PID恒温控制程序，实现高效稳定温度调节 (pid恒温控制系统)

在工业自动化和过程控制领域，温度控制至关重要。理想的温度控制系统应能够快速准确地调节温度，同时保持稳定性。PID（比例积分微分）控制器是一种广泛用于温度控制中的算法，因为它能够有效地处理各种系统中的温度扰动。

什么是 PID 控制？

PID 控制是一种反馈控制系统，它利用三个参数（P、I、D）来计算控制输出。这些参数分别代表比例、积分和微分。比例项根据当前误差的大小进行调节，积分项根据误差随时间的累积进行调节，而微分项根据误差变化率进行调节。

PID 恒温控制程序的原理

PID 恒温控制程序的基本原理是通过比较实际温度和设定温度来计算误差。根据 PID 参数，控制器计算一个控制输出，该输出用于调节加热或冷却元件，以将实际温度降低或升高至设定温度。

1. 比例项

比例项的目的是根据误差的大小进行即时调节。较大的比例增益将导致更快的响应，但过度增益可能会导致系统振荡。比例增益 (Kp) 公式为：

Kp = 比例增益

e = 误差（设定温度 - 实际温度）

Kp e = 比例输出

2. 积分项

积分项的目的是消除误差的累积。它通过将误差随着时间累积来实现这一点。较大的积分增益将导致更慢的响应，但它可以帮助消除稳态误差。积分增益 (Ki) 公式为：

Ki = 积分增益

e = 误差（设定温度 - 实际温度）

dt = 时间增量

Ki e dt = 积分输出

3. 微分项

微分项的目的是根据误差变化率进行预测性调节。它通过计算误差的导数来实现这一点。较大的微分增益将导致更快的响应，但过度增益可能会导致系统不稳定。微分增益 (Kd) 公式为：

Kd = 微分增益

de/dt = 误差导数

Kd de/dt = 微分输出

4. PID 控制输出

PID 控制输出是三个单独输出（比例输出、积分输出和微分输出）的总和。该输出用于调节加热或冷却元件，以将实际温度降低或升高至设定温度。

PID 参数的调整

PID 参数的调整对于优化控制性能至关重要。有几个方法可以调整这些参数，包括：

• 试错法：逐个调整每个参数，同时观察系统的响应。
• 齐格勒-尼科尔斯法：这是一个基于系统步骤响应的经验公式。
• 模型预测控制：这是一种使用数学模型来优化控制输出的方法。

PID 恒温控制程序的好处

PID 恒温控制程序具有以下好处：

• 高效的温度调节
• 稳定的温度控制
• 适用于各种系统
• 易于实施和调整

应用

PID 恒温控制程序广泛用于以下应用：

• 工业炉
• 烘箱
• 空调系统
• 化学反应器
• 实验室设备

结论

PID 恒温控制程序是一种多功能且有效的算法，可用于实现高效稳定温度调节。通过调整 PID 参数，可以优化控制性能，以满足特定系统的要求。广泛的应用表明了 PID 恒温控制程序在工业自动化和过程控制中的价值。

如何用PID算法编程，使单片机通过控制继电器来实现恒温功能。

/*********************************************************************** PID温度控制程序程序说明： 系统上电后显示 “--温度” 表示需要先设定温度才开始进行温度检测 温度设定完毕后程序才开始进行PID温控***********************************************************************/#include <reg52.h>#include <absacc.h>#includeDS18B20.H#includePID.H#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char code tab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xBF};/*个位0~9的数码管段码*/unsigned char code sao[]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef};//扫描码uchar set=30,keyflag=1 ; //set初始化为30° keyflag为进入温度设定的标志位//4个按键使用说明sbit key_out=P1^0 ; //用于温度设定后的退出sbit key_up=P1^1 ; //设定温度加sbit key_down=P1^2 ; //设定温度减sbit key_in=P1^3 ; //在程序的运行中如需要重新设定温度 按下此键才能进入设置模式并且此时是停在温度控制的,按下key_out键后才表示设定完毕void Show_key();/***********************************************************/void delays(unsigned char k){unsigned char i,j ;for(i=0;i<k;i++)for(j=0;j<50;j++);}/*********************************************************//数码管显示函数P0口 作为数据口P2口的低四位作为扫描口变量 x表示扫描d表示是否要加小数点 为1是 为0不加y表示传递的数值*********************************************************/LCD_disp_char(uchar x,bit d,uchar y){P2=0XFF ;P0=0xFF ;if(d==0)P0=tab[y];elseP0=tab[y]&0x7f ; //与上0x7f表示是否要加小数点P2=sao[x]; //打开扫描端号 }/*********************************************************按键扫描*********************************************************/void keyscan(void){if(key_in==0) //按键进入函数{delays(10);//延时消抖 (以下同)if(key_in==0){while(key_in==0){Show_key(); //如果一直按着键不放 就一直显示在当前状态 (以下同)}keyflag=1 ; //按键标志位}}/***********************/if(key_out==0) //按键退出{delays(10);if(key_out==0){while(key_out==0){Show_key();}keyflag=0 ;set_temper=set ;}}/*************************/if(key_up==0) //设定温度的加{delays(10);if(key_up==0){while(key_up==0){Show_key();}if(keyflag==1){set++;if(set>90) //如果大于90°就不在加set=90 ;}}}/*************************/if(key_down==0) //温度设定的减{delays(10);if(key_down==0){while(key_down==0){Show_key();}if(keyflag==1){set--;if(set<30) //温度减到30°时不在往下减set=30 ;}}}}/*********************************************************************按键按下时的显示函数***********************************************************************/void Show_key(){output=1 ;LCD_disp_char(3,0,10); //显示 -delays(3);LCD_disp_char(2,0,10); //显示- (表示温度设定 )delays(3);LCD_disp_char(1,0,set/10); //显示温度十位delays(3);LCD_disp_char(0,0,set%10); //显示温度个位delays(3);}/*****************************************************************/void main(){unsigned int tmp ;//声明温度中间变量unsigned char counter=0 ;PIDBEGIN(); //PID参数的初始化output=1 ; //关闭继电器输出while(1){keyscan();if(keyflag){Show_key(); //显示温度设定}else{if(counter--==0){tmp=ReadTemperature();//每隔一段时间读取温度值counter=20 ;}LCD_disp_char(3,0,tmp/1000); //显示温度十位delays(3);LCD_disp_char(2,1,tmp/100%10); //显示温度个位//显示小数点delays(3);LCD_disp_char(1,0,tmp/10%10); //显示温度小数后一位delays(3);LCD_disp_char(0,0,tmp%10);//显示温度小数后二位delays(3);P2=0XFF ;P0=0xff ;compare_temper(); //比较温度}}}/**********************************************************************************************************************************************///PID算法温控C语言2008-08-17 18:58#ifndef _PID_H__#define _PID_H__#include<intrins.h>#include<math.h>#include<string.h>struct PID{unsigned int SetPoint ;// 设定目标 Desired Valueunsigned int Proportion ;// 比例常数 Proportional Constunsigned int Integral ;// 积分常数 Integral Constunsigned int Derivative ;// 微分常数 Derivative Constunsigned int LastError ;// Error[-1]unsigned int PrevError ;// Error[-2]unsigned int SumError ;// Sums of Errors};struct PID spid ;// PID Control Structureunsigned int rout ;// PID Response (Output)unsigned int rin ;// PID Feedback (Input)sbit output=P1^4;unsigned char high_time,low_time,count=0 ;//占空比调节参数unsigned char set_temper ;void PIDInit(struct PID*pp){memset(pp,0,sizeof(struct PID)); //PID参数初始化全部设置为0}unsigned int PIDCalc(struct PID*pp,unsigned int NextPoint){unsigned int dError,Error ;Error=pp->SetPoint-NextPoint ;// 偏差pp->SumError+=Error ;// 积分dError=pp->LastError-pp->PrevError ;// 当前微分pp->PrevError=pp->LastError ;pp->LastError=Error ;//比例//积分项return(pp->Proportion*Error+pp->Integral*pp->SumError+pp->Derivative*dError);// 微分项}/***********************************************************温度比较处理子程序***********************************************************/void compare_temper(){unsigned char i ;//EA=0;if(set_temper>temper){if(set_temper-temper>1){high_time=100 ; //大于1°不进行PID运算low_time=0 ;}else{ //在1°范围内进行PID运算for(i=0;i<10;i++){//get_temper();rin=s;// Read Inputrout=PIDCalc(&spid,rin); //执行PID运算// Perform PID Interation}if(high_time<=100) //限制最大值high_time=(unsigned char)(rout/800);elsehigh_time=100;low_time=(100-high_time);}}/****************************************/else if(set_temper<=temper) //当实际温度大于设置温度时{if(temper-set_temper>0)//如果实际温度大于设定温度{high_time=0 ;low_time=100 ;}else{for(i=0;i<10;i++){//get_temper();rin=s ;// Read Inputrout=PIDCalc(&spid,rin);// Perform PID Interation}if(high_time<100) //此变量是无符号字符型high_time=(unsigned char)(rout/);elsehigh_time=0 ;//限制不输出负值low_time=(100-high_time);//EA=1;}}}/*****************************************************T0中断服务子程序，用于控制电平的翻转 ,40us*100=4ms周期******************************************************/void serve_T0()interrupt 1 using 1{if(++count<=(high_time)) output=0 ;else if(count<=100){output=1 ;}elsecount=0 ;TH0=0x2f ;TL0=0xe0 ;}void PIDBEGIN(){ TMOD=0x01 ;TH0=0x2f ;TL0=0x40 ; EA=1 ;ET0=1 ;TR0=1 ; high_time=50 ;low_time=50 ;PIDInit(&spid);// Initialize =10 ;// Set PID =8 ;=6 ;=100 ;// Set PID Setpoint }#endif 转自他人程序。