4 PID參數(shù)整定儀的軟件設計

　　4.1 PID參數(shù)整定儀主要程序模塊

　　在工程實際應用中，不僅需要完成硬件的相關(guān)設計與測試，還必須根據(jù)需要進行軟件的設計和調(diào)試工作，所以在設計出符合要求的硬件電路的基礎(chǔ)上，還要進行軟件系統(tǒng)的設計和調(diào)試。本控制器軟件部分主要包括以下程序模塊。

　　(1)系統(tǒng)的初始程序模塊。用來進行系統(tǒng)的初始化，包括設定初始狀態(tài)值和參數(shù)，確定A/D初始工作參數(shù)，檢測主電路是否上電和是否允許系統(tǒng)啟動運行等等。

　　(2)鍵盤掃描程序模塊。讀取鍵盤輸入值，包括PID初始設定值、系統(tǒng)設定值及采樣時間等等。

　　(3)采樣程序模塊。用來對信號進行采樣，采樣過程要進行濾波，減少噪聲干擾對采樣數(shù)據(jù)的影響，最后檢測采集的數(shù)據(jù)是否包含了對象足夠多的信息，清除不合格的采樣數(shù)據(jù)，保證所采樣數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

　　(4)模型辨識模塊。根據(jù)采樣數(shù)據(jù)采用相關(guān)系數(shù)辨識法辨識出系統(tǒng)的數(shù)學模型，使辨識的模型與原模型有較好的線性相關(guān)度。

　　(5)參數(shù)整定模塊。根據(jù)辨識出的系統(tǒng)模型采用相關(guān)的整定算法計算出新的PID參數(shù)值。

　　(6)LCD模塊。將相關(guān)的數(shù)據(jù)，像設定值、整定模式以及PID的參數(shù)值等，顯示在液晶屏上。

　　整個系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

　　上面模塊還要進行詳細劃分，每個模塊之間的耦合很少，這樣就可以獨立編程、調(diào)試，提高了軟件開發(fā)的模塊性。

　　4.2 PID參數(shù)整定儀的總體工作流程

　　圖5是自整定控制器的工作流程圖，用戶輸入設定值，然后對過程的輸入量u和輸出量y進行采樣。對采樣的數(shù)據(jù)進行處理，并計算出最佳的PID參數(shù)整定值。整定具體過程如下：

　　(1)通過控制面板設定采樣時間及設定值以進行采樣。

　　(2)將采集的數(shù)據(jù)處理后得到辨識所需要的10～20個點。

　　(3)運用基于頻域的模型辨識算法對系統(tǒng)進行辨識，得到系統(tǒng)的模型。

　　(4)根據(jù)模型采用相應的辨識算法計算PID參數(shù)值。

　　(5)在LCD上顯示新的PID參數(shù)。

5 小結(jié)

　　介紹了本參數(shù)整定儀的各功能模塊，并且進行了硬件及軟件設計。此整定儀集單變量和雙變量整定功能于一身，適合于任何使用PID控制器的場合，不過只有在過程獲得平衡狀態(tài)時辨識方法才可使用。此整定儀整定出的PID參數(shù)在LCD上顯示。工作人員只需將整定出的新參數(shù)在系統(tǒng)中進行設置。此過程簡單實用，方便工作人員操作，并且由于設計小巧，便于工作人員隨身攜帶。