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PID控制器的设计

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PID控制器的设计
摘要
现代工业生产的过程中,生产规模一直在不断地扩大,对产品质量的要求也日益提高,再加上现场环境越来越复杂,使得工业过程控制系统已成为生产过程中必不可少的设备。工业控制器作为过程控制系统的核心,在现代工业过程控制中起着至关重要的作用。PID控制是迄今为止最为通用的控制方法,是经典控制理论在实际控制系统中的典型应用。作为最早发展起来的控制策略之一,PID控制算法简单、鲁棒性好、可靠性高……已经被广泛应用于工业过程控制。
随着计算机科学技术的飞速发展,人们先后将模糊控制、自适应控制、专家控制、神经网络控制等自动控制理论应用于PID控制,使PID控制的性能不断提高,可以逐步克服不能同时很好地满足稳态精度与动态稳定性,平稳性与快速性的要求以及对于存在强非线性、快速时变不确定性、强干扰性,控制效果较差等缺点,适用范围越来越广。
本文叙述了PID原理,对自整定PID控制器的设计进行了研究。PID控制器硬件核心选用了MSP430系列16位单片机和LPC2000系列ARM7内核32位单片机,在嵌入式操作系统支持下完成双路模拟量采样、输入滤波、模糊PID运算、双路模拟控制量输出、液晶显示、按键设置、多总线通讯等功能。
关键词  PID控制器;自整定;单片机


目录
摘要 1
Abstract 2
数字PID控制器的硬件设计 4
第一章 绪论 4
1.1课题的研究目的和意义 5
1.2  PID控制器的研究现状 6
1.2.1 国内研究动态 6
1.2.2 国外研究动态 6
1.3 本论文主要工作 7
1.4 本章小结 7
第二章  PID控制器和控制理论 7
2.1 PID控制器 7
2.1.1 传统PID控制器 8
2.1.2 控制器介绍 8
2.2 PID控制系统的原理 9
2.2.1基本的PID控制方法 9
2.2.2 PID控制方法的核心算法 9
2.2.3完整的PID控制系统的设计 10
第三章PID控制器总体规划及硬件电路设计 11
3.1 硬件电路总体设计规划 11
3.1.1 数据采集、处理单元的硬件设计 12
3.1.2 PID算法输出单元硬件设计 12
3.1.3 控制器的模块划分与功能定义 13
3.2 PID控制器的软件总体设计规划 14
3.3 本章小结 17
第四章 控制器的硬件设计 17
4.1 PID算法输出单元最小系统设计 17
4.1.1 LPC2368简介 17
4.1.2 电源电路 18
4.1.4 复位电路 19
4.1.5 SPI接口电路 20
4.1.6 调试与测试接口 21
4.2 数据采集单元最小系统设计 21
4.2.1 MSP430 单片机简介 21
4.2.2 时钟电路 22
4.2.3 复位电路 22
4.2.4 JTAG接口电路 23
4.2.5 A/D采集电路 23
4.3 控制器外围模块接口设计 24
4.3.1 信号调理电路 24
4.3.2 大容量FLASH数据存储模块 28
4.3.3 RTC电路 29
4.3.4 串行总线接口 30
4.3.5 RS485接口电路 32
4.3.6 USB总线接口电路 32
4.3.7 键盘电路设计 33
4.3.8 温度传感器接口电路 34
4.3.10 LCD显示电路 36
4.4 PCB板及其抗干扰设计 38
4.5 本章小结 41
结论 41
附录 42
参考文献 44
致谢 47

参考文献
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