基于MSP430单片机的便携式PID参数整定仪的实现

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  •     摘要:PID控制器是工业中应用最为广泛的控制器,实际工程中PID参数整定问题一直是困扰技术人员的问题之一,也一直是人们研究的热点。本文应用RGA失调因子法对基于MSP430单片机的便携式PID参数整定仪进行整定。并对便携式PID参数整定仪进行了功能分析,以MSP430 F169为核心控制单元完成了系统的软硬件设计。
    关键词:PID控制;参数整定;MSP430单片机

    0 引言
        PID控制是最常的控制策略,在工业过程控制中90%以上的控制回路具有PID结构。PID控制之所以被广泛应用主要是因为它算法简单,在实际中容易被理解和实现,而且许多高级控制都以PID控制为基础。但是由于环境的变化,使被控对象具有时变性,参数经过一段时间以后会
    出现性能欠佳、适应性变差、控制效果下降等情况。因此,寻求参数自动整定技术,以适应复杂工况及高性能指标的控制要求,是实现节能优化控制的重要手段,具有重大的工程实践意义。

    1 自整定过程原理
        本文主要研究了一种手持式的PID参数整定仪器,此整定仪具有整定单变量和双变量的双重功能,控制系统主要采用低能耗的MSP430微控制器,软件部分采用的软件开发平台是IAR MSP430 V3.42A。
        PID参数整定仪的实现不仅能够简化过程控制工程师的工作量,而且能够改善整个PID控制领域的控制性能,在能源日益紧张的今天,对于节约能源起到非常重大的作用。自整定过程如图1所示。其中过程1与过程2是两个具有耦合的过程。

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        具体过程为:整定仪提取过程的输入输出信号,然后通过过程模型计算部分计算出过程模型,将过程模型参数送给整定仪的算法整定部分,根据过程模型参数如果判断系统为单变量系统则采用幅值相位裕度法对其进行整定,如果为双变量则采用RGA失调因子法对其进行整定,最后将整定的结果显示在LCD显示屏上。

    2 PID参数整定仪的功能分析
        本文研制的便携式PID参数整定仪主要具备如下功能:
        (1)模拟信号输入。能够采样接入标准的4~20mA电流信号,方便信号的处理。今后在此基础上可以进行扩展,从而使其能够接收更多的标准信号。
        (2)模型辨识部分。设系统模型为二阶加滞后模型,采用基于频域的模型便是算法辨识出系统模型。
        (3)PID参数的计算。根据辨识的模型,运用幅值相位裕度法与RGA失调因子法完成。
        对PID控制器的自整定算法;其中幅值相位裕度法整定公式为:

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