定控制。本系统主要包括两部分:温度测量部分和制冷控制部
分。温度测量部分采用美国 Dallas 半导体公司生产的数字式温度传感器 DS18b20,
通过总线协议实现测量。温控部分有 PWM 调节开关电源的供电电压,通过改变
PWM 信号的占空比,精确地控制制冷片的供电电压,从而控制制冷速率。
关键词:温度控制,半导体制冷, PID
控制原理
将偏差的比例(Proportion)、积分(Integral)和微分(Differential)通过
线性组合构成控制量,用这一控制量对被控对象进行控制,这样的控制器称 PID
控制器。
PID 控制原理
在模拟控制系统中,控制器最常用的控制规律是 PID 控制。为了说明控制
器的原理,以图的例子说明。给定输入信号0 tn )( 与实际输出信号tn )( 进行比
较,其差值 0 −= tntnte )()()( ,经过 PID 控制器调整输出控制信号u t)( ,tu )( 对
目标进行作用,使其按照期望运行。

0 tn )( tu )(
PID 控制目标

—
tn )(
图典型 PID 控制框图
常规的模拟 PID 控制系统原理框图如图所示。该系统由模拟 PID 和被控
对象组成。图中tr )( 是给定的期望值,ty )( 是系统的实际输出值,给定值与实际
值构成控制偏差te )( :
= − tytrte )()()(
te )( 作为 PID 控制的输入,tu )( 作为 PID 控制的输出和被控对象的输入。构
成 PID 控制器的规律为:
⎡ 1 t tde )( ⎤
teKptu )()( += )( +Tddtte
⎣⎢ Ti ∫0 dt ⎦⎥
其中:Kp ——控制器的比例系数
Ti ——控制器的积分时间,也称积分系数
Td ——控制器的未分时间,也称微分系数

比例

ty )(
0 tn )( te )( tu )(
积分目

—

微分

tn )(

图模拟 PID 控制系统原理图
比例环节
比例环节的数学表达式: teKp )(*
在模拟 PID 控制器中,比例环节的作用是对偏差瞬间作出反应。偏差一旦
产生控制器立即产生控制作用,使控制量向减少偏差的方向变化。控制作用的强
弱取决于比例系数 Kp ,比例系数越大,控制作用越强,则过渡过程越快,控制
过程的静态偏差也就越小;但是 Kp 越大,也越容易产生振荡,破坏系统的稳定
性。故而,比例系数 Kp 选择必须恰当,才能过渡时间少,静差小而又稳定的效
果。
积分环节
Kp t
积分环节的数学表达式: ()dtte
Ti ∫0
从积分部分的数学表达式可以知道,只要存在偏差,则它的控制作用就不断
的增加;只有在偏差 e t = 0)( 时,它的积分才能是一个常数,控制作用才是一个
不会增加的常数。可见,积分部分可以消除系统的偏差。
积分环节的调节作用虽然会消除静态误差,但也会降低系统的响应速度,增
加系统的超调量。积分常数Ti 越大,积分的积累作用越弱,这时系统在过渡时不
会产生振荡;但是增大积分常数Ti 会减慢静态误差的消除过程,消除偏差所需的
时间也较长,但可以减少超调量,提高系统的稳定性。当Ti 较小时,则积分的作
用较强,这时系统过渡时间中有可能产生振荡,不过消除偏差所需的时间较短。
所以必须根据实际控制的具体要求来确定Ti 。
微分环节
de(t)
微分环节的数学表达式: *TdKp
dt
实际的控制系统除了希望消除静态误差外,还要求加快调节过程。在偏差出
现的瞬间,或在偏差变化的瞬间,不但要对偏差量做出立即响应(比例环节的作
用),而且要根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正。为了实现这一作用,可
在 PI 控制器的基础上加入微分环节,形成 PID 控制器。
微分环节的作用使阻止偏差的变化。它