基于MSP430單片機(jī)的便攜式PID參數(shù)整定儀的實(shí)現(xiàn)

摘要：PID控制器是工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的控制器，實(shí)際工程中PID參數(shù)整定問(wèn)題一直是困擾技術(shù)人員的問(wèn)題之一，也一直是人們研究的熱點(diǎn)。本文應(yīng)用RGA失調(diào)因子法對(duì)基于MSP430單片機(jī)的便攜式PID參數(shù)整定儀進(jìn)行整定。并對(duì)便攜式PID參數(shù)整定儀進(jìn)行了功能分析，以MSP430 F169為核心控制單元完成了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：PID控制；參數(shù)整定；MSP430單片機(jī)

0 引言
PID控制是最常的控制策略，在工業(yè)過(guò)程控制中90％以上的控制回路具有PID結(jié)構(gòu)。PID控制之所以被廣泛應(yīng)用主要是因?yàn)樗惴ê?jiǎn)單，在實(shí)際中容易被理解和實(shí)現(xiàn)，而且許多高級(jí)控制都以PID控制為基礎(chǔ)。但是由于環(huán)境的變化，使被控對(duì)象具有時(shí)變性，參數(shù)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后會(huì)
出現(xiàn)性能欠佳、適應(yīng)性變差、控制效果下降等情況。因此，尋求參數(shù)自動(dòng)整定技術(shù)，以適應(yīng)復(fù)雜工況及高性能指標(biāo)的控制要求，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化控制的重要手段，具有重大的工程實(shí)踐意義。

1 自整定過(guò)程原理
本文主要研究了一種手持式的PID參數(shù)整定儀器，此整定儀具有整定單變量和雙變量的雙重功能，控制系統(tǒng)主要采用低能耗的MSP430微控制器，軟件部分采用的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)是IAR MSP430 V3．42A。
PID參數(shù)整定儀的實(shí)現(xiàn)不僅能夠簡(jiǎn)化過(guò)程控制工程師的工作量，而且能夠改善整個(gè)PID控制領(lǐng)域的控制性能，在能源日益緊張的今天，對(duì)于節(jié)約能源起到非常重大的作用。自整定過(guò)程如圖1所示。其中過(guò)程1與過(guò)程2是兩個(gè)具有耦合的過(guò)程。

具體過(guò)程為：整定儀提取過(guò)程的輸入輸出信號(hào)，然后通過(guò)過(guò)程模型計(jì)算部分計(jì)算出過(guò)程模型，將過(guò)程模型參數(shù)送給整定儀的算法整定部分，根據(jù)過(guò)程模型參數(shù)如果判斷系統(tǒng)為單變量系統(tǒng)則采用幅值相位裕度法對(duì)其進(jìn)行整定，如果為雙變量則采用RGA失調(diào)因子法對(duì)其進(jìn)行整定，最后將整定的結(jié)果顯示在LCD顯示屏上。

2 PID參數(shù)整定儀的功能分析
本文研制的便攜式PID參數(shù)整定儀主要具備如下功能：
(1)模擬信號(hào)輸入。能夠采樣接入標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA電流信號(hào)，方便信號(hào)的處理。今后在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行擴(kuò)展，從而使其能夠接收更多的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。
(2)模型辨識(shí)部分。設(shè)系統(tǒng)模型為二階加滯后模型，采用基于頻域的模型便是算法辨識(shí)出系統(tǒng)模型。
(3)PID參數(shù)的計(jì)算。根據(jù)辨識(shí)的模型，運(yùn)用幅值相位裕度法與RGA失調(diào)因子法完成。
對(duì)PID控制器的自整定算法；其中幅值相位裕度法整定公式為：