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單片機在高樓恒壓供水系統中的應用設計
時間:2019-06-22 09:47 來源:中贏供水 作者:中贏供水廠家 點擊:
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單片機在高樓恒壓供水系統中(zhong)的應(ying)用(yong)設計(ji)
近年來隨著科技的(de)(de)飛(fei)速發展，單片(pian)機的(de)(de)應(ying)用正(zheng)在不斷地走向深入，同時帶(dai)動傳統(tong)(tong)控(kong)(kong)(kong)制檢測的(de)(de)更(geng)新。目前對高(gao)樓(lou)恒壓供水(shui)控(kong)(kong)(kong)制的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)以及已開(kai)發的(de)(de)系統(tong)(tong)各有所長。隨著微機技術及變頻技術的(de)(de)發展，設(she)備簡單、投資(zi)少、可靠性高(gao)、抗干擾能力強、節(jie)能高(gao)效(xiao)的(de)(de)控(kong)(kong)(kong)制系統(tong)(tong)將是高(gao)樓(lou)恒壓供水(shui)系統(tong)(tong)研(yan)(yan)究(jiu)的(de)(de)方向。
介紹(shao)了(le)用 AT89C51單片(pian)(pian)機(ji)控制(zhi)的(de)變頻(pin)調(diao)速高樓恒壓(ya)(ya)供(gong)水系(xi)統(tong)，給出了(le)系(xi)統(tong)的(de)硬件結構及單片(pian)(pian)機(ji)控制(zhi)程序(xu)框圖(tu)。在(zai)系(xi)統(tong)中，AT89C51CPU 產生三相交流調(diao)頻(pin)控制(zhi)信(xin)號(hao)，經驅(qu)動后(hou)，輸送到逆變主(zhu)橋路，實現恒壓(ya)(ya)調(diao)速。
1 緒論
供水系統(tong)的動力，通常(chang)優先(xian)選用(yong)結構簡單、運行可(ke)靠、價格低廉的三相異步電(dian)動機。系統(tong)中，水的流出量是隨用(yong)戶(hu)用(yong)水需求(qiu)變(bian)化而變(bian)化的，傳(chuan)統(tong)的控(kong)制方法(fa)是調(diao)(diao)節風門。隨著電(dian)子技(ji)術、交流調(diao)(diao)速技(ji)術的不(bu)斷(duan)完善和計(ji)算機技(ji)術的迅速發展，變(bian)頻(pin)調(diao)(diao)速方法(fa)在高樓(lou)恒壓供水控(kong)制系統(tong)得(de)以應用(yong)，這不(bu)僅(jin)大大提(ti)高了系統(tong)的自動化程(cheng)度，而且(qie)也有效地解(jie)決了這一問(wen)題，減少了能源(yuan)浪費。
近(jin)年來，隨著居(ju)民區的(de)(de)(de)不(bu)斷擴(kuo)建與改造，樓房層(ceng)數(shu)的(de)(de)(de)不(bu)斷加高(gao)，我國居(ju)民用(yong)水(shui)難問(wen)(wen)(wen)題(ti)越來越突(tu)出(chu)，特(te)(te)別(bie)是(shi)高(gao)層(ceng)建筑居(ju)民，原有的(de)(de)(de)自來水(shui)管網的(de)(de)(de)壓力出(chu)現不(bu)足(zu)，大(da)(da)部分地區普遍存在(zai)(zai)著用(yong)水(shui)高(gao)峰期高(gao)層(ceng)供不(bu)上水(shui)，高(gao)層(ceng)居(ju)民經(jing)常出(chu)現用(yong)水(shui)難問(wen)(wen)(wen)題(ti)，給生活帶來極大(da)(da)的(de)(de)(de)不(bu)便(bian)，特(te)(te)別(bie)在(zai)(zai)大(da)(da)城市這類(lei)問(wen)(wen)(wen)題(ti)特(te)(te)別(bie)突(tu)出(chu)。
針對上述(shu)問題(ti)，本設(she)(she)計采用(yong)單(dan)片機與變頻調(diao)速相結合起(qi)來(lai)實現高(gao)樓(lou)恒(heng)壓(ya)供(gong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)，該控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)是以管(guan)(guan)網水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)壓(ya)為設(she)(she)定參數(shu)，通(tong)過控(kong)制(zhi)(zhi)變頻器(qi)(qi)的(de)(de)輸(shu)出頻率從(cong)而自動調(diao)節水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)電機的(de)(de)轉(zhuan)速，實現管(guan)(guan)網水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)壓(ya)的(de)(de)閉環調(diao)節(PID)，使(shi)供(gong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)系統自動恒(heng)穩(wen)于設(she)(she)定的(de)(de)壓(ya)力值。即用(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)量(liang)(liang)(liang)增加時(shi)，頻率升高(gao)，水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)轉(zhuan)速加快(kuai)，供(gong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)量(liang)(liang)(liang)相應增大，當用(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)量(liang)(liang)(liang)超過一臺泵(beng)(beng)的(de)(de)供(gong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)量(liang)(liang)(liang)時(shi)，通(tong)過控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)加泵(beng)(beng);用(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)量(liang)(liang)(liang)減少時(shi)，頻率降低，水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)轉(zhuan)速減慢，供(gong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)量(liang)(liang)(liang)也(ye)相應減小。也(ye)就是根據用(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)大小，由供(gong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)控(kong)制(zhi)(zhi)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)數(shu)量(liang)(liang)(liang)以及變頻器(qi)(qi)對水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)的(de)(de)調(diao)速，來(lai)實現恒(heng)壓(ya)供(gong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)。同時(shi)達到供(gong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)效率的(de)(de)目的(de)(de)“用(yong)多少水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)，供(gong)多少水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)”。
采用該供(gong)水(shui)(shui)(shui)系(xi)統不需建(jian)造高(gao)位水(shui)(shui)(shui)箱(xiang)，水(shui)(shui)(shui)塔，水(shui)(shui)(shui)質無二次污染(ran)，是一種理想的現代化(hua)建(jian)筑供(gong)水(shui)(shui)(shui)方案(an)。此外，恒壓(ya)供(gong)水系統對(dui)于某(mou)些工業或(huo)特殊用(yong)戶是非常重(zhong)要的(de)。例(li)如：在某(mou)些生產(chan)過程中，若(ruo)自來水(shui)(shui)供水(shui)(shui)因故壓(ya)力(li)不足(zu)或(huo)短時斷(duan)水(shui)(shui)，可能影響產(chan)品質(zhi)量(liang)，嚴重(zhong)時使產(chan)品報(bao)廢和(he)(he)設備損壞。如發(fa)生火災時，若(ruo)供水(shui)(shui)壓(ya)力(li)不足(zu)或(huo)無水(shui)(shui)供應(ying)，不能迅速滅火可能引起重(zhong)大經濟損失和(he)(he)人(ren)員(yuan)傷亡。所以，某(mou)些用(yong)水(shui)(shui)區(qu)采用(yong)恒壓(ya)供水(shui)(shui)系統，具有較大的(de)經濟和(he)(he)社會意義。
隨(sui)著自動(dong)化(hua)程(cheng)度的(de)(de)不斷提(ti)(ti)(ti)高(gao)，運(yun)動(dong)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)可(ke)以(yi)(yi)采(cai)用(yong)以(yi)(yi)前很難實現的(de)(de)復雜算法(fa)(fa)(fa)，控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)性(xing)能(neng)也有(you)了(le)很大提(ti)(ti)(ti)高(gao)。運(yun)動(dong)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)中控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器的(de)(de)智能(neng)化(hua)，為解(jie)決(jue)那些(xie)用(yong)傳統(tong)方法(fa)(fa)(fa)難以(yi)(yi)解(jie)決(jue)的(de)(de)復雜系統(tong)的(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)提(ti)(ti)(ti)供(gong)了(le)有(you)效的(de)(de)理(li)論(lun)和方法(fa)(fa)(fa)。運(yun)動(dong)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)方法(fa)(fa)(fa)較為成(cheng)熟的(de)(de)有(you)：PID控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)算法(fa)(fa)(fa)、人工神(shen)經(jing)網絡控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)、模(mo)糊控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)、專家控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)、仿(fang)人智能(neng)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)等(deng)。
PID控(kong)制是(shi)最早發展起來的、應用領(ling)域至今仍然廣泛的控(kong)制方法之一，它是(shi)基于對象數學模型(xing)的方法，尤其(qi)適用于可建立精確數學模型(xing)的確定性(xing)控(kong)制系統。
在(zai)城市建設(she)的(de)發展過程(cheng)中，智能(neng)建筑已成(cheng)為人(ren)們追求良(liang)好居(ju)住條件的(de)一個標準，而(er)高樓恒壓供水(shui)是智能(neng)建筑群不可(ke)缺少的(de)環節(jie)，合理選擇水(shui)泵的(de)控制方式，不僅可(ke)以(yi)降低工程(cheng)造價(jia)，還能(neng)節(jie)能(neng)。
針對特定對象，用(yong)戶(hu)用(yong)水(shui)(shui)最突(tu)出的特點是(shi)隨機性(xing)，哪個(ge)用(yong)戶(hu)用(yong)水(shui)(shui)、用(yong)多少水(shui)(shui)、什么時(shi)候用(yong)水(shui)(shui)等，都具有很大的不(bu)確定性(xing)。從宏(hong)觀角度考慮(lv)，供水(shui)(shui)系統特性(xing)主要表(biao)現在(zai)以下(xia)幾個(ge)方(fang)面：
（1）系統參(can)數(shu)的未知性(xing)、時變性(xing)、隨機性(xing)和分散性(xing)；
（2）系統(tong)滯后的未知(zhi)性和時變性；
（3）系(xi)統嚴(yan)重的(de)非(fei)線性；
（4）系統各變(bian)量間的關聯性(xing)；
（5）環境(jing)干(gan)擾的未知性(xing)、多樣性(xing)和隨機性(xing)。
上述特性，屬于(yu)不(bu)確(que)定(ding)性的復雜對象(xiang)（或(huo)過程）的控(kong)制(zhi)問題，傳統(tong)控(kong)制(zhi)已經(jing)無能(neng)為力(li)，主要(yao)表現在：
（1）不(bu)確(que)(que)定性(xing)問(wen)(wen)題。供水系統(tong)中的(de)很多控(kong)(kong)制問(wen)(wen)題具(ju)有不(bu)確(que)(que)定性(xing)，用傳(chuan)統(tong)方法(fa)難(nan)以建(jian)模(mo)，因而也(ye)無法(fa)實現有效的(de)控(kong)(kong)制。
（2）高度非(fei)線性。在供水系統中有(you)大量(liang)的非(fei)線性問題存在，傳統控制理論(lun)中，非(fei)線性理論(lun)遠不如(ru)線性理論(lun)成熟，因方(fang)法過(guo)分復雜(za)而難以(yi)應用。
（3）半(ban)結(jie)構化(hua)與(yu)非(fei)結(jie)構化(hua)問(wen)題。傳統控(kong)制理論無法(fa)解(jie)決供水系統中的半(ban)結(jie)構化(hua)與(yu)非(fei)結(jie)構化(hua)問(wen)題。
（4）供水系統(tong)(tong)復雜(za)性問題。復雜(za)系統(tong)(tong)中各子系統(tong)(tong)間關系錯綜復雜(za)，各要(yao)素間高度(du)耦(ou)合，互相制約，外部(bu)環境又極其復雜(za)，傳統(tong)(tong)控制缺乏有效的解決方法(fa)。
（5）可靠性(xing)問(wen)題(ti)(ti)(ti)。常(chang)規的(de)基于(yu)數學(xue)模型的(de)控(kong)制(zhi)問(wen)題(ti)(ti)(ti)傾向(xiang)于(yu)是(shi)一(yi)個相互依賴的(de)整(zheng)體，對簡單系(xi)統(tong)的(de)控(kong)制(zhi)的(de)可靠性(xing)問(wen)題(ti)(ti)(ti)并不突出。而對供(gong)水系(xi)統(tong)，如果(guo)采用上述(shu)文章綜述(shu)了運動控(kong)制(zhi)的(de)主要(yao)方法(fa)，并針對供(gong)水系(xi)統(tong)的(de)特性(xing)、控(kong)制(zhi)中存在的(de)問(wen)題(ti)(ti)(ti)，進(jin)行(xing)了供(gong)水泵(beng)站最佳控(kong)制(zhi)策略的(de)選取(qu)方法(fa)，則(ze)可能(neng)由于(yu)條件(jian)的(de)改(gai)變(bian)使(shi)整(zheng)個控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)崩潰。
由此(ci)可見，用(yong)傳統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)方(fang)法不(bu)(bu)能對這類(lei)系統(tong)(tong)進行有(you)效的(de)(de)(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)，必須探(tan)索更有(you)效的(de)(de)(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)方(fang)法。無論采(cai)用(yong)什么樣的(de)(de)(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)手段，都要滿(man)足用(yong)戶用(yong)水(shui)(shui)需求（即(ji)維持一定的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)壓(ya)）、保護(hu)環(huan)境不(bu)(bu)受噪聲污(wu)染(ran)(ran)，此(ci)外還(huan)要考慮節(jie)能。因此(ci)，控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)要求可以確定為在滿(man)足用(yong)戶對供水(shui)(shui)要求的(de)(de)(de)(de)前提(ti)下，盡可能減少(shao)環(huan)境污(wu)染(ran)(ran)和節(jie)約能源。控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)策略選(xuan)取與(yu)被(bei)控(kong)(kong)對象特(te)性是(shi)緊密相關的(de)(de)(de)(de)，錯誤(wu)或不(bu)(bu)當的(de)(de)(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)策略往(wang)往(wang)會導致控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)效果極差，甚至導致系統(tong)(tong)失(shi)控(kong)(kong)。
目前，在現代的(de)(de)(de)(de)供水泵站中為了節能(neng)都普遍采用(yong)了變(bian)(bian)頻器(qi)(qi)，為提高控(kong)(kong)制(zhi)品質創(chuang)造(zao)了良好(hao)條件。變(bian)(bian)頻器(qi)(qi)里一般(ban)都有PID控(kong)(kong)制(zhi)模塊，但對(dui)不確(que)定性(xing)的(de)(de)(de)(de)供水復雜(za)系統，用(yong)PID算法并不恰當(dang)。人(ren)工神經(jing)網絡(luo)，因方法的(de)(de)(de)(de)局限性(xing)，同(tong)樣也難于(yu)對(dui)所(suo)討論的(de)(de)(de)(de)對(dui)象實(shi)現有效的(de)(de)(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)。專(zhuan)家(jia)控(kong)(kong)制(zhi)系統（ECS），由(you)于(yu)特征(zheng)信息的(de)(de)(de)(de)采集、特征(zheng)信息的(de)(de)(de)(de)表達以及完備知識庫的(de)(de)(de)(de)建立(li)實(shi)現難度大，采用(yong)專(zhuan)家(jia)控(kong)(kong)制(zhi)系統也不一定是一個好(hao)的(de)(de)(de)(de)選擇。以模糊控(kong)(kong)制(zhi)理論為基礎的(de)(de)(de)(de)模糊控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)（FC）能(neng)夠實(shi)現對(dui)復雜(za)工業過程的(de)(de)(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)。其(qi)控(kong)(kong)制(zhi)品質和效果(guo)還(huan)是令人(ren)滿意(yi)的(de)(de)(de)(de)，是一種(zhong)可(ke)供選擇的(de)(de)(de)(de)策略。
智能(neng)控制(zhi)已(yi)廣(guang)泛應用(yong)于(yu)工業、農業、軍(jun)事等多個(ge)領(ling)(ling)域，已(yi)經解決了大量的(de)傳統控制(zhi)無(wu)法解決的(de)實際控制(zhi)應用(yong)問(wen)題，呈(cheng)現出(chu)強大的(de)生命力和發展(zhan)前景，隨著基礎(chu)理論研究和實際應用(yong)的(de)擴展(zhan)，智能(neng)控制(zhi)將會實現控制(zhi)領(ling)(ling)域的(de)一個(ge)大的(de)飛躍。
1.2 單片(pian)機介紹
1.2.1 單片(pian)機概述(shu)
單片(pian)機又稱單片(pian)微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片(pian)，而(er)是把一個計算(suan)機系(xi)統集成到一個芯片(pian)上。概括的講：一塊芯片(pian)就成了一臺計算(suan)機。它的體積小、質量輕(qing)、價格便宜、為學(xue)習、應用(yong)和開發提供了便利條件(jian)。
單(dan)片(pian)機內(nei)部也(ye)用(yong)和電(dian)腦(nao)功能類似的模(mo)塊，比如CPU，內(nei)存，并行總線，還有和硬(ying)盤作用(yong)相(xiang)同的存儲器件，不(bu)同的是它的這(zhe)些(xie)部件性能都相(xiang)對我們的家用(yong)電(dian)腦(nao)弱很多，不(bu)過價錢也(ye)是低(di)的，一(yi)般不(bu)超(chao)過10元(yuan)即可。用(yong)它來做一(yi)些(xie)控制電(dian)器一(yi)類不(bu)是很復雜的工作足矣(yi)了。
它是(shi)一種在線式實(shi)時控(kong)制計算機，在線式就是(shi)現(xian)場(chang)控(kong)制，需要的是(shi)有較強的抗(kang)干(gan)擾(rao)能力，較低(di)的成(cheng)本，這也是(shi)和離線式計算機的（比如(ru)家用PC）的主要區別。
單(dan)片機(ji)(ji)是(shi)用程(cheng)序的(de)(de)，并(bing)且可(ke)以(yi)修改(gai)。通(tong)過不(bu)同的(de)(de)程(cheng)序實現(xian)不(bu)同的(de)(de)功能(neng)，尤其(qi)是(shi)特殊的(de)(de)獨特的(de)(de)一(yi)(yi)些功能(neng)，這是(shi)別(bie)(bie)的(de)(de)器件需(xu)要(yao)(yao)費很大(da)力氣才(cai)能(neng)做到(dao)的(de)(de)，有些則是(shi)花(hua)大(da)力氣也很難做到(dao)的(de)(de)。一(yi)(yi)個不(bu)是(shi)很復雜(za)的(de)(de)功能(neng)要(yao)(yao)是(shi)用美(mei)國(guo)50年代(dai)開發的(de)(de)74系(xi)列，或者(zhe)60年代(dai)的(de)(de)CD4000系(xi)列這些純硬件來(lai)搞定的(de)(de)話，電路一(yi)(yi)定是(shi)一(yi)(yi)塊大(da)PCB板。但是(shi)如果要(yao)(yao)是(shi)用美(mei)國(guo)70年代(dai)成功投放(fang)市場的(de)(de)系(xi)列單(dan)片機(ji)(ji)，結果就會有天(tian)壤(rang)之別(bie)(bie)。只(zhi)因為單(dan)片機(ji)(ji)的(de)(de)通(tong)過你編寫(xie)的(de)(de)程(cheng)序可(ke)以(yi)實現(xian)高(gao)(gao)智能(neng)，高(gao)(gao)效(xiao)率(lv)，以(yi)及(ji)高(gao)(gao)可(ke)靠性(xing)。
1.2.2 單(dan)片機的匯編語言
由于單(dan)(dan)(dan)片(pian)機(ji)對成本是(shi)(shi)敏感的(de)(de)，所(suo)以(yi)目前占統治地(di)位的(de)(de)軟(ruan)件還(huan)是(shi)(shi)最低級匯編(bian)(bian)語言(yan)(yan)，它是(shi)(shi)除了(le)二進制機(ji)器碼以(yi)上(shang)最低級的(de)(de)語言(yan)(yan)了(le)，既然這么低級為什么還(huan)要(yao)用(yong)(yong)呢？很多高級的(de)(de)語言(yan)(yan)已(yi)經達(da)到(dao)了(le)可視化編(bian)(bian)程的(de)(de)水平為什么不(bu)(bu)用(yong)(yong)呢？原因很簡單(dan)(dan)(dan)，就是(shi)(shi)單(dan)(dan)(dan)片(pian)機(ji)沒(mei)有(you)(you)家(jia)(jia)用(yong)(yong)計算機(ji)那樣(yang)的(de)(de)CPU，也沒(mei)有(you)(you)像硬盤那樣(yang)的(de)(de)海(hai)量存儲設備。一個可視化高級語言(yan)(yan)編(bian)(bian)寫的(de)(de)小程序里(li)面(mian)即使只有(you)(you)一個按鈕，也會達(da)到(dao)幾十K的(de)(de)尺寸。對于家(jia)(jia)用(yong)(yong)PC的(de)(de)硬盤來(lai)講(jiang)沒(mei)什么，可是(shi)(shi)對于單(dan)(dan)(dan)片(pian)機(ji)來(lai)講(jiang)是(shi)(shi)不(bu)(bu)能接受的(de)(de)。單(dan)(dan)(dan)片(pian)機(ji)在硬件資源方面(mian)的(de)(de)利用(yong)(yong)率必(bi)須很高才行，所(suo)以(yi)匯編(bian)(bian)雖然原始(shi)卻還(huan)是(shi)(shi)在大量使用(yong)(yong)。如果(guo)把(ba)巨型計算機(ji)上(shang)的(de)(de)操作系統和應用(yong)(yong)軟(ruan)件拿到(dao)家(jia)(jia)用(yong)(yong)PC上(shang)來(lai)運行，家(jia)(jia)用(yong)(yong)PC的(de)(de)也是(shi)(shi)承(cheng)受不(bu)(bu)了(le)的(de)(de)。
1.2.3 單(dan)片機(ji)的(de)應(ying)用領(ling)域
目前單(dan)(dan)片(pian)(pian)機(ji)(ji)(ji)滲透(tou)到我們(men)生活的(de)(de)(de)(de)(de)各個(ge)領(ling)(ling)域(yu)，幾乎很(hen)難找到哪個(ge)領(ling)(ling)域(yu)沒有單(dan)(dan)片(pian)(pian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)蹤跡。導(dao)彈的(de)(de)(de)(de)(de)導(dao)航(hang)裝(zhuang)置(zhi)，飛機(ji)(ji)(ji)上各種儀(yi)(yi)(yi)表(biao)的(de)(de)(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，計(ji)算(suan)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)網絡通訊(xun)與(yu)(yu)(yu)數據傳輸，工業自動(dong)(dong)化過(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)時控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)和數據處理(li)，廣泛(fan)使用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)各種智能IC卡，民用(yong)豪華轎車(che)的(de)(de)(de)(de)(de)安全保障系統，錄像機(ji)(ji)(ji)、攝像機(ji)(ji)(ji)、全自動(dong)(dong)洗衣(yi)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，以(yi)及程(cheng)控(kong)玩具(ju)、電子寵物等等，這些(xie)都離(li)不開單(dan)(dan)片(pian)(pian)機(ji)(ji)(ji)。更不用(yong)說自動(dong)(dong)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)領(ling)(ling)域(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)(ji)器人、智能儀(yi)(yi)(yi)表(biao)、醫療器械了。因此，單(dan)(dan)片(pian)(pian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)學習、開發與(yu)(yu)(yu)應用(yong)將造就一批(pi)計(ji)算(suan)機(ji)(ji)(ji)應用(yong)與(yu)(yu)(yu)智能化控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)科學家(jia)(jia)、工程(cheng)師(shi)。單(dan)(dan)片(pian)(pian)機(ji)(ji)(ji)廣泛(fan)應用(yong)于儀(yi)(yi)(yi)器儀(yi)(yi)(yi)表(biao)、家(jia)(jia)用(yong)電器、醫用(yong)設(she)備(bei)、航(hang)空航(hang)天、專用(yong)設(she)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)智能化管理(li)及過(guo)程(cheng)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)等領(ling)(ling)域(yu)。
1.2.4 單片(pian)機學習應用的(de)6大重要部分
總(zong)線(xian)：我們知道，一(yi)個(ge)(ge)(ge)電(dian)路(lu)總(zong)是由元器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)通過電(dian)線(xian)連(lian)接(jie)而成(cheng)的(de)(de)，模擬電(dian)路(lu)中(zhong)，連(lian)線(xian)并不(bu)(bu)成(cheng)為(wei)(wei)(wei)一(yi)個(ge)(ge)(ge)問題，因(yin)為(wei)(wei)(wei)各器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)間一(yi)般是串(chuan)行關系(xi)，各器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)之間的(de)(de)連(lian)線(xian)并不(bu)(bu)很多(duo)，但(dan)計(ji)算機電(dian)路(lu)卻不(bu)(bu)一(yi)樣(yang)，它是以(yi)(yi)微處理(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)為(wei)(wei)(wei)核心，各器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)都要(yao)與微處理(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)相(xiang)連(lian)，各器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)之間的(de)(de)工作(zuo)(zuo)必(bi)須相(xiang)互協調，所(suo)以(yi)(yi)需要(yao)的(de)(de)連(lian)線(xian)就(jiu)很多(duo)了(le)，如(ru)果仍如(ru)同模擬電(dian)路(lu)一(yi)樣(yang)，在(zai)各微處理(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)和各器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)間單獨連(lian)線(xian)，線(xian)的(de)(de)數(shu)(shu)量將多(duo)得驚人，所(suo)以(yi)(yi)在(zai)微處理(li)機中(zhong)引入了(le)總(zong)線(xian)的(de)(de)概(gai)念，各個(ge)(ge)(ge)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)共同享用連(lian)線(xian)，所(suo)有器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)8根數(shu)(shu)據(ju)線(xian)全部接(jie)到(dao)8根公用的(de)(de)線(xian)上(shang)，即(ji)相(xiang)當(dang)于各個(ge)(ge)(ge)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)并聯起來，但(dan)僅(jin)這(zhe)樣(yang)還(huan)不(bu)(bu)行，如(ru)果有兩個(ge)(ge)(ge)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)同時(shi)送出(chu)數(shu)(shu)據(ju)，一(yi)個(ge)(ge)(ge)為(wei)(wei)(wei)0，一(yi)個(ge)(ge)(ge)為(wei)(wei)(wei)1，那(nei)么，接(jie)收方接(jie)收到(dao)的(de)(de)究(jiu)竟是什么呢？這(zhe)種(zhong)情況是不(bu)(bu)允許的(de)(de)，所(suo)以(yi)(yi)要(yao)通過控制線(xian)進行控制，使器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)分時(shi)工作(zuo)(zuo)，任何時(shi)候只能有一(yi)個(ge)(ge)(ge)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)發送數(shu)(shu)據(ju)（可以(yi)(yi)有多(duo)個(ge)(ge)(ge)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)同時(shi)接(jie)收）。器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)線(xian)也就(jiu)被(bei)稱為(wei)(wei)(wei)數(shu)(shu)據(ju)總(zong)線(xian)，器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)所(suo)有的(de)(de)控制線(xian)被(bei)稱為(wei)(wei)(wei)控制總(zong)線(xian)。在(zai)單片機內部或者(zhe)外部存儲器(qi)(qi)(qi)(qi)及其它器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)中(zhong)有存儲單元，這(zhe)些存儲單元要(yao)被(bei)分配地址(zhi)(zhi)，才能使用，分配地址(zhi)(zhi)當(dang)然也是以(yi)(yi)電(dian)信號的(de)(de)形式給出(chu)的(de)(de)，由于存儲單元比(bi)較多(duo)，所(suo)以(yi)(yi)，用于地址(zhi)(zhi)分配的(de)(de)線(xian)也較多(duo)，這(zhe)些線(xian)被(bei)稱為(wei)(wei)(wei)地址(zhi)(zhi)總(zong)線(xian)。
數(shu)據(ju)(ju)、地(di)址(zhi)(zhi)、指令(ling)：之所以將(jiang)這(zhe)三(san)者(zhe)(zhe)放在一(yi)(yi)起(qi)，是(shi)(shi)(shi)(shi)因(yin)為這(zhe)三(san)者(zhe)(zhe)的(de)(de)本質都(dou)(dou)是(shi)(shi)(shi)(shi)一(yi)(yi)樣的(de)(de)——數(shu)字，或(huo)者(zhe)(zhe)說都(dou)(dou)是(shi)(shi)(shi)(shi)一(yi)(yi)串“0”和“1”組成的(de)(de)序列。換言(yan)之，地(di)址(zhi)(zhi)、指令(ling)也都(dou)(dou)是(shi)(shi)(shi)(shi)數(shu)據(ju)(ju)。指令(ling)是(shi)(shi)(shi)(shi)由單片(pian)(pian)(pian)機芯片(pian)(pian)(pian)的(de)(de)設計者(zhe)(zhe)規定的(de)(de)一(yi)(yi)種(zhong)數(shu)字，它(ta)與我們常用的(de)(de)指令(ling)助記符(fu)有著嚴(yan)格的(de)(de)一(yi)(yi)一(yi)(yi)對應(ying)關系，不可以由單片(pian)(pian)(pian)機的(de)(de)開發者(zhe)(zhe)更改(gai)。地(di)址(zhi)(zhi)是(shi)(shi)(shi)(shi)尋(xun)找單片(pian)(pian)(pian)機內(nei)部、外部的(de)(de)存儲(chu)單元(yuan)(yuan)、輸入輸出口的(de)(de)依據(ju)(ju)，內(nei)部單元(yuan)(yuan)的(de)(de)地(di)址(zhi)(zhi)值已由芯片(pian)(pian)(pian)設計者(zhe)(zhe)規定好(hao)，不可更改(gai)，外部的(de)(de)單元(yuan)(yuan)可以由單片(pian)(pian)(pian)機開發者(zhe)(zhe)自行決定，但有一(yi)(yi)些地(di)址(zhi)(zhi)單元(yuan)(yuan)是(shi)(shi)(shi)(shi)一(yi)(yi)定要有的(de)(de)。數(shu)據(ju)(ju)是(shi)(shi)(shi)(shi)由微處理(li)(li)機處理(li)(li)的(de)(de)對象(xiang)，在各種(zhong)不同的(de)(de)應(ying)用電(dian)路(lu)中各不相同，一(yi)(yi)般而言(yan)，被處理(li)(li)的(de)(de)數(shu)據(ju)(ju)可能有這(zhe)么(me)幾種(zhong)情況：
（1）地(di)址(zhi)（如MOV DPTR，#1000H），即地(di)址(zhi)1000H送入(ru)DPTR。
（2）方式字或控制字（如MOV TMOD，#3），3即是(shi)控制字。
（3）常數（如(ru)MOV TH0，#10H）10H即(ji)定時常數。
（4）實(shi)際(ji)輸(shu)(shu)出(chu)值(zhi)（如P1口(kou)接彩燈，要燈全亮，則執行(xing)指令：MOV P1，#0FFH，要燈全暗，則執行(xing)指令：MOV P1，#00H）這(zhe)里0FFH和00H都(dou)是(shi)實(shi)際(ji)輸(shu)(shu)出(chu)值(zhi)。又如用于LED的(de)字形碼，也是(shi)實(shi)際(ji)輸(shu)(shu)出(chu)的(de)值(zhi)。理解了(le)地址、指令的(de)本質，就不難理解程序運行(xing)過程中為什么會跑飛，會把(ba)數據當成指令來執行(xing)了(le)。
程(cheng)序(xu)的(de)執(zhi)行過程(cheng)： 單(dan)片(pian)機在(zai)(zai)通電復位后AT89C51內的(de)程(cheng)序(xu)計數器(qi)（PC）中的(de)值為“0000”，所以程(cheng)序(xu)總是從“0000”單(dan)元開始執(zhi)行，也(ye)就是說：在(zai)(zai)系統的(de)ROM中一(yi)定要存在(zai)(zai)“0000”這個(ge)單(dan)元，并且在(zai)(zai)“0000”單(dan)元中存放的(de)一(yi)定是一(yi)條指令。
堆棧(zhan)(zhan)(zhan)：堆棧(zhan)(zhan)(zhan)是(shi)一(yi)(yi)個(ge)(ge)區域，是(shi)用(yong)(yong)來存(cun)放(fang)數(shu)(shu)據的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)個(ge)(ge)區域本(ben)身沒有(you)任何特(te)殊(shu)(shu)之處，就(jiu)是(shi)內(nei)部(bu)RAM的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)部(bu)份，特(te)殊(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)它存(cun)放(fang)和取用(yong)(yong)數(shu)(shu)據的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方式(shi)，即(ji)(ji)所謂的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)“先進后(hou)出，后(hou)進先出”，并且堆棧(zhan)(zhan)(zhan)有(you)特(te)殊(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)據傳輸指(zhi)令(ling)(ling)，即(ji)(ji)“PUSH”和“POP”，有(you)一(yi)(yi)個(ge)(ge)特(te)殊(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)專為其(qi)服務的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)單(dan)元(yuan)(yuan)，即(ji)(ji)堆棧(zhan)(zhan)(zhan)指(zhi)針SP，每當執一(yi)(yi)次PUSH指(zhi)令(ling)(ling)時(shi)，SP就(jiu)自動加1，每當執行(xing)一(yi)(yi)次POP指(zhi)令(ling)(ling)，SP就(jiu)自動減1。由于(yu)SP中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)值可(ke)以(yi)(yi)(yi)用(yong)(yong)指(zhi)令(ling)(ling)加以(yi)(yi)(yi)改(gai)變(bian)，所以(yi)(yi)(yi)只要在(zai)(zai)程(cheng)序開(kai)始階段更改(gai)了SP的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)值，就(jiu)可(ke)以(yi)(yi)(yi)把(ba)堆棧(zhan)(zhan)(zhan)設置(zhi)在(zai)(zai)規定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)內(nei)存(cun)單(dan)元(yuan)(yuan)中(zhong)，如在(zai)(zai)程(cheng)序開(kai)始時(shi)，用(yong)(yong)一(yi)(yi)條(tiao)MOV SP，#5FH指(zhi)令(ling)(ling)，就(jiu)時(shi)把(ba)堆棧(zhan)(zhan)(zhan)設置(zhi)在(zai)(zai)從內(nei)存(cun)單(dan)元(yuan)(yuan)60H開(kai)始的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)單(dan)元(yuan)(yuan)中(zhong)。一(yi)(yi)般程(cheng)序的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)頭(tou)總有(you)這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)么(me)一(yi)(yi)條(tiao)設置(zhi)堆棧(zhan)(zhan)(zhan)指(zhi)針的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)指(zhi)令(ling)(ling)，因(yin)為開(kai)機時(shi)，SP的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)初始值為07H，這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)樣就(jiu)使堆棧(zhan)(zhan)(zhan)從08H單(dan)元(yuan)(yuan)開(kai)始往后(hou)，而08H到1FH這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)個(ge)(ge)區域正是(shi)8031的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)第二、三、四(si)工作寄存(cun)器區，經常(chang)要被使用(yong)(yong)，這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)會(hui)造(zao)成(cheng)數(shu)(shu)據的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)混(hun)亂。
1.2.5 單片機(ji)引腳
以(yi)AT89C51單片機為例(li)講解單片機的引(yin)(yin)(yin)腳(jiao)及(ji)相關(guan)功能(neng)：40個引(yin)(yin)(yin)腳(jiao)按引(yin)(yin)(yin)腳(jiao)功能(neng)大致可分為4個種類：電源、時鐘、控制和I/O引(yin)(yin)(yin)腳(jiao)。
（1）電源：VCC-芯片電源，接+5V；VSS-接地(di)端。
用(yong)萬用(yong)表(biao)測試單片(pian)機(ji)(ji)引(yin)腳電(dian)(dian)壓一般為0v或者5v，這(zhe)(zhe)是(shi)標(biao)準的TTL電(dian)(dian)平。但有時候在單片(pian)機(ji)(ji)程序正在工作時候測試結(jie)果(guo)并不是(shi)這(zhe)(zhe)個值而(er)是(shi)介于0v-5v之間，其實這(zhe)(zhe)是(shi)萬用(yong)表(biao)的響(xiang)應速度(du)沒這(zhe)(zhe)么快而(er)已，在某一個瞬間單片(pian)機(ji)(ji)引(yin)腳電(dian)(dian)壓仍保持在0v或者5v。
（2）時(shi)鐘：XTAL1、XTAL2-晶體振蕩電路反相輸(shu)(shu)入端(duan)和輸(shu)(shu)出端(duan)。
（3）控(kong)制線(xian)(xian)：控(kong)制線(xian)(xian)共有(you)4根。
ALE/PROG：地(di)址鎖存允許/片內EPROM編程脈沖。
ALE功能：用來(lai)鎖存P0口(kou)送出的低8位地址。
PROG功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程(cheng)期間，此引(yin)腳輸入編程(cheng)脈沖。
PSEN：外ROM讀選通信號。
RST/VPD：復位/備用電源。
RST（Reset）功能：復位信號輸入(ru)端。
VPD功(gong)能：在VCC掉電情況(kuang)下，接備用電源(yuan)。
EA/VPP：內(nei)外ROM選擇(ze)/片內(nei)EPROM編程電源。
EA功能(neng)：內(nei)外ROM選(xuan)擇(ze)端。
VPP功能：片(pian)(pian)內有EPROM的芯片(pian)(pian)，在EPROM編程期間，施加編程電(dian)源VPP。
（4）I/O線
AT89C51共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引(yin)腳。
P3口還具有第(di)二功能，用(yong)于特殊(shu)信號(hao)輸入輸出和控制信號(hao)（屬控制總線(xian)）。
1.3 傳(chuan)感器介紹
1.3.1 傳感器(qi)定義(yi)
傳感器是一種物(wu)(wu)理(li)裝置或生物(wu)(wu)器官，能夠(gou)探測、感受外界(jie)的信號、物(wu)(wu)理(li)條件（如光、熱、濕度）或化學(xue)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。
國家(jia)標(biao)準GB7665-87對(dui)傳感(gan)(gan)器下的(de)(de)(de)(de)(de)定(ding)(ding)義是(shi)：“能(neng)感(gan)(gan)受規定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)被(bei)測(ce)量并按(an)照(zhao)一定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)規律轉換成(cheng)可用信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)器件或裝置(zhi)，通常由敏感(gan)(gan)元件和轉換元件組(zu)成(cheng)”。傳感(gan)(gan)器是(shi)一種檢測(ce)裝置(zhi)，能(neng)感(gan)(gan)受到被(bei)測(ce)量的(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)息，并能(neng)將檢測(ce)感(gan)(gan)受到的(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)息，按(an)一定(ding)(ding)規律變換成(cheng)為(wei)電信(xin)號(hao)或其他所需形式的(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)息輸出(chu)，以滿足信(xin)息的(de)(de)(de)(de)(de)傳輸、處(chu)理、存(cun)儲、顯示(shi)、記錄(lu)和控(kong)(kong)制等要求。它是(shi)實現自(zi)動檢測(ce)和自(zi)動控(kong)(kong)制的(de)(de)(de)(de)(de)首要環(huan)節。
1.3.2 傳感器(qi)的分類
可(ke)以用不同的(de)觀點對(dui)傳感器(qi)進行分類：它(ta)們(men)的(de)轉換原(yuan)理(li)、它(ta)們(men)的(de)用途、它(ta)們(men)的(de)輸(shu)出信號類型以及制作它(ta)們(men)的(de)工藝等。
根據(ju)傳感(gan)器(qi)工作原理，可分(fen)為物(wu)理傳感(gan)器(qi)和(he)化學傳感(gan)器(qi)。
按照其用途傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)可分(fen)類為(wei)：壓力敏(min)和力敏(min)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、位置傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、液(ye)面傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、能耗傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、速度(du)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、熱敏(min)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、加(jia)速度(du)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、射線輻(fu)射傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、振動傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、濕(shi)敏(min)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、氣敏(min)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、真空度(du)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、生物傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)等。
以其輸出信號為標準(zhun)將傳(chuan)感(gan)器分為：模擬傳(chuan)感(gan)器、數(shu)字傳(chuan)感(gan)器、開關(guan)傳(chuan)感(gan)器。
按照其制造工藝，可(ke)以將(jiang)傳(chuan)感器(qi)區分為：集成傳(chuan)感器(qi)、薄膜(mo)傳(chuan)感器(qi)、厚(hou)膜(mo)傳(chuan)感器(qi)、陶瓷傳(chuan)感器(qi)。
1.3.3 傳感器的(de)特性
（1）傳感器靜態(tai)特性
傳(chuan)(chuan)感(gan)器的(de)(de)靜態(tai)特(te)(te)性(xing)(xing)是指對靜態(tai)的(de)(de)輸(shu)入信號(hao)，傳(chuan)(chuan)感(gan)器的(de)(de)輸(shu)出量(liang)與輸(shu)入量(liang)之間(jian)所具有相互(hu)關(guan)系。因為這時(shi)輸(shu)入量(liang)和輸(shu)出量(liang)都(dou)和時(shi)間(jian)無(wu)關(guan)，所以(yi)它(ta)們之間(jian)的(de)(de)關(guan)系，即傳(chuan)(chuan)感(gan)器的(de)(de)靜態(tai)特(te)(te)性(xing)(xing)可用一個不含時(shi)間(jian)變(bian)量(liang)的(de)(de)代(dai)數方程，或以(yi)輸(shu)入量(liang)作(zuo)橫坐(zuo)標，把與其(qi)對應的(de)(de)輸(shu)出量(liang)作(zuo)縱坐(zuo)標而畫出的(de)(de)特(te)(te)性(xing)(xing)曲線來描述。表征傳(chuan)(chuan)感(gan)器靜態(tai)特(te)(te)性(xing)(xing)的(de)(de)主要參數有：線性(xing)(xing)度、靈敏度、分辨力和遲滯等。
（2）傳感器(qi)動態特性
所謂動態特(te)性，是指傳(chuan)感器(qi)(qi)在(zai)輸(shu)(shu)(shu)入(ru)變化(hua)時，它的(de)(de)(de)輸(shu)(shu)(shu)出的(de)(de)(de)特(te)性。在(zai)實際工作中，傳(chuan)感器(qi)(qi)的(de)(de)(de)動態特(te)性常用(yong)它對(dui)某些標(biao)準(zhun)輸(shu)(shu)(shu)入(ru)信號(hao)(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)來(lai)表示。這(zhe)是因為(wei)傳(chuan)感器(qi)(qi)對(dui)標(biao)準(zhun)輸(shu)(shu)(shu)入(ru)信號(hao)(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)容(rong)易用(yong)實驗方法求得，并且它對(dui)標(biao)準(zhun)輸(shu)(shu)(shu)入(ru)信號(hao)(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)與它對(dui)任意輸(shu)(shu)(shu)入(ru)信號(hao)(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)之(zhi)間存在(zai)一(yi)定的(de)(de)(de)關系(xi)，往往知(zhi)道了前者就能推定后者。最(zui)常用(yong)的(de)(de)(de)標(biao)準(zhun)輸(shu)(shu)(shu)入(ru)信號(hao)(hao)(hao)(hao)有階(jie)躍信號(hao)(hao)(hao)(hao)和(he)正弦信號(hao)(hao)(hao)(hao)兩種(zhong)，所以傳(chuan)感器(qi)(qi)的(de)(de)(de)動態特(te)性也常用(yong)階(jie)躍響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)和(he)頻(pin)率響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)來(lai)表示。
（3）傳(chuan)感(gan)器的線性度
通常情(qing)況下，傳感器的實(shi)際靜(jing)態特(te)性(xing)(xing)輸(shu)出是條曲線(xian)而非(fei)直線(xian)。在實(shi)際工作中，為(wei)使儀表具有均(jun)勻刻度的讀數(shu)，常用一(yi)條擬(ni)合直線(xian)近似(si)地代表實(shi)際的特(te)性(xing)(xing)曲線(xian)、線(xian)性(xing)(xing)度（非(fei)線(xian)性(xing)(xing)誤差）就是這(zhe)個(ge)(ge)近似(si)程度的一(yi)個(ge)(ge)性(xing)(xing)能指標。
擬(ni)(ni)合(he)直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)線的(de)(de)選取有(you)多(duo)種方法。如(ru)將零輸入和滿量(liang)程(cheng)輸出點相連的(de)(de)理論直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)線作(zuo)為擬(ni)(ni)合(he)直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)線；或將與特性曲線上各點偏差的(de)(de)平方和為最小的(de)(de)理論直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)線作(zuo)為擬(ni)(ni)合(he)直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)線，此(ci)擬(ni)(ni)合(he)直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)線稱(cheng)為最小二乘法擬(ni)(ni)合(he)直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)線。
（4）傳感器的靈敏度
靈(ling)敏度(du)是(shi)指傳(chuan)感器(qi)在穩態工作情況下輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)量(liang)變化(hua)(hua)△y對輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)量(liang)變化(hua)(hua)△x的(de)比(bi)值。它(ta)是(shi)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)特性曲線的(de)斜(xie)率。如果傳(chuan)感器(qi)的(de)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)和輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)之(zhi)間顯線性關系，則(ze)靈(ling)敏度(du)S是(shi)一個常數。否則(ze)，它(ta)將隨輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)量(liang)的(de)變化(hua)(hua)而變化(hua)(hua)。靈(ling)敏度(du)的(de)量(liang)綱是(shi)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)、輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)量(liang)的(de)量(liang)綱之(zhi)比(bi)。例(li)如，某位移傳(chuan)感器(qi)，在位移變化(hua)(hua)1mm時，輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)電壓變化(hua)(hua)為(wei)(wei)200mV，則(ze)其靈(ling)敏度(du)應表(biao)示為(wei)(wei)200mV/mm。當傳(chuan)感器(qi)的(de)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)、輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)量(liang)的(de)量(liang)綱相同時，靈(ling)敏度(du)可(ke)(ke)理解為(wei)(wei)放大倍數。提高(gao)靈(ling)敏度(du)，可(ke)(ke)得到較高(gao)的(de)測(ce)量(liang)精度(du)。但(dan)靈(ling)敏度(du)愈高(gao)，測(ce)量(liang)范圍愈窄，穩定性也往往愈差。
（5）傳感器(qi)的分辨力
分辨(bian)力是(shi)指(zhi)傳感(gan)器可能感(gan)受到的(de)被測量(liang)的(de)最小(xiao)變(bian)化(hua)(hua)(hua)的(de)能力。也就(jiu)是(shi)說(shuo)，如果輸(shu)入(ru)量(liang)從某一非零值緩慢地變(bian)化(hua)(hua)(hua)。當(dang)(dang)輸(shu)入(ru)變(bian)化(hua)(hua)(hua)值未超過某一數值時(shi)，傳感(gan)器的(de)輸(shu)出(chu)不會發生變(bian)化(hua)(hua)(hua)，即傳感(gan)器對此輸(shu)入(ru)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)(hua)(hua)是(shi)分辨(bian)不出(chu)來的(de)。只有(you)當(dang)(dang)輸(shu)入(ru)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)(hua)(hua)超過分辨(bian)力時(shi)，其輸(shu)出(chu)才會發生變(bian)化(hua)(hua)(hua)。
通常(chang)傳感(gan)(gan)器在(zai)滿(man)(man)量(liang)(liang)程范圍內各點的(de)分(fen)(fen)辨力(li)并不相(xiang)同，因此常(chang)用(yong)滿(man)(man)量(liang)(liang)程中(zhong)(zhong)能使輸出(chu)量(liang)(liang)產生(sheng)階(jie)躍變(bian)化(hua)的(de)輸入量(liang)(liang)中(zhong)(zhong)的(de)最大(da)變(bian)化(hua)值作為(wei)衡量(liang)(liang)分(fen)(fen)辨力(li)的(de)指標(biao)。上述(shu)指標(biao)若用(yong)滿(man)(man)量(liang)(liang)程的(de)百分(fen)(fen)比(bi)表示(shi)，則(ze)稱為(wei)分(fen)(fen)辨率。分(fen)(fen)辨率與傳感(gan)(gan)器的(de)穩定性(xing)有負(fu)相(xiang)相(xiang)關性(xing)。
（6）傳感器的(de)遲滯特性(xing)
遲(chi)滯(zhi)特(te)性表征傳(chuan)感器(qi)在正向(xiang)（輸(shu)入(ru)量(liang)(liang)增大）和反向(xiang)（輸(shu)入(ru)量(liang)(liang)減小）行程間輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)特(te)性曲(qu)線(xian)不一致(zhi)的(de)程度，通常用這兩條(tiao)曲(qu)線(xian)之間的(de)最大差值(zhi)△MAX與滿量(liang)(liang)程輸(shu)出(chu)F•S的(de)百(bai)分比(bi)表示。遲(chi)滯(zhi)可由傳(chuan)感器(qi)內(nei)部元件存在能量(liang)(liang)的(de)吸(xi)收造成。
1.4 變頻(pin)器介紹(shao)
1.4.1 變頻器概述
變頻(pin)器(qi)是一種(zhong)用來改變交(jiao)流電(dian)(dian)頻(pin)率的電(dian)(dian)氣設(she)備。此外(wai)，它(ta)還具有改變交(jiao)流電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓的輔助(zhu)功能。過(guo)去，變頻(pin)器(qi)一般被包含在(zai)電(dian)(dian)動發電(dian)(dian)機、旋(xuan)轉轉換(huan)器(qi)等(deng)電(dian)(dian)氣設(she)備中。隨(sui)著半導體電(dian)(dian)子設(she)備的出現，人(ren)們已經可以生產(chan)完全獨立的變頻(pin)器(qi)。
變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)通常包(bao)(bao)含3個(ge)組成部(bu)分：整(zheng)流(liu)器(qi)(qi)和逆變(bian)(bian)器(qi)(qi),還有直(zhi)流(liu)部(bu)分。其中(zhong)，整(zheng)流(liu)器(qi)(qi)將(jiang)輸(shu)(shu)入(ru)的(de)交流(liu)電(dian)(dian)(dian)轉換(huan)為直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)(dian)，逆變(bian)(bian)器(qi)(qi)將(jiang)直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)(dian)再轉換(huan)成所(suo)需(xu)頻(pin)(pin)率的(de)交流(liu)電(dian)(dian)(dian)。除了這2個(ge)部(bu)分之外，變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)還有可能包(bao)(bao)含變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)(qi)和電(dian)(dian)(dian)池。其中(zhong)，變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)(qi)用(yong)來改變(bian)(bian)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)并可以隔(ge)離輸(shu)(shu)入(ru)/輸(shu)(shu)出的(de)電(dian)(dian)(dian)路，電(dian)(dian)(dian)池用(yong)來補償變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)內部(bu)線路上的(de)能量損(sun)失(shi)。不同的(de)變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)能夠處理的(de)電(dian)(dian)(dian)源功率是不一樣的(de)。
1.4.2 變(bian)頻(pin)器構成
變頻器主要是由主電路、控制電路組成。
主電(dian)(dian)(dian)路是(shi)給異步電(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)提供調(diao)壓(ya)調(diao)頻(pin)(pin)電(dian)(dian)(dian)源的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力(li)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)換(huan)部(bu)分，變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)器的(de)(de)主電(dian)(dian)(dian)路大體(ti)上可分為兩類：電(dian)(dian)(dian)壓(ya)型是(shi)將電(dian)(dian)(dian)壓(ya)源的(de)(de)直流變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)換(huan)為交流的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)器，直流回(hui)路的(de)(de)濾(lv)波(bo)是(shi)電(dian)(dian)(dian)容。電(dian)(dian)(dian)流型是(shi)將電(dian)(dian)(dian)流源的(de)(de)直流變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)換(huan)為交流的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)器，其直流回(hui)路濾(lv)波(bo)是(shi)電(dian)(dian)(dian)感。它(ta)由三部(bu)分構(gou)成，將工頻(pin)(pin)電(dian)(dian)(dian)源變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)換(huan)為直流功率(lv)的(de)(de)“整流器”，吸收在變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)流器和(he)逆(ni)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)器產生的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)脈動(dong)的(de)(de)“平波(bo)回(hui)路”，以及將直流功率(lv)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)換(huan)為交流功率(lv)的(de)(de)“逆(ni)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)器”。
（1）整流器(qi)：最近大量使用的是(shi)二(er)極管(guan)(guan)的變(bian)(bian)流器(qi)，它把工(gong)頻電(dian)源(yuan)變(bian)(bian)換為直流電(dian)源(yuan)。也(ye)可(ke)(ke)用兩組(zu)晶體管(guan)(guan)變(bian)(bian)流器(qi)構成可(ke)(ke)逆(ni)變(bian)(bian)流器(qi)，由于(yu)其功(gong)率方向(xiang)可(ke)(ke)逆(ni)，可(ke)(ke)以進行再生運(yun)轉。
（2）平波回路：在(zai)整(zheng)流(liu)器(qi)整(zheng)流(liu)后的直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)中，含有(you)電(dian)源(yuan)6倍頻(pin)率的脈動電(dian)壓(ya)，此(ci)外逆(ni)變(bian)器(qi)產生(sheng)的脈動電(dian)流(liu)也(ye)使直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)變(bian)動。為了抑制電(dian)壓(ya)波動，采用(yong)電(dian)感(gan)和電(dian)容吸收脈動電(dian)壓(ya)（電(dian)流(liu)）。裝置容量(liang)小時，如果(guo)電(dian)源(yuan)和主電(dian)路構成器(qi)件有(you)余量(liang)，可以省去電(dian)感(gan)采用(yong)簡單的平波回路。
（3）逆變器：同整(zheng)流(liu)器相(xiang)反，逆變器是將直(zhi)流(liu)功(gong)率變換為所要求頻率的交流(liu)功(gong)率，以(yi)(yi)所確定的時(shi)間使6個開關(guan)(guan)器件導通、關(guan)(guan)斷就可以(yi)(yi)得(de)到3相(xiang)交流(liu)輸出(chu)。以(yi)(yi)電(dian)壓型PWM逆變器為例示出(chu)開關(guan)(guan)時(shi)間和電(dian)壓波形。
控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)是給異(yi)步(bu)電(dian)(dian)(dian)動機(ji)(ji)供(gong)電(dian)(dian)(dian)（電(dian)(dian)(dian)壓、頻率(lv)可調(diao)）的(de)主電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)提供(gong)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)信號(hao)的(de)回路(lu)(lu)(lu)，它有(you)頻率(lv)、電(dian)(dian)(dian)壓的(de)“運算電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)”，主電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)的(de)“電(dian)(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)(dian)流檢測(ce)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)”，電(dian)(dian)(dian)動機(ji)(ji)的(de)“速(su)度檢測(ce)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)”，將運算電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)的(de)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)信號(hao)進行放大的(de)“驅動電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)”，以及(ji)逆變器(qi)和電(dian)(dian)(dian)動機(ji)(ji)的(de)“保護電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)”組成。
（1）運算電(dian)(dian)路(lu)：將外(wai)部的速度(du)、轉矩等指令同檢測電(dian)(dian)路(lu)的電(dian)(dian)流、電(dian)(dian)壓(ya)信號進行比較運算，決(jue)定逆變器的輸出電(dian)(dian)壓(ya)、頻率。
（2）電(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)流檢測電(dian)(dian)路(lu)(lu)：與主回路(lu)(lu)電(dian)(dian)位隔離檢測電(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)流等。
（3）驅(qu)(qu)動(dong)(dong)電(dian)路(lu)：驅(qu)(qu)動(dong)(dong)主電(dian)路(lu)器件的(de)電(dian)路(lu)。它(ta)與控制電(dian)路(lu)隔離使主電(dian)路(lu)器件導通(tong)、關斷(duan)。
（4）速度(du)(du)(du)檢測(ce)電路(lu)：以(yi)裝(zhuang)在異步電動(dong)機軸機上的速度(du)(du)(du)檢測(ce)器(qi)的信號為速度(du)(du)(du)信號，送入(ru)運(yun)算回路(lu)，根據指令(ling)和(he)運(yun)算可(ke)使電動(dong)機按指令(ling)速度(du)(du)(du)運(yun)轉。
（5）保護(hu)電(dian)(dian)路：檢測(ce)主電(dian)(dian)路的電(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)流(liu)等(deng)，當發生過載(zai)或過電(dian)(dian)壓等(deng)異(yi)常時，為了防(fang)止(zhi)逆變器和異(yi)步電(dian)(dian)動(dong)機損壞，使逆變器停(ting)止(zhi)工作(zuo)或抑(yi)制電(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)流(liu)值。
1.4.3 變頻器(qi)的應(ying)用(yong)
變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)除了(le)可以(yi)用(yong)來(lai)改變(bian)交流(liu)(liu)電(dian)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)之外(wai)，還可以(yi)用(yong)來(lai)改變(bian)交流(liu)(liu)電(dian)動機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)轉速和扭矩。在(zai)(zai)該(gai)應用(yong)環境下，最(zui)典型的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)結構是三相(xiang)(xiang)二(er)級電(dian)壓源(yuan)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)。該(gai)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)通過半導(dao)體開(kai)關(guan)和脈(mo)沖寬(kuan)度調節(jie)（PWM）來(lai)控制各相(xiang)(xiang)電(dian)壓。變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)還可以(yi)在(zai)(zai)航空航天業中(zhong)。例如(ru)：飛(fei)機(ji)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)力設(she)備(bei)通常需要400Hz的(de)(de)(de)(de)(de)交流(liu)(liu)電(dian)，而(er)地(di)面上(shang)使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)交流(liu)(liu)電(dian)一般(ban)為50Hz或60Hz。因此，當飛(fei)機(ji)停(ting)在(zai)(zai)地(di)面上(shang)時，需要使(shi)用(yong)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)將地(di)面上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)50Hz或60Hz的(de)(de)(de)(de)(de)交流(liu)(liu)電(dian)變(bian)為400Hz的(de)(de)(de)(de)(de)交流(liu)(liu)電(dian)供飛(fei)機(ji)使(shi)用(yong)。
1.5 仿真機介紹(shao)
計(ji)算機(ji)仿真技術，利用計(ji)算機(ji)科學和(he)技術的(de)成(cheng)果建立被仿真的(de)系(xi)統的(de)模型，并(bing)在某些實驗條(tiao)件下對模型進行動態實驗的(de)一(yi)門綜合(he)性(xing)技術。它具有高效、安(an)全、受環境條(tiao)件的(de)約(yue)束較少、可改變時間(jian)比(bi)例(li)尺等優點，已成(cheng)為分(fen)析、設計(ji)、運行、評(ping)價(jia)、培(pei)訓系(xi)統的(de)重要工(gong)具。
仿真是(shi)對現實(shi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)某(mou)(mou)一(yi)層(ceng)次抽象屬性的(de)模仿。人們(men)利(li)用這樣的(de)模型進行試(shi)驗，從中得到(dao)所需的(de)信(xin)息，然后幫(bang)助人們(men)對現實(shi)世界的(de)某(mou)(mou)一(yi)層(ceng)次的(de)問題(ti)做出(chu)決(jue)策。仿真是(shi)一(yi)個(ge)相(xiang)對概(gai)念，任(ren)何逼真的(de)仿真都(dou)只能是(shi)對真實(shi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)某(mou)(mou)些屬性的(de)逼近(jin)。仿真是(shi)有(you)層(ceng)次的(de)，既要(yao)(yao)針對所欲處(chu)理的(de)客觀系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)問題(ti)，又(you)要(yao)(yao)針對提出(chu)處(chu)理者的(de)需求層(ceng)次，否則很難評價一(yi)個(ge)仿真系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)優劣(lie)。
傳統(tong)(tong)的(de)仿(fang)真方(fang)法(fa)是(shi)一(yi)個(ge)(ge)迭代過(guo)程(cheng)，即(ji)針(zhen)對(dui)實(shi)際系(xi)統(tong)(tong)某一(yi)層次(ci)的(de)特(te)性(xing)（過(guo)程(cheng)），抽象出一(yi)個(ge)(ge)模(mo)(mo)(mo)型(xing)，然后假(jia)設輸入，進(jin)行試驗，由試驗者(zhe)判讀(du)輸出結果和(he)驗證模(mo)(mo)(mo)型(xing)，根(gen)據判斷的(de)情況來修改(gai)模(mo)(mo)(mo)型(xing)和(he)有關的(de)參數。如此迭代地(di)進(jin)行，直到認(ren)為這個(ge)(ge)模(mo)(mo)(mo)型(xing)已滿足試驗者(zhe)對(dui)客觀系(xi)統(tong)(tong)的(de)某一(yi)層次(ci)的(de)仿(fang)真目(mu)的(de)為止。
模型對系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)某一(yi)層次特(te)(te)性的(de)(de)(de)抽(chou)象(xiang)描(miao)述包括：系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)組(zu)成(cheng)，各(ge)組(zu)成(cheng)部分之間的(de)(de)(de)靜態、動(dong)態、邏輯(ji)關系(xi)(xi)(xi)，在(zai)某些(xie)輸入條件下系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)輸出響應等。根據(ju)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)模型狀(zhuang)態變量(liang)變化的(de)(de)(de)特(te)(te)征，又(you)可把系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)模型分為：連續系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)模型――狀(zhuang)態變量(liang)是連續變化的(de)(de)(de)；離(li)散（事件）系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)模型――狀(zhuang)態變化在(zai)離(li)散時間點（一(yi)般是不確定(ding)的(de)(de)(de)）上(shang)發(fa)生變化；混合型――上(shang)述兩種的(de)(de)(de)混合。
為(wei)了建(jian)立(li)(li)一(yi)(yi)個(ge)有效的(de)仿真(zhen)系(xi)統，一(yi)(yi)般(ban)都要經歷建(jian)立(li)(li)模型(xing)、仿真(zhen)實驗(yan)、數據處理、分析驗(yan)證等步驟。為(wei)了構(gou)成一(yi)(yi)個(ge)實用的(de)較大規模的(de)仿真(zhen)系(xi)統，除仿真(zhen)機外，還(huan)需配 有控制和(he)顯示設備。
2 系統工作原理(li)與構成
2.1 恒(heng)壓供水系統的基本原理
壓(ya)(ya)力傳感器將總水(shui)(shui)(shui)管(guan)的(de)水(shui)(shui)(shui)壓(ya)(ya)變(bian)(bian)換(huan)為電信(xin)號(hao)，經放(fang)大器放(fang)大、D/A轉(zhuan)換(huan)，輸(shu)入(ru)到單(dan)(dan)片機(ji)，由(you)單(dan)(dan)片機(ji)對D/A轉(zhuan)換(huan)值(zhi)進行PID運算處(chu)理，進而控(kong)制變(bian)(bian)頻器的(de)輸(shu)出頻率(lv)。當水(shui)(shui)(shui)壓(ya)(ya)低(di)于給(gei)定壓(ya)(ya)力時(shi)，變(bian)(bian)頻器的(de)頻率(lv)增加(jia)；當水(shui)(shui)(shui)壓(ya)(ya)高于給(gei)定壓(ya)(ya)力時(shi)，變(bian)(bian)頻器的(de)頻率(lv)減小。這種變(bian)(bian)化，直至(zhi)水(shui)(shui)(shui)管(guan)壓(ya)(ya)力與給(gei)定值(zhi)相當。
2.2 系統組成及實現原理
恒壓供水(shui)的基(ji)本控制策略是：采用單片機與變頻調速裝置構(gou)成控(kong)制(zhi)系(xi)統，進行優化(hua)控(kong)制(zhi)泵(beng)組(zu)調(diao)速運行，并自動(dong)調(diao)整泵(beng)組(zu)的運行臺(tai)數，完成供(gong)水壓(ya)力(li)的閉環控(kong)制(zhi)，即根據實(shi)際設定水壓(ya)自動(dong)調(diao)節水泵(beng)電機(ji)的轉速和水泵(beng)的數量(liang)，自動(dong)補償用(yong)水量(liang)的變化(hua)，以保證供(gong)水管(guan)網的壓(ya)力(li)保持在設定值，既可以滿足高樓(lou)供(gong)水要求(qiu)，還可節約電能(neng)，使系(xi)統處(chu)于可靠工作(zuo)狀態，實(shi)現高樓(lou)恒壓(ya)供(gong)水。
變頻(pin)調(diao)速(su)恒(heng)壓供(gong)水系統由變頻(pin)器(qi)、泵組(zu)電機(ji)、供(gong)水管網、儲水箱、智(zhi)能PID調(diao)節器(qi)、壓力變送器(qi)、單(dan)片機(ji)等部(bu)分組(zu)成，控制(zhi)系統原理圖如圖2.1所示(shi)。
其中(zhong)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)的(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)是為電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)提(ti)供可變(bian)頻(pin)(pin)率的(de)電(dian)(dian)(dian)源，實現電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)無級調(diao)(diao)速(su)，從而使管(guan)網水壓連(lian)續變(bian)化，同時變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)還(huan)可作(zuo)為電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)軟啟(qi)動裝置(zhi)，限制電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)啟(qi)動電(dian)(dian)(dian)流。壓力變(bian)送器(qi)的(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)是檢(jian)測管(guan)網水壓。智能PID調(diao)(diao)節器(qi)實現管(guan)網水壓的(de)PID調(diao)(diao)節。單片機(ji)(ji)(ji)(ji)則(ze)是泵組(zu)管(guan)理的(de)執行(xing)設備(bei)，同時還(huan)是變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)的(de)驅動控制，根據用(yong)(yong)(yong)水量的(de)實際變(bian)化，自動調(diao)(diao)整(zheng)其它工頻(pin)(pin)泵的(de)運行(xing)臺數。變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)和單片機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)為水泵轉速(su)的(de)平滑性連(lian)續調(diao)(diao)節提(ti)供了(le)(le)方(fang)便。水泵電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)實現變(bian)頻(pin)(pin)軟啟(qi)動, 消(xiao)除了(le)(le)對電(dian)(dian)(dian)網、電(dian)(dian)(dian)氣設備(bei)和機(ji)(ji)(ji)(ji)械設備(bei)的(de)沖擊，延長機(ji)(ji)(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)設備(bei)的(de)使用(yong)(yong)(yong)壽命。
2.3 硬件結構
如圖 2.2所示。恒壓供水(shui)系統的(de)(de)動力通(tong)常都(dou)使用(yong)三相(xiang)(xiang)異步電(dian)動機，其三相(xiang)(xiang)交流(liu)電(dian)源(yuan)通(tong)過半(ban)控全波整流(liu)電(dian)路整流(liu)成直流(liu)，再(zai)經逆(ni)變器逆(ni)變獲得。電(dian)源(yuan)頻率(lv)的(de)(de)大小(xiao)取決于大功率(lv)晶體管的(de)(de)導(dao)通(tong)頻率(lv)。改(gai)(gai)變晶體管基極的(de)(de)控制信號(hao)，就可以很容易地改(gai)(gai)變三相(xiang)(xiang)電(dian)源(yuan)的(de)(de)頻率(lv)，實現電(dian)動機的(de)(de)變頻調(diao)速(su)。
AT89C51是高(gao)檔8位(wei)單(dan)片機，它留有(you)P0、P1、P2、P3 4個I/O接口，內部(bu)有(you)256BRAM、4KB ROM和(he)2個16位(wei)定時(shi)器/計(ji)數(shu)器與5個中(zhong)斷源(yuan)。系(xi)統把P0.7～P0.0作(zuo)(zuo)為(wei)系(xi)統運行壓力(li)(li)與給定壓力(li)(li)信(xin)號差輸(shu)(shu)入端，把 作(zuo)(zuo)為(wei)外(wai)部(bu)中(zhong)斷源(yuan)的(de)(de)請求信(xin)號，把P1.3～P1.7作(zuo)(zuo)為(wei)單(dan)片機的(de)(de)輸(shu)(shu)出(chu)端。P1.3～P1.5輸(shu)(shu)出(chu)信(xin)號經(jing)驅動(dong)器電路放(fang)大，用于控(kong)制逆變電路中(zhong)大功率晶體管的(de)(de)通(tong)斷；P1.6～P1.7輸(shu)(shu)出(chu)信(xin)號經(jing)驅動(dong)電路放(fang)大，用于控(kong)制晶閘管的(de)(de)觸發導通(tong)。
3 硬件設計
3.1 硬件(jian)技術(shu)
本系統主要(yao)是(shi)針對高樓恒壓(ya)(ya)供水(shui)進行控制。因此(ci)(ci)我(wo)們要(yao)求的(de)水(shui)壓(ya)(ya)不(bu)是(shi)一個點，而(er)是(shi)一個范圍，因此(ci)(ci)我(wo)們設定(ding)了一個壓(ya)(ya)力值，在此(ci)(ci)壓(ya)(ya)力值的(de)上下限附近設定(ding)一個回差帶
3.2 硬件組成
針對硬(ying)件(jian)技(ji)術要求，本系統以AT89C51單片(pian)機(ji)為(wei)核心，組成一個集壓力(li)的采集、處(chu)理(li)、顯示、自(zi)動(dong)控(kong)制為(wei)一身的閉環控(kong)制系統，其原理(li)框如圖3.2。圖中硬(ying)件(jian)組成主(zhu)要由以下幾部分(fen)(fen)組成：單片(pian)機(ji)信(xin)息處(chu)理(li)、壓力(li)采集、信(xin)號轉換、顯示、報警、鍵聲及控(kong)制部分(fen)(fen)。
具體工作如下：
利用集成壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)傳感器(qi)實現(xian)對(dui)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)采(cai)(cai)集，然后信號(hao)通(tong)過運算放大器(qi)、保持器(qi)和(he) A/D轉換器(qi)將(jiang)模擬量(liang)變為數字(zi)量(liang)送(song)入單(dan)片機(ji)進行處理。我們預先從鍵盤輸入一(yi)個壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)范圍（上(shang)(shang)限(xian)(xian)(xian)報(bao)警(jing)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)和(he)下限(xian)(xian)(xian)報(bao)警(jing)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)、上(shang)(shang)限(xian)(xian)(xian)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)、上(shang)(shang)限(xian)(xian)(xian)復位值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)、下限(xian)(xian)(xian)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)、下限(xian)(xian)(xian)復位值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)），通(tong)過壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)采(cai)(cai)集系(xi)統(tong)檢(jian)測(ce)出(chu)水泵的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)，由數字(zi)顯示電路顯示出(chu)當(dang)時(shi)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)，當(dang)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)高(gao)于上(shang)(shang)限(xian)(xian)(xian)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)時(shi)，系(xi)統(tong)將(jiang)起(qi)(qi)動(dong)降壓(ya)設(she)備，把(ba)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)降下來，根據采(cai)(cai)樣壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)與(yu)下限(xian)(xian)(xian)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)差值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)占(zhan)上(shang)(shang)限(xian)(xian)(xian)與(yu)下限(xian)(xian)(xian)之間的(de)(de)(de)(de)差值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)百分(fen)比平均地起(qi)(qi)動(dong)設(she)備的(de)(de)(de)(de)臺數，當(dang)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)低(di)于上(shang)(shang)限(xian)(xian)(xian)復位值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)時(shi)，才關閉(bi)全部的(de)(de)(de)(de)設(she)備。升壓(ya)設(she)備停止(zhi)工(gong)作。當(dang)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)低(di)于下限(xian)(xian)(xian)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)時(shi)，與(yu)高(gao)于上(shang)(shang)限(xian)(xian)(xian)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)控制方法(fa)相(xiang)同。當(dang)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)高(gao)于或低(di)于報(bao)警(jing)的(de)(de)(de)(de)上(shang)(shang)下限(xian)(xian)(xian)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)時(shi)，報(bao)警(jing)器(qi)發聲，提醒工(gong)作人員此(ci)時(shi)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)太(tai)高(gao)或太(tai)低(di)，以做出(chu)相(xiang)應的(de)(de)(de)(de)措施。
其(qi)中：
（1）為(wei)使整個系(xi)統的(de)(de)運行更(geng)加完(wan)善，本(ben)系(xi)統在設(she)計時匹配了矩陣(zhen)式鍵盤(pan)以及由四(si)位LED數碼(ma)管組成的(de)(de)顯(xian)示(shi)器以顯(xian)示(shi)實時的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)值(zhi)及事先給定的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)值(zhi)。
（2）為提高系統的抗干擾能(neng)力，在原有(you)硬(ying)件(jian)的基礎上設計了(le)電源檢測、報警等電路以促進整個系統的功能(neng)更加(jia)完善。
（3）為使掉電后上次設定的(de)參數不(bu)至于丟掉，本系統(tong)采用串行(xing)EEPROM－24C02進行(xing)掉電前(qian)的(de)參數存儲。24C02和AT89C51的(de)典(dian)型接口(kou)電路如(ru)下：
4 軟件設計
4 .1 PID控制
4.1.1 PID控(kong)制規律
其中 為比例(li)系數， 為積(ji)分(fen)時間常數， 為微(wei)分(fen)時間常數。
當今的(de)(de)自(zi)動控制技(ji)術都(dou)是基于反(fan)(fan)饋的(de)(de)概念。反(fan)(fan)饋理(li)論的(de)(de)要素包括(kuo)三個(ge)(ge)部分：測(ce)量(liang)(liang)、比(bi)(bi)較(jiao)和執行。測(ce)量(liang)(liang)關(guan)(guan)心的(de)(de)變(bian)量(liang)(liang)，與期望值相比(bi)(bi)較(jiao)，用這個(ge)(ge)誤差糾(jiu)正調(diao)節控制系(xi)統的(de)(de)響應。這個(ge)(ge)理(li)論和應用自(zi)動控制的(de)(de)關(guan)(guan)鍵是，做出正確的(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)和比(bi)(bi)較(jiao)后(hou)，如何才能(neng)更好(hao)地糾(jiu)正系(xi)統。
PID（比例-積分-微分）控(kong)(kong)制(zhi)器作(zuo)為最早實用化的(de)控(kong)(kong)制(zhi)器已(yi)有(you)50多年歷(li)史，現在仍然是應用最廣泛(fan)(fan)的(de)工業控(kong)(kong)制(zhi)器。PID控(kong)(kong)制(zhi)器簡單(dan)易懂，使用中不需精確的(de)系統模型等先決(jue)條件，因(yin)而(er)成為應用最為廣泛(fan)(fan)的(de)控(kong)(kong)制(zhi)器。
PID控制器由比例(li)單(dan)元(yuan)（P）、積(ji)分(fen)(fen)單(dan)元(yuan)（I）和微分(fen)(fen)單(dan)元(yuan)（D）組成。其輸(shu)入e(t)與輸(shu)出u(t)的關(guan)系為(wei) ，式(shi)中積(ji)分(fen)(fen)的上下限分(fen)(fen)別是(shi)0和t。因此它(ta)的傳遞函(han)數為(wei)： 。其中 為(wei)比例(li)系數， 為(wei)積(ji)分(fen)(fen)時間常(chang)數， 為(wei)微分(fen)(fen)時間常(chang)數。
它由于用途廣泛(fan)、使(shi)用靈(ling)活(huo)，已有系列化的(de)產品，使(shi)用中(zhong)只需(xu)設定三個(ge)參數（ ， 和 ）即可。在很多情(qing)況下，并不一定需(xu)要全部三個(ge)單(dan)元，可以(yi)取其中(zhong)的(de)一到(dao)兩個(ge)單(dan)元，但比例控(kong)制單(dan)元是必不可少的(de)。
雖然很(hen)多工(gong)業過(guo)程是(shi)非線(xian)(xian)性(xing)(xing)或時變的(de)，但(dan)通(tong)過(guo)對其(qi)簡化(hua)(hua)可以變成基本線(xian)(xian)性(xing)(xing)和動態(tai)(tai)特性(xing)(xing)不隨時間變化(hua)(hua)的(de)系統，這(zhe)樣PID就可控制了。PID參數較易(yi)整(zheng)定，也就是(shi)，PID參數 , 和 可以根據過(guo)程的(de)動態(tai)(tai)特性(xing)(xing)及時整(zheng)定。如果(guo)過(guo)程的(de)動態(tai)(tai)特性(xing)(xing)變化(hua)(hua)，例(li)如可能由負載的(de)變化(hua)(hua)引(yin)起(qi)系統動態(tai)(tai)特性(xing)(xing)變化(hua)(hua)，PID參數就可以重新整(zheng)定。
4.1.2 PID控制(zhi)器的(de)分析(xi)
在(zai)(zai)一(yi)些情況下針對特定(ding)的(de)系統(tong)設計(ji)的(de)PID控(kong)制器(qi)控(kong)制得(de)很好(hao)，但它們仍存在(zai)(zai)問題(ti)需要解決：如(ru)果自整定(ding)要以模型為基礎，為了PID參(can)數的(de)重新整定(ding)在(zai)(zai)線尋找和保(bao)持好(hao)過程模型是較難的(de)。閉環工作時，要求在(zai)(zai)過程中插(cha)入一(yi)個測試信(xin)號。這個方法會引起擾動，所以基于模型的(de)PID參(can)數自整定(ding)在(zai)(zai)工業應用不是太好(hao)。
如果自整(zheng)定(ding)(ding)是基于控(kong)(kong)制(zhi)律的(de)，經常難(nan)以(yi)把由負(fu)載(zai)干擾引起的(de)影(ying)響和過程動(dong)態特(te)性變(bian)化引起的(de)影(ying)響區分開來，因此(ci)受到干擾的(de)影(ying)響控(kong)(kong)制(zhi)器會(hui)產生超(chao)調，產生一個不必(bi)要(yao)的(de)自適應轉換。另(ling)外(wai)，由于基于控(kong)(kong)制(zhi)律的(de)系統(tong)沒有成熟的(de)穩定(ding)(ding)性分析(xi)方法，參數(shu)整(zheng)定(ding)(ding)可靠與否存在很(hen)多問(wen)題(ti)。
因此(ci)，許多自身整(zheng)定(ding)(ding)參(can)數(shu)的PID控(kong)制器經常工作在自動(dong)整(zheng)定(ding)(ding)模(mo)式(shi)而不是(shi)連續的自身整(zheng)定(ding)(ding)模(mo)式(shi)。自動(dong)整(zheng)定(ding)(ding)通常是(shi)指根(gen)據開環狀(zhuang)態(tai)確定(ding)(ding)的簡(jian)單過程模(mo)型自動(dong)計(ji)算PID參(can)數(shu)。
PID在控(kong)(kong)(kong)制(zhi)非線性、時(shi)變(bian)、耦合及參數和結構不確(que)定的(de)復雜過(guo)程時(shi)，工作地不是太好。最重要的(de)是，如(ru)果PID控(kong)(kong)(kong)制(zhi)器(qi)不能控(kong)(kong)(kong)制(zhi)復雜過(guo)程，無論怎么(me)調參數都沒用。
雖然有(you)這些(xie)缺點，PID控制(zhi)器是(shi)(shi)最簡單的有(you)時(shi)卻是(shi)(shi)最好的控制(zhi)器。
目(mu)前工業(ye)自(zi)動化(hua)(hua)水(shui)平已成為(wei)衡量各行各業(ye)現(xian)(xian)代(dai)化(hua)(hua)水(shui)平的一個(ge)重要標志。控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)理(li)論(lun)的發展經(jing)(jing)歷(li)了古典控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)理(li)論(lun)、現(xian)(xian)代(dai)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)理(li)論(lun)和智能(neng)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)理(li)論(lun)三個(ge)階段。自(zi)動控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)可分為(wei)開環(huan)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)和閉(bi)環(huan)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)。一個(ge)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)包括控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、變(bian)送(song)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、執行機構(gou)、輸入輸出(chu)(chu)接口(kou)。控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的輸出(chu)(chu)經(jing)(jing)過(guo)(guo)輸出(chu)(chu)接口(kou)、執行機構(gou)，加到被控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)系統(tong)上；控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)的被控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)量，經(jing)(jing)過(guo)(guo)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，變(bian)送(song)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，通過(guo)(guo)輸入接口(kou)送(song)到控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。不同的控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)，其傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、變(bian)送(song)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、執行機構(gou)是不一樣的。比(bi)如壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)要采用(yong)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，電加熱控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)的傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)是溫(wen)(wen)度(du)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。目(mu)前，PID控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)及其控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)或(huo)智能(neng)PID控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（儀表）已經(jing)(jing)很多(duo)，產品(pin)已在工程(cheng)實(shi)(shi)(shi)際中得到了廣泛的應(ying)(ying)用(yong)，有各種各樣的PID控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)產品(pin)，各大公(gong)司都開發了具有PID參(can)數自(zi)整定功能(neng)的智能(neng)調節器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，其中PID控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)參(can)數的自(zi)動調整是通過(guo)(guo)智能(neng)化(hua)(hua)調整或(huo)自(zi)校(xiao)正(zheng)、自(zi)適應(ying)(ying)算法來實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)。有利(li)用(yong)PID控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)的壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)、溫(wen)(wen)度(du)、流量、液(ye)位控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，能(neng)實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)PID控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)功能(neng)的可編程(cheng)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，還(huan)有可實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)PID控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的PC系統(tong)等(deng)(deng)等(deng)(deng)。
（1）開環控制系統
開(kai)環控(kong)制(zhi)系統(tong)是指被控(kong)對(dui)象的輸(shu)出(被控(kong)制(zhi)量(liang))對(dui)控(kong)制(zhi)器的輸(shu)出沒(mei)有影響(xiang)。在這種(zhong)控(kong)制(zhi)系統(tong)中，不(bu)依賴將被控(kong)量(liang)反(fan)送回(hui)來(lai)以形成(cheng)任何閉環回(hui)路。
（2）閉環控制系(xi)統
閉(bi)環(huan)(huan)控制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)的特點是系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)被控對象的輸(shu)出(chu)會反(fan)(fan)(fan)(fan)送(song)回來影響控制(zhi)(zhi)器的輸(shu)出(chu)，形成一(yi)個(ge)或多個(ge)閉(bi)環(huan)(huan)。閉(bi)環(huan)(huan)控制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)有正反(fan)(fan)(fan)(fan)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)和負(fu)(fu)(fu)反(fan)(fan)(fan)(fan)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)，若反(fan)(fan)(fan)(fan)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)信號(hao)與系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)給定值信號(hao)相(xiang)反(fan)(fan)(fan)(fan)，則(ze)稱為負(fu)(fu)(fu)反(fan)(fan)(fan)(fan)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)，若極性相(xiang)同，則(ze)稱為正反(fan)(fan)(fan)(fan)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)，一(yi)般(ban)閉(bi)環(huan)(huan)控制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)均(jun)采用(yong)負(fu)(fu)(fu)反(fan)(fan)(fan)(fan)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)，又稱負(fu)(fu)(fu)反(fan)(fan)(fan)(fan)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)控制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)。閉(bi)環(huan)(huan)控制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)的例子很多。比如人(ren)就(jiu)是一(yi)個(ge)具有負(fu)(fu)(fu)反(fan)(fan)(fan)(fan)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)的閉(bi)環(huan)(huan)控制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)，眼睛(jing)便是傳感器，充當(dang)反(fan)(fan)(fan)(fan)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)，人(ren)體(ti)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)能通過不斷的修(xiu)正最后做出(chu)各種正確的動作(zuo)。如果沒有眼睛(jing)，就(jiu)沒有了反(fan)(fan)(fan)(fan)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)回路，也就(jiu)成了一(yi)個(ge)開(kai)環(huan)(huan)控制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)。
（3）階躍響(xiang)應
階躍(yue)響應(ying)是(shi)(shi)指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)將一(yi)個(ge)(ge)階躍(yue)輸(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)加到系(xi)(xi)統(tong)上(shang)時，系(xi)(xi)統(tong)的(de)輸(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)。穩(wen)(wen)態(tai)誤(wu)差(cha)是(shi)(shi)指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)的(de)響應(ying)進入(ru)穩(wen)(wen)態(tai)后，系(xi)(xi)統(tong)的(de)期望(wang)輸(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)與(yu)實(shi)際輸(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)之(zhi)差(cha)。控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)的(de)性(xing)能可以用穩(wen)(wen)、準、快(kuai)三個(ge)(ge)字來描述。穩(wen)(wen)是(shi)(shi)指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)的(de)穩(wen)(wen)定性(xing)，一(yi)個(ge)(ge)系(xi)(xi)統(tong)要能正(zheng)常工作(zuo)，首先必須是(shi)(shi)穩(wen)(wen)定的(de)，從階躍(yue)響應(ying)上(shang)看應(ying)該是(shi)(shi)收斂的(de)；準是(shi)(shi)指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)的(de)準確(que)性(xing)、控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)精(jing)度，通常用穩(wen)(wen)態(tai)誤(wu)差(cha)來描述，它表示系(xi)(xi)統(tong)輸(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)穩(wen)(wen)態(tai)值(zhi)與(yu)期望(wang)值(zhi)之(zhi)差(cha)；快(kuai)是(shi)(shi)指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)響應(ying)的(de)快(kuai)速性(xing)，通常用上(shang)升時間來定量(liang)描述。
4.1.3 PID控制的原理和特點
在(zai)工(gong)(gong)程實際(ji)中，應(ying)用最(zui)為(wei)(wei)廣泛的(de)(de)(de)調(diao)節器控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制規律為(wei)(wei)比例(li)、積分、微分控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制，簡稱(cheng)PID控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制，又(you)稱(cheng)PID調(diao)節。PID控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制器問世至(zhi)今已有近70年歷(li)史，它以其結構簡單、穩(wen)定(ding)性好、工(gong)(gong)作可靠、調(diao)整方便而成為(wei)(wei)工(gong)(gong)業控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制的(de)(de)(de)主要技(ji)術(shu)(shu)之(zhi)一。當被(bei)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)對象(xiang)的(de)(de)(de)結構和參數(shu)(shu)不(bu)(bu)能(neng)完全掌(zhang)握，或得不(bu)(bu)到精確的(de)(de)(de)數(shu)(shu)學模(mo)型(xing)時(shi)(shi)(shi)，控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制理論的(de)(de)(de)其它技(ji)術(shu)(shu)難以采用時(shi)(shi)(shi)，系統控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制器的(de)(de)(de)結構和參數(shu)(shu)必須(xu)依靠經驗和現場調(diao)試來確定(ding)，這時(shi)(shi)(shi)應(ying)用PID控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制技(ji)術(shu)(shu)最(zui)為(wei)(wei)方便。即當我們不(bu)(bu)完全了解一個系統和被(bei)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)對象(xiang)，或不(bu)(bu)能(neng)通過有效的(de)(de)(de)測量手(shou)段來獲得系統參數(shu)(shu)時(shi)(shi)(shi)，最(zui)適合用PID控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制技(ji)術(shu)(shu)。PID控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制，實際(ji)中也有PI和PD控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制。PID控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制器就是(shi)根(gen)據(ju)系統的(de)(de)(de)誤差，利用比例(li)、積分、微分計算出(chu)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制量進行控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制的(de)(de)(de)。
比例(li)控(kong)制(zhi)是(shi)一種最(zui)簡單(dan)的(de)控(kong)制(zhi)方式。其(qi)控(kong)制(zhi)器的(de)輸出(chu)與輸入(ru)誤差信號(hao)成(cheng)比例(li)
關(guan)系(xi)。當(dang)僅有比(bi)例控制時(shi)系(xi)統輸(shu)出(chu)存在(zai)穩態誤差。
在積(ji)(ji)分控制中，控制器(qi)的輸(shu)(shu)出與輸(shu)(shu)入誤(wu)差(cha)(cha)(cha)信號(hao)的積(ji)(ji)分成正比關系(xi)(xi)。對(dui)一(yi)個自動控制系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)，如(ru)果(guo)在進入穩(wen)態(tai)(tai)后(hou)存(cun)在穩(wen)態(tai)(tai)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)，則稱這個控制系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)是(shi)有穩(wen)態(tai)(tai)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)的或簡稱有差(cha)(cha)(cha)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)。為了消除穩(wen)態(tai)(tai)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)，在控制器(qi)中必須引入“積(ji)(ji)分項(xiang)”。積(ji)(ji)分項(xiang)對(dui)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)取(qu)決于時間(jian)的積(ji)(ji)分，隨著時間(jian)的增(zeng)加(jia)，積(ji)(ji)分項(xiang)會增(zeng)大(da)。這樣，即便誤(wu)差(cha)(cha)(cha)很小(xiao)，積(ji)(ji)分項(xiang)也會隨著時間(jian)的增(zeng)加(jia)而(er)加(jia)大(da)，它推動控制器(qi)的輸(shu)(shu)出增(zeng)大(da)使(shi)穩(wen)態(tai)(tai)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)進一(yi)步減小(xiao)，直到等于零(ling)。因此，比例+積(ji)(ji)分(PI)控制器(qi)，可以使(shi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)在進入穩(wen)態(tai)(tai)后(hou)無穩(wen)態(tai)(tai)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)。
在(zai)微(wei)分(fen)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)中，控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)輸出(chu)與(yu)輸入(ru)誤(wu)差(cha)信號的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)分(fen)（即(ji)誤(wu)差(cha)的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)率(lv)）成(cheng)正比(bi)關(guan)系(xi)。自動控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)統(tong)在(zai)克(ke)服誤(wu)差(cha)的(de)(de)(de)(de)(de)調(diao)節過程中可能(neng)會出(chu)現振(zhen)蕩甚至失穩(wen)。其原因(yin)是(shi)(shi)(shi)由于存在(zai)有(you)較大(da)(da)慣性(xing)組(zu)件（環節）或有(you)滯(zhi)后組(zu)件，具(ju)有(you)抑(yi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)誤(wu)差(cha)的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)，其變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)總是(shi)(shi)(shi)落后于誤(wu)差(cha)的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)。解(jie)決的(de)(de)(de)(de)(de)辦法是(shi)(shi)(shi)使抑(yi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)誤(wu)差(cha)的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)“超前(qian)(qian)”，即(ji)在(zai)誤(wu)差(cha)接近(jin)零(ling)時，抑(yi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)誤(wu)差(cha)的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)就(jiu)應(ying)該(gai)是(shi)(shi)(shi)零(ling)。這就(jiu)是(shi)(shi)(shi)說，在(zai)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)中僅引入(ru)“比(bi)例(li)”項(xiang)往往是(shi)(shi)(shi)不夠的(de)(de)(de)(de)(de)，比(bi)例(li)項(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)僅是(shi)(shi)(shi)放大(da)(da)誤(wu)差(cha)的(de)(de)(de)(de)(de)幅值，而目前(qian)(qian)需(xu)要增(zeng)加的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)(shi)“微(wei)分(fen)項(xiang)”，它能(neng)預測(ce)誤(wu)差(cha)變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)趨勢。這樣，具(ju)有(you)比(bi)例(li)+微(wei)分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)，就(jiu)能(neng)夠提(ti)前(qian)(qian)使抑(yi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)誤(wu)差(cha)的(de)(de)(de)(de)(de)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)作用(yong)等于零(ling)，甚至為負(fu)值，從(cong)而避免了被控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)量的(de)(de)(de)(de)(de)嚴重(zhong)超調(diao)。所以對(dui)(dui)有(you)較大(da)(da)慣性(xing)或滯(zhi)后的(de)(de)(de)(de)(de)被控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)對(dui)(dui)象(xiang)，比(bi)例(li)+微(wei)分(fen)(PD)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)能(neng)改善(shan)系(xi)統(tong)在(zai)調(diao)節過程中的(de)(de)(de)(de)(de)動態特性(xing)。
4.1.4 PID控制器的參數整定
PID控(kong)制(zhi)器(qi)的(de)(de)參(can)(can)數(shu)(shu)整(zheng)定(ding)(ding)(ding)是(shi)控(kong)制(zhi)系(xi)統設計的(de)(de)核心(xin)內容。它(ta)是(shi)根據被(bei)控(kong)過(guo)(guo)程的(de)(de)特性(xing)確定(ding)(ding)(ding)PID控(kong)制(zhi)器(qi)的(de)(de)比例系(xi)數(shu)(shu)、積(ji)分時(shi)(shi)間和(he)(he)微分時(shi)(shi)間的(de)(de)大小。PID控(kong)制(zhi)器(qi)參(can)(can)數(shu)(shu)整(zheng)定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)方法(fa)(fa)(fa)很(hen)多，概括起來有兩(liang)大類：一是(shi)理(li)論(lun)計算(suan)(suan)整(zheng)定(ding)(ding)(ding)法(fa)(fa)(fa)。它(ta)主(zhu)(zhu)要是(shi)依據系(xi)統的(de)(de)數(shu)(shu)學模型，經過(guo)(guo)理(li)論(lun)計算(suan)(suan)確定(ding)(ding)(ding)控(kong)制(zhi)器(qi)參(can)(can)數(shu)(shu)。這種方法(fa)(fa)(fa)所(suo)得到(dao)的(de)(de)計算(suan)(suan)數(shu)(shu)據未(wei)必可以直接用(yong)，還必須通(tong)(tong)過(guo)(guo)工(gong)(gong)程實(shi)(shi)際進(jin)行(xing)調整(zheng)和(he)(he)修改(gai)。二是(shi)工(gong)(gong)程整(zheng)定(ding)(ding)(ding)方法(fa)(fa)(fa)，它(ta)主(zhu)(zhu)要依賴(lai)工(gong)(gong)程經驗，直接在(zai)(zai)控(kong)制(zhi)系(xi)統的(de)(de)試(shi)驗中進(jin)行(xing)，且方法(fa)(fa)(fa)簡單、易于掌握，在(zai)(zai)工(gong)(gong)程實(shi)(shi)際中被(bei)廣泛采(cai)用(yong)。PID控(kong)制(zhi)器(qi)參(can)(can)數(shu)(shu)的(de)(de)工(gong)(gong)程整(zheng)定(ding)(ding)(ding)方法(fa)(fa)(fa)，主(zhu)(zhu)要有臨(lin)界比例法(fa)(fa)(fa)、反應曲線法(fa)(fa)(fa)和(he)(he)衰(shuai)減法(fa)(fa)(fa)。三種方法(fa)(fa)(fa)各有其(qi)特點(dian)，其(qi)共同(tong)點(dian)都是(shi)通(tong)(tong)過(guo)(guo)試(shi)驗，然(ran)后(hou)按照工(gong)(gong)程經驗公式對控(kong)制(zhi)器(qi)參(can)(can)數(shu)(shu)進(jin)行(xing)整(zheng)定(ding)(ding)(ding)。但無論(lun)采(cai)用(yong)哪一種方法(fa)(fa)(fa)所(suo)得到(dao)的(de)(de)控(kong)制(zhi)器(qi)參(can)(can)數(shu)(shu)，都需要在(zai)(zai)實(shi)(shi)際運行(xing)中進(jin)行(xing)最(zui)后(hou)調整(zheng)與完善(shan)。
4.1.5 PID控(kong)制實現
各種變(bian)頻(pin)(pin)(pin)器(qi)的反(fan)饋(kui)邏輯稱(cheng)謂各不相同，甚(shen)至有類(lei)似(si)的稱(cheng)謂而含義(yi)相反(fan)的情形(xing)。系統設計(ji)時應以所(suo)選用(yong)變(bian)頻(pin)(pin)(pin)器(qi)的說明書介紹為準。所(suo)謂反(fan)饋(kui)邏輯，是指被控物理量經傳(chuan)感器(qi)檢測到的反(fan)饋(kui)信號對變(bian)頻(pin)(pin)(pin)器(qi)輸出頻(pin)(pin)(pin)率的控制極性(xing)。
要實(shi)現閉環(huan)的(de)(de)PID控(kong)制功(gong)(gong)(gong)能(neng)(neng)，首先應將PID功(gong)(gong)(gong)能(neng)(neng)預(yu)(yu)(yu)置(zhi)為(wei)(wei)(wei)有(you)效(xiao)。其方(fang)(fang)(fang)法(fa)有(you)兩(liang)種：一(yi)(yi)是通(tong)過(guo)變(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)器(qi)的(de)(de)功(gong)(gong)(gong)能(neng)(neng)參(can)數碼預(yu)(yu)(yu)置(zhi)，例如，康沃CVF-G2系(xi)列(lie)變(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)器(qi)，將參(can)數H-48設(she)為(wei)(wei)(wei)O時(shi)，則無PID功(gong)(gong)(gong)能(neng)(neng)；設(she)為(wei)(wei)(wei)1時(shi)為(wei)(wei)(wei)普(pu)通(tong)PID控(kong)制；設(she)為(wei)(wei)(wei)2時(shi)為(wei)(wei)(wei)恒壓供水PID。二是由(you)變(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)器(qi)的(de)(de)外接多功(gong)(gong)(gong)能(neng)(neng)端子(zi)的(de)(de)狀態決定(ding)。例如安川CIMR-G7A系(xi)列(lie)變(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)器(qi)，在(zai)多功(gong)(gong)(gong)能(neng)(neng)輸(shu)入端子(zi)Sl-S10中任選(xuan)一(yi)(yi)個，將功(gong)(gong)(gong)能(neng)(neng)碼H1-01～H1-10(與端子(zi)S1-S10相對應)預(yu)(yu)(yu)置(zhi)為(wei)(wei)(wei)19，則該端子(zi)即具有(you)決定(ding)PID控(kong)制是否(fou)有(you)效(xiao)的(de)(de)功(gong)(gong)(gong)能(neng)(neng)，該端子(zi)與公共端子(zi)SC“ON”時(shi)無效(xiao)，“OFF”時(shi)有(you)效(xiao)。應注意的(de)(de)是大部分(fen)變(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)器(qi)兼(jian)有(you)上述兩(liang)種預(yu)(yu)(yu)置(zhi)方(fang)(fang)(fang)式(shi)，但有(you)少數品牌的(de)(de)變(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)器(qi)只有(you)其中的(de)(de)一(yi)(yi)種方(fang)(fang)(fang)式(shi)。
在一些控制(zhi)要求不十分嚴格(ge)的系統中，有時僅使(shi)用(yong)PI控制(zhi)功能、不啟動D功能就能滿足需要，這(zhe)樣(yang)的系統調(diao)試過程比(bi)較簡單。 ;
欲使(shi)變頻(pin)(pin)系(xi)統中的(de)(de)某一個物理量穩定在預期(qi)的(de)(de)目(mu)標(biao)(biao)(biao)值上，變頻(pin)(pin)器(qi)的(de)(de)PID功能(neng)電路將反饋(kui)信(xin)號(hao)與目(mu)標(biao)(biao)(biao)信(xin)號(hao)不斷地(di)進行比(bi)較(jiao)，并根(gen)據比(bi)較(jiao)結果來實(shi)時地(di)調整(zheng)輸(shu)出頻(pin)(pin)率和(he)電動機的(de)(de)轉速。所(suo)以，變頻(pin)(pin)器(qi)的(de)(de)PID控制至少需要兩(liang)種控制信(xin)號(hao)：目(mu)標(biao)(biao)(biao)信(xin)號(hao)和(he)反饋(kui)信(xin)號(hao)。這里所(suo)說的(de)(de)目(mu)標(biao)(biao)(biao)信(xin)號(hao)是某物理量預期(qi)穩定值所(suo)對應(ying)的(de)(de)電信(xin)號(hao)，亦稱目(mu)標(biao)(biao)(biao)值或給定值；而該(gai)物理量通(tong)過傳感器(qi)測量到的(de)(de)實(shi)際值對應(ying)的(de)(de)電信(xin)號(hao)稱為(wei)反饋(kui)信(xin)號(hao)，亦稱反饋(kui)量或當前值。
將(jiang)目標(biao)值(目標(biao)信(xin)號(hao))的(de)命令(ling)信(xin)息傳送給(gei)變(bian)(bian)頻器(qi)，各種變(bian)(bian)頻器(qi)選擇了不同的(de)方(fang)法(fa)，而(er)歸結(jie)起來大體上有(you)如下兩(liang)種方(fang)案：一是(shi)自(zi)動轉換法(fa)，即(ji)變(bian)(bian)頻器(qi)預(yu)置PID功能有(you)效時，其開環運行(xing)時的(de)頻率給(gei)定功能自(zi)動轉為目標(biao)值給(gei)定。
由于目(mu)(mu)(mu)標(biao)信(xin)號和(he)反饋信(xin)號通常不(bu)是(shi)同一種物理量(liang)(liang)。難以進行(xing)直接(jie)比較(jiao)，所以，大(da)多(duo)數(shu)變(bian)頻器(qi)(qi)的目(mu)(mu)(mu)標(biao)信(xin)號都用傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)量(liang)(liang)程(cheng)(cheng)的百(bai)分數(shu)來表示(shi)。例如，某儲氣罐的空氣壓(ya)力(li)要求穩定(ding)(ding)在1.2MPa，壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)的量(liang)(liang)程(cheng)(cheng)為(wei)(wei)(wei)2MPa，則與(yu)(yu)1.2MPa 對應的百(bai)分數(shu)為(wei)(wei)(wei)60％，目(mu)(mu)(mu)標(biao)值(zhi)就是(shi)60％。而有的變(bian)頻器(qi)(qi)的參數(shu)列表中，有與(yu)(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)量(liang)(liang)程(cheng)(cheng)上下限值(zhi)對應的參數(shu)。例如富士(shi)P11S變(bian)頻器(qi)(qi)，將(jiang)參數(shu)E40(顯示(shi)系(xi)數(shu)A)設(she)為(wei)(wei)(wei)2，即壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)的量(liang)(liang)程(cheng)(cheng)上限2MPa；參數(shu)E41(顯示(shi)系(xi)數(shu)B)設(she)為(wei)(wei)(wei)0，即量(liang)(liang)程(cheng)(cheng)下限為(wei)(wei)(wei)0，則目(mu)(mu)(mu)標(biao)值(zhi)為(wei)(wei)(wei)1.2。即壓(ya)力(li)穩定(ding)(ding)值(zhi)為(wei)(wei)(wei)1.2MPa。目(mu)(mu)(mu)標(biao)值(zhi)即是(shi)預(yu)期穩定(ding)(ding)值(zhi)的絕對值(zhi)。
各種變頻器都有若(ruo)干個頻率給定(ding)(ding)輸(shu)入(ru)端(duan)，在這些輸(shu)入(ru)端(duan)子(zi)中(zhong)，如果已經(jing)確定(ding)(ding)一個為目標(biao)信號(hao)(hao)的(de)(de)(de)輸(shu)入(ru)通道，則其他輸(shu)入(ru)端(duan)子(zi)均可(ke)作為反饋信號(hao)(hao)的(de)(de)(de)輸(shu)入(ru)端(duan)。可(ke)通過相應的(de)(de)(de)功能參(can)數選擇其中(zhong)的(de)(de)(de)一個使用(yong)。
P、I、D參數的預置(zhi)與調(diao)整(zheng)
(1) 比例增(zeng)益(yi)P
變頻器的(de)PID功能是利用目(mu)(mu)標(biao)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)和反(fan)饋(kui)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)的(de)差(cha)值(zhi)來調(diao)節(jie)輸出頻率的(de)，一(yi)(yi)方(fang)面，我(wo)們希(xi)望(wang)(wang)目(mu)(mu)標(biao)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)和反(fan)饋(kui)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)無限接近，即差(cha)值(zhi)很(hen)小，從而滿足(zu)調(diao)節(jie)的(de)精度(du)：另一(yi)(yi)方(fang)面，我(wo)們又希(xi)望(wang)(wang)調(diao)節(jie)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)具有一(yi)(yi)定的(de)幅度(du)，以保證(zheng)調(diao)節(jie)的(de)靈(ling)敏度(du)。解決這一(yi)(yi)矛盾的(de)方(fang)法就是事先將差(cha)值(zhi)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)進行(xing)放(fang)大(da)(da)。比例增益P是用來設置(zhi)差(cha)值(zhi)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)的(de)放(fang)大(da)(da)系數(shu)的(de)。任何一(yi)(yi)種變頻器的(de)參(can)數(shu)P都給出一(yi)(yi)個(ge)可設置(zhi)的(de)數(shu)值(zhi)范圍，一(yi)(yi)般在初次調(diao)試(shi)時(shi)，P可按中間偏大(da)(da)值(zhi)預置(zhi)或者暫(zan)時(shi)默認出廠值(zhi)，待設備(bei)運轉時(shi)再(zai)按實際情況細(xi)調(diao)。
(2) 積分時間(jian)Ｉ
如上所述，比例增(zeng)益P越(yue)大(da)，調(diao)節靈敏度越(yue)高(gao)，但由于傳動系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)和控制電(dian)路都有慣性(xing)，調(diao)節結果達到最佳時不能(neng)立即停止(zhi)(zhi)，導致“超調(diao)”，然后反(fan)過來調(diao)整(zheng)，再次超調(diao)，形(xing)成振(zhen)蕩(dang)。為(wei)此引入(ru)積(ji)分(fen)環節I，使(shi)經(jing)過比例增(zeng)益P放大(da)后的(de)差值(zhi)信(xin)(xin)號(hao)在積(ji)分(fen)時間內(nei)逐漸增(zeng)大(da)(或減(jian)(jian)小)，從而減(jian)(jian)緩其變(bian)化(hua)速(su)度，防止(zhi)(zhi)振(zhen)蕩(dang)。但積(ji)分(fen)時間I太長，又會當反(fan)饋信(xin)(xin)號(hao)急劇(ju)變(bian)化(hua)時，被(bei)控物理量難以迅速(su)恢復。因此，I的(de)取值(zhi)與拖動系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)時間常(chang)數(shu)有關：拖動系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)時間常(chang)數(shu)較(jiao)小時，積(ji)分(fen)時間應(ying)(ying)短些；拖動系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)時間常(chang)數(shu)較(jiao)大(da)時，積(ji)分(fen)時間應(ying)(ying)長些。
(3) 微分時間D
微分(fen)時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)D是根據(ju)差(cha)值信號變化的(de)速率，提前給(gei)出一個相應(ying)的(de)調節(jie)(jie)動(dong)作，從而(er)(er)縮(suo)短(duan)了(le)調節(jie)(jie)時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)，克服因積分(fen)時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)過長而(er)(er)使恢(hui)復滯后的(de)缺(que)陷。D的(de)取值也與拖動(dong)系統(tong)的(de)時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)常數有關：拖動(dong)系統(tong)的(de)時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)常數較小時(shi)(shi)(shi)(shi)，微分(fen)時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)應(ying)短(duan)些；反之，拖動(dong)系統(tong)的(de)時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)常數較大時(shi)(shi)(shi)(shi)，微分(fen)時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)應(ying)長些。
(4) P、I、D參數的(de)調整原則
P、I、D參數(shu)的預置(zhi)是相(xiang)(xiang)輔相(xiang)(xiang)成的，運(yun)行現場應根據(ju)實際情況進行如(ru)下細(xi)調：被控物理量在目標值附近振蕩，首(shou)先加大(da)積分時(shi)間(jian)I，如(ru)仍有振蕩，可(ke)(ke)適當減小(xiao)比例增(zeng)益(yi)P。被控物理量在發生變(bian)化后難以(yi)恢復，首(shou)先加大(da)比例增(zeng)益(yi)P，如(ru)果恢復仍較緩慢，可(ke)(ke)適當減小(xiao)積分時(shi)間(jian)I，還(huan)可(ke)(ke)加大(da)微分時(shi)間(jian)D。
5 單(dan)片機應用系統的測試
5.1 仿真器選擇(ze)
本系(xi)統選用ME-52單片機仿(fang)(fang)真開發系(xi)統，它實時(shi)仿(fang)(fang)真頻率高達33MHz，提供2～24MHz的(de)(de)時(shi)鐘信號。同時(shi)它提供64KB程(cheng)序代(dai)碼存(cun)儲器(qi)，支(zhi)持仿(fang)(fang)真所有(you)程(cheng)序和(he)數據地地址(zhi)空間，支(zhi)持Franklin V3.XX／Kiel6.xx編(bian)譯連接工具。具有(you)分別(bie)獨(du)立控制(zhi)項目(mu)文(wen)件的(de)(de)項目(mu)管理器(qi)。另外具有(you)VC++風格的(de)(de)窗口(kou)駐留(liu)，窗口(kou)動態(tai)切分和(he)工作簿模式窗口(kou)界面。
5.2 仿真(zhen)調試
仿(fang)(fang)(fang)(fang)真(zhen)(zhen)調(diao)試階(jie)段，采用(yong)“自底向上逐(zhu)(zhu)步(bu)集(ji)成(cheng)”的(de)策略(lve)，逐(zhu)(zhu)模(mo)(mo)塊(kuai)進(jin)行(xing)仿(fang)(fang)(fang)(fang)真(zhen)(zhen)測(ce)(ce)試，在此(ci)基礎上逐(zhu)(zhu)步(bu)集(ji)成(cheng)。譬如可先仿(fang)(fang)(fang)(fang)真(zhen)(zhen)顯示模(mo)(mo)塊(kuai)、測(ce)(ce)溫子(zi)模(mo)(mo)塊(kuai)、測(ce)(ce)濕度子(zi)模(mo)(mo)塊(kuai)等，然后將仿(fang)(fang)(fang)(fang)真(zhen)(zhen)成(cheng)功(gong)的(de)模(mo)(mo)塊(kuai)逐(zhu)(zhu)個(ge)加(jia)入主程序進(jin)行(xing)仿(fang)(fang)(fang)(fang)真(zhen)(zhen)，在仿(fang)(fang)(fang)(fang)真(zhen)(zhen)過程中(zhong)發現(xian)錯誤(wu)，采用(yong)“分塊(kuai)壓縮(suo)策略(lve)”快速(su)找到并(bing)改正錯誤(wu)。在集(ji)成(cheng)過程中(zhong)出現(xian)的(de)問(wen)題，大(da)(da)多(duo)是(shi)由于(yu)(yu)模(mo)(mo)塊(kuai)間資(zi)源使(shi)用(yong)沖(chong)突引(yin)起的(de)。當軟(ruan)件模(mo)(mo)塊(kuai)仿(fang)(fang)(fang)(fang)真(zhen)(zhen)成(cheng)功(gong)后，可與硬件一起進(jin)行(xing)在線(xian)(xian)仿(fang)(fang)(fang)(fang)真(zhen)(zhen)，此(ci)時在調(diao)試中(zhong)出現(xian)的(de)問(wen)題大(da)(da)多(duo)是(shi)由于(yu)(yu)連接(jie)(jie)線(xian)(xian)連接(jie)(jie)錯誤(wu)、虛(xu)焊、布線(xian)(xian)不合(he)理等一些原因(yin)造成(cheng)的(de)。隨著電子(zi)技術的(de)廣泛應用(yong)，智能控制必將成(cheng)為一種發展趨勢，本(ben)設計(ji)提出利(li)用(yong)單片(pian)機(ji)(ji)和新型傳感器對高樓恒(heng)壓供水的(de)壓力環境進(jin)行(xing)測(ce)(ce)試，目(mu)前原型機(ji)(ji)已取得成(cheng)功(gong)。調(diao)試結果表明，本(ben)系統(tong)可靠(kao)性高、使(shi)用(yong)方便。
6 結 論
以AT89C51CPU為核(he)心的變頻(pin)調速恒壓供水控(kong)制系統(tong)，控(kong)制靈活，調速方便，且節水節電效果顯(xian)著(zhu)。同(tong)時(shi)，消除(chu)了原有(you)系統(tong)供水管(guan)網經常出現的超壓現象，有(you)利于減小管(guan)網、閥門(men)等(deng)損壞的可能(neng)性(xing)，延長(chang)供水管(guan)網的壽(shou)命，在生產(chan)中(zhong)有(you)很廣泛的推廣價值。
整(zheng)個系統(tong)(tong)的設計以單(dan)片機(ji)為核心，實(shi)現對壓(ya)力(li)的采樣、處理及控(kong)(kong)制。本系統(tong)(tong)運行(xing)穩定、工作(zuo)精度高，且通過鍵盤可(ke)以方便地進(jin)行(xing)參數修(xiu)改，真正達到對高樓恒壓(ya)供(gong)水的智能控(kong)(kong)制。
