基于S3C44BOX芯片的單回路PlD控制器參數整定
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3 單回路控制器PID控制算法
比例積分微分控制，是過程控制中應用最廣泛的一種控制規律。實際運行經驗及理論分析充分證明，這種控制規律用于多數被控對象能夠獲得較滿意的控制效果。因此，在計算機測控系統中廣泛地采用PID控制規律。
PID算法的離散化對被控對象的靜態和動態特性的研究表明，由于絕大多數系統中存在儲能部件，使系統對外作用有一定的慣性，這種慣性可以用時間常數來表征。另外，在能量和信息傳輸時還會因管道、長線等原因引入一些時間上的滯后。在工業生產過程的實時控制中，總是會存在外界的干擾和系統中各種參數的變化，它們將會使系統性能變差。為了改善系統性能，提高調節品質，除了按偏差的比例調節以外，引入偏差的積分，以克服余差，提高精度，加強對系統參數變化的適應能力：引入偏差的微分來克服慣性滯后，提高抗干擾能力和系統的穩定性，由此構成的單參數PID控制回路
e(t)=R-y(t) (1)
式(1)中y(t)是被控變量，R是y(t)的設定值。e(t)是調節器的輸入偏差，后面將見到的u(t)是調節器輸出的控制量，計算機測控系統通常利用采樣方式實現對生產過程的各個回路進行巡回檢測和控制，它屬于采樣調節。
設計中的單回路控制器采用的數字PID算法由軟件實現，所謂PID控制就是按設定值與測量值之間偏差的比例、偏差的積累和偏差變化的趨勢講行控制。它根據采樣時刻的偏差值計算控制量。因此PID控制律的實現，必須用數值逼近法。當采樣周期相當短時，可以用求和代替積分，用差商代替微分，即作如下近似變換：
式(2)中，k——采樣序號，k=1，2…，T——采樣周期。
顯然，上述離散化過程中，采樣時間必須足夠短，才能保證有足夠的精度。為了書寫方便，將e(kT)簡化表示成e(k)等，即省去T。可以得到離散的PID表達式為：
式中，k——采樣序號，k=0，1，2……；u(k)——第k次采樣時刻的計算機輸出值；e(k)——第k次采樣時刻輸入的偏差值；e(k-1)——第k-1次采樣時刻輸入的偏差值；KI——積分系數，
。該系統采用的是增量式PID控制算法，即指數字控制器輸出只是控制量的增量△u(k)，該算法的優點是編程簡單，數據可以遞推使用，占用存儲空間少，運算快。
根據遞推原理可得
4 仿真說明
事先給定系統中的傳遞函數
，分析這個傳遞函數，可以認為它是由2個慣性環節串聯構成的：1)慣性環節是
，2)慣性環節是
。根據調節器的選型原理，在ARM7S3C44BOX芯片的處理下，在回路中采用PID調節器。對調節器進行整定，直到控制效果比較令人滿意。整個過程都是在SIMULINK環境中實現的。利用SIMULINK環境中的仿真軟件搭建的串級控制系統模型圖如圖3所示。本文引用地址：http://www.104case.com/article/161085.htm
該系統要做的仿真驗證是：采用ARM7S3C44BOX芯片進行PID參數整定要比采用普通的89C51單片機芯片進行PID參數整定的效果好。在單回路控制系統的輸入端輸入一個階躍信號，在示波器中得到的仿真圖如圖4、5所示。
可以明顯的看到，圖4所示的仿真曲線，系統的動態偏差過大，穩定性不是很好。圖5所示的仿真曲線，過渡過程非常平穩，超調量不大，曲線的波動不大，穩定性好。
5 結論
單回路控制系統是最基本，結構最簡單的一種控制系統。但它是生產過程中應用最為廣泛的一種控制系統。因此，這種簡捷方便的參數整定方法具有一定的實用性。本文采用ARM7S3C44BOX芯片進行單回路PID參數調試，與89C51單片機芯片相比較，體現出強大的數據處理功能，過渡過程非常平穩，在控制上達到了平穩、迅速、準確跟蹤設定值的要求，控制效果良好。
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