遍接受的，也就是最好的控制方法依然没有找到。

另方面，也需要各种各样整定控制器的方法从些简单的整定方法到基于对象模型的更精确的设计方法。

各种不同的控制问题要有不同的设计方法来解决。

大多数设计方法往往仅考虑了控制问题的个方面，例如有些设计方法只考虑了抑制负载扰动而没有考虑设定值跟踪。

个好的设计方法应该满足系列工程指标，如负载扰动抑制设定值跟踪以及控制器的非脆弱性等。

许多传统的控制器设计方法没有对这些方面进行全面考虑，而是采用种不能令人满意的折衷手段。

设计控制器应考虑的问题当我们去解决个实际控制问题的时候，首先必须弄清楚控制的主要目的，也就是找出重点要解决的问题。

般来说好的设定值跟踪和快速抑制负载扰动是两个主要控制目标。

由于些性能指标的实现往往受到控制器结构形式的限制。

例如利用传统的单自由度控制器就无法同时满足设定值跟踪和负载扰动抑制的要求线性积分器在提高系统稳态精度的同时，也带来了相位的滞后，恶化了控制系统的品质，时常引起系统快速性与稳定性之间不可调和的矛盾。

因此，对控制器的结构形式要做些深入研究，可根据控制系统的实际要求，采用非常规控制器。

二〇〇七年六月十五日星期五第二章常规控制器控制器的基础知识控制器是种基于过去现在和未来信息估计的简单算法。

基本控制系统原理图如图所示比例积分微分被控对象图控制系统原理图系统主要由控制器和被控对象组成。

作为种线性控制器，它根据设定值和被控对象的反馈值构成控制偏差，将偏差按比例积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。

控制器的输入输出关系可描述为式中，为比例系数，为积分时间常数，为微分时间常数。

比例作用比例作用的引入是为了及时成比例的反映控制系统的偏差信号，以最快速度产生控制作用，使偏差向减小的方向变化。

由于比例调节器的输出和输入成比例关系，只要有偏差存在，调节器的输出立刻与偏差成比例的变化，因此比例调节作用及时迅速，这是它的个显著特点。

但是这种调节器用在控制系统中，将会使系统出现稳态误差，也就是说，当被控变量受干扰影响而偏离给定值后，不可能再回到原先数值上，因为如果被控变量值和给定值之间的偏差为零，调节器的输出就不会发生变化，系统也就无法保持平衡。

为了减小稳态误差，可增大。

越大，稳态误差越小。

但增大将使系统的稳定性变差，容易产生振荡。

比例调节器般用在干扰较小，允许有稳态误差的系统中。

二〇〇七年六月十五日星期五积分作用在积分控制中，控制器的输出与输入偏差信号的积分成正比关系。

对于个自动控制系统来说，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。

为了消除稳态误差，在控制器中必须引入积分项。

随着时间的增加，积分项会增大。

这样，即便偏差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进步减小，直到等于零。

因此，比例积分控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

微分作用在微分控制中，控制器的输出与输入偏差信号的微分即偏差的变化率成正比关系。

自动控制系统在克服偏差的调节过程中可能会出现振荡。

其原因是由于存在有较大惯性组件环节或有滞后组件，具有抑制偏差的作用，其变化总是落后于偏差的变化。

解决的办法是使抑制偏差的作用的变化超前，即在偏差接近零时，抑制偏差的作用就应该是零。

这就是说，在控制器中仅引入比例项往往是不够的，比例项的作用仅是放大偏差的幅值，而目前需要增加的是微分项，它能预测偏差变化的趋势，这样，具有比例微分的控制器，就能够提前使抑制偏差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。

所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例微分控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

模拟调节器模拟控制器，实际上是由电阻电容运算放大器构成的模拟电子电路来实现运算的功能。

模拟控制电路如图所示图模拟控制电路图二〇〇七年六月十五日星期五在图中，前半部分是比例微分电路，及组成无源比例微分电路，运算放大器构成同相比例放大器。

后半部分是比例积分电路，构成输入电路，为反馈电容，电阻电容构成积分电路，电容，和运算放大器构成比例电路。

输入信号通过运算电路得到输出电压信号。

输出信号与输入信号的传递函数关系如图所示图输出信号与输入信号的传递函数关系图这就是反映电路的输出输入信号的关系。

为了实现较好的控制效果，需要对参数进行整定，调节电位器和来获得不同的比例积分微分作用，这就是常规的模拟调节的原理。

数字控制算法控制算法是调节器的个重要组成部分，整个调节器的功能主要由控制算法来实现。

由于计算机技术的发展，数字控制器正在逐渐取代模拟控制器。

数字控制算法通常分为位置式控制算法和增量式控制算法。

位置式控制算法在模拟控制系统中，算法的表达式为标度变换子程序函数定义二〇〇七年六月十五日星期五定义斜率显示子程序函数定义定义数组存放千百十个位的字型码，将千位数的字型码赋给将百位数的字型码赋给将十位数的字型码赋给将个位数的字型码赋给数码显示将四个位上的字型码顺次输出将字型码首先赋值给可按位寻址型变量将个位从低到高顺次输出由产生脉冲上升沿右移位二〇〇七年六月十五日星期五数据采集和滤波子程序第次数据采集第二次数据采集第三次数据采集第四次数据采集将四次采集的数据求平均值二〇〇七年六月十五日星期五积分分离式算法子程序比例增量积分增量微分增量偏差计算偏差上限报警计算比例计算增量计算微分计算增量偏差较小处理增量二〇〇七年六月十五日星期五输出限幅子程序键盘扫描子程序二〇〇七年六月十五日星期五按键处理子程序自动键手动键二〇〇七年六月十五日星期五参数键选择键，增加键二〇〇七年六月十五日星期五减小键主程序数据送口，二〇〇七年六月十五日星期五二〇〇七年六月十五日星期五致谢在本设计过程中，指导老师为我的设计倾注了大量的心血。

从查阅资料到设计方案的确定和修改，中期检查，详细设计，撰写论文等整个过程中都给予了我悉心的指导，对我的设计提供了许多宝贵的意见和建议，使我能尽快的完成毕业设计任务。

更重要的是她严谨的治学态度和丝不苟的工作精神给了我深刻的启发和鼓励。

在此，我还要感谢其他老师的指导和帮助，对老师们在工作和生活中的帮助致以最真诚的谢意。

最后，我真诚的感谢学校和老师给予我的教育和培养，我们即将毕业，我会努力将我所学的知识应用于以后的学习工作中。

二〇〇七年六月十五日星期五毕业设计说明书毕业论文过程控制系统实验装置开发数字调节器二〇〇七年六月十五日星期五摘要在过程控制中，调节器是由大量运算单元组成。

它们的性能直接关系到生产过程的平稳运行和产品的最终质量，与企业的经济效益息息相关，因而其优化设计具有重要的现实意义。

系统稳定是调节器设计首先需要考虑的问题，如果系统不稳定，提高其它性能也就没有意义了。

常规的模拟调节装置之所以采用基本控制方案，主要是因为它在现场能够获得直观的有效的控制效果。

因此，直到现在它仍然是种最基本的控制规律。

而采用单片机实现的数字算法，由于软件系统的灵活性，使算法得到了进步修正和完善。

控制算法的种类很多，应用场合不同对算法的要求也有所不同。

本次设计主要对积分分离式控制算法进行了重点的研究，结果证明在定场合下积分分离式控制算法优于基本的算法。

关键词单片机调节器积分分离二〇〇七年六月十五日星期五二〇〇七年六月十五日星期五目录摘要第章引言控制器的现状控制器设计方法回顾设计控制器应考虑的问题第二章常规控制器控制器的基础知识比例作用积分作用微分作用模拟调节器数字控制算法位置式控制算法增量式控制算法数字调节器的整体设计功能和要求整体结构设计第三章硬件设计单片机单片机的发展概况二〇〇七年六月十五日星期五单片机转换电路设计转换电路设计复位电路设计键盘电路设计显示电路设计数码管显示电路第四章软件设计软件流程介绍数字滤波标度变换偏差处理较大偏差处理较小偏差处理不完全微分的算法设计积分分离算法设计限幅程序设计报警程序设计键盘程序设计键盘扫描按键处理第五章调节器设计中遇到的问题二〇〇七年六月十五日星期五数字控制器采样周期的选择正反作用问题手动自动无扰动切换控制规律的选择比例控制规律比例积分控制规律比例微分控制规律比例积分微分控制规律参数整定参数对系统性能的影响参数整定调节器测试实验结束语参考文献附录硬件图附录源程序致谢二〇〇七年六月十五日星期五第章引言控制器的现状在工业过程控制中，控制是历史最悠久，生命力最强的种控制方式。

它是迄今为止最通用的控制方法。

它提供种反馈控制，通过积分作用可以消除稳态误差，通过微分作用可以预测未来。

控制器能解决许多控制问题，尤其在动态过程是良性的和性能要求不太高的情况下。

控制不仅是分布式控制系统的重要组成部分，而且嵌入在许多有特殊要求的控制系统中。

在过程控制中，以上的控制回路采用类型的控制器，因此，大多数反馈回路采用该方法或其较小的变形来控制。

我们今天所熟知的控制器产生并发展于年期间。

尽管年以来，许多先进的控制方法不断推出，但控制器以其结构简单，仍被广泛应用于冶金化工电力轻工和机械等工业过程控制中。

据日本电气计量器工业会先进控制动向调查委员会统计，在日本有的控制回路采用的是控制器控制。

在美国，据控制工程杂志估计，有以上的工业控制器采用的是控制器。

而在我国现在调节器的应用就更加普遍。

虽然随着控制理论的发展和控制手段的更新，许多基于现代控制理论的新型控制器不断出现，但控制仍是最重要的控制方法。

据估计在我国过程控制工业中需要约万个智能的控制器。

调节器的发展经历了液动式气动式几个阶段，目前正经历由模拟控制器向着数字化智能化控制器的方向发展阶段这些数字化智能化的控制器有着传统的模拟控制器无法比拟的优点，如可以灵活的改变控制参数可以灵活的改变控制策略等。

随着工业的发展，对象的复杂程度不断加深，尤其对于大滞后时变的非线性的复杂系统其中有的参数未知或缓慢变化有的带有延时或随机干扰有的无法获得较精确的数学模型或模型非常粗糙。

加之，人们对控制品质的要求日益提高，基本控制器的缺陷逐渐暴露出来。

对于时变对象和非线性系统，基本的控制更是显得无能为力。

因此，基本控制的应用受到很大限制和挑战。

人们在对应用的同时，也对其控制算法进行了各种