PID和仿人控制,孰优孰劣？300-1000控温精度+-1度，最高超调2度

xukaiming · 发表于 2012-6-30 11:11:19

硬件：
1。用可控硅控制4.5KW电炉用K型热电偶采集温度，采用cs1242做温度转换，可以到正负一度的精度

实验目标：
在300度到1000度内可对任意设定的温度恒温，精度先做到+/-1度吧

基本的控制实现方法：
因为是对加热的炉子温度进行控制，属于滞后效应系统，所以采样周期先定为2秒（这里指的是PID计算的周期，注意我的温度采样是实时的），所以CPU外部中断次数为15次/S，对应的功率计算结果输出为0~255，就是说把这2秒钟划分为255等份，根据计算的结果来决定在这2秒钟内应该加热多少等份

/******************************************************************************
FILE:    FUZZY.C
POPURSE:
WRITER:    Xukaiming
DATE:    2007.03.08
******************************************************************************/
#include "main.h"
#include "task.h"
#include "fuzzy.h"
#include "ied_ctrl.h"
#include "math.h"
#include "x5043.h"
#include "manctrl.h"

#define ERRORCNT  9 //误差记录
#define DERRORCNT 10 //误差变化率记录
//#define DOOROPENSPEED  -15L //开门时的升温速度,如果低于此温度,认为电阻丝的热量完全散发出来或者开门升温
xdata long DOOROPENSPEED =  - 15L;
#define MAXNEGINTERG (-200L*KI/Ki)
extern code unsigned int K_Temp_Tab[];
typedef struct AI_CONTROL
{
  long gDest; //目标温度的AD值
  long CTEMP; //开始控制温度

  long Error[ERRORCNT]; //偏差
  long dErr[DERRORCNT]; //偏差变化率
  long ECSUM; //10S内的偏差变化率之和
  long SumErrLimit; //加热初值

  long PreviewOut;
  long du;
  long DoorOpenValue; //保存炉子门状态
  char LowSpeedCnt;
  unsigned int iDestTemp; //目标温度值
};

#define Kp 15            //输出变量u比例因子
#define Ki 1/10 //衰减系数;
#define KI 15

//Kp 变小的时候 ki要变大
xdata struct AI_CONTROL Ai_CTRL;
void TaskFuzzy(void)
{
  char cnt;
  _nop_();

  if (IED.lADTemp > MAX_TEMP)
  //超温保护
  {
SetPWM(PWM_PITCED);
return ;
  }
  //求偏差
  for (cnt = ERRORCNT - 1; cnt > 0; cnt--)
  {
Ai_CTRL.Error[cnt] = Ai_CTRL.Error[cnt - 1];
  } //保存上次偏差值
  Ai_CTRL.Error[0] = (long)(((Ai_CTRL.gDest - IED.lADTemp) / KC));
  for (cnt = DERRORCNT - 1; cnt > 0; cnt--)
  {
Ai_CTRL.dErr[cnt] = Ai_CTRL.dErr[cnt - 1];
  } //保存上次偏差率值
  Ai_CTRL.dErr[0] = Ai_CTRL.Error[0] - Ai_CTRL.Error[1]; //计算偏差变化率
  Ai_CTRL.ECSUM = Ai_CTRL.dErr[0] + Ai_CTRL.dErr[1] + Ai_CTRL.dErr[2] +
Ai_CTRL.dErr[3] + Ai_CTRL.dErr[4]; //10s的温升速率    =iol
  if (Ai_CTRL.Error[0] < Ai_CTRL.CTEMP)
  {

if (((Ai_CTRL.Error[0] *Ai_CTRL.dErr[0]) > 0) || ((Ai_CTRL.Error[0] == 0)
   && (Ai_CTRL.dErr[0] != 0)))
//误差变大的情况
{
   Ai_CTRL.SumErrLimit += Ai_CTRL.Error[0]; //误差变大的时候,求积分
   if (Ai_CTRL.SumErrLimit < MAXNEGINTERG)
   //限幅,如果超过负的最大值, 保持为负的最大值
      Ai_CTRL.SumErrLimit = MAXNEGINTERG;
   ////////////////////////////////////////////////////////////
   Ai_CTRL.du = Ai_CTRL.Error[0] *Kp + Ai_CTRL.SumErrLimit * Ki / KI * Kp;
      //增益抑制模式                            //
}
else
//开环保持模式
{
   if (((Ai_CTRL.Error[0] *Ai_CTRL.dErr[0]) < 0) || (Ai_CTRL.dErr[0] == 0))
   //误差变小的情况
   {
      Ai_CTRL.du = Ai_CTRL.SumErrLimit * Ki / KI * Kp;
   }
   else
   {
      Ai_CTRL.du = Ai_CTRL.PreviewOut;
   }
}
  }
  else
Ai_CTRL.du = PWM_PERIOD;
  //升温

  if (Ai_CTRL.du < 0)
Ai_CTRL.du = 0;
  if (Ai_CTRL.du > PWM_PERIOD)
Ai_CTRL.du = PWM_PERIOD;

  #ifdef _DEBUG
printf("%ld,", Ai_CTRL.CTEMP);
printf("%ld,%ld,", Ai_CTRL.Error[0], Ai_CTRL.dErr[0]);
printf("%ld,%ld,%d\n", Ai_CTRL.ECSUM, Ai_CTRL.SumErrLimit, (int)Ai_CTRL.du);
  #endif
  SetPWM((unsigned char)Ai_CTRL.du);
  //保存上次输出
  Ai_CTRL.PreviewOut = Ai_CTRL.du;

}

//functions prototype
/************************************************************************
仿人智能控制器//Humanoid Intelligent Controller
************************************************************************/

/*******************************************************************
模糊控制数据变量
********************************************************************/
void InitFuzzy(void)
{
  Ai_CTRL.DoorOpenValue = 0; //  重新统计升温速度
  Ai_CTRL.LowSpeedCnt = 0;
  SetPWM(PWM_PITCED);
}

/*********************************************************************
启动高温炉
**********************************************************************/
void CtrlStove(UCHAR cOpen, long lDefTemp, UCHAR cRate)
{
  xdata StableTempTab psTmpTab;
  //停止
  SuspendTask(TASK_FUZZY);
  InitFuzzy();
  if (cOpen)
  //启动
  {
Ai_CTRL.gDest = (((double)(0xFFFFFFUL << 2)) / 5000000UL)
   *K_Temp_Tab[lDefTemp] + 20; //将目标温度值转换为 AD值
Ai_CTRL.CTEMP = (1010L - lDefTemp); //控温范围
ActiveTask(TASK_FUZZY, PWM_SCAN);
  }
}

/**********************************************************************
设置PWM，PWM0控制高温炉
16MHz时，T=2*512/16=64uS,F=42.666KHz，计数周期=256，占空比=0%--99.61%
***********************************************************************/
sbit POUT = P1 ^ 3;
char gcPoutTimer =  - 1;

void StopPOut()
{
  POUT = 1;
}

void SetPWM(UCHAR cPeriod)
{
  /*
  CMOD  = 0x00; // Setup PCA timer
  // Configure PCA0 Counter operating mode
  CCAP0L=CCAP0H=cPeriod; // Set duty for TCM0
  CCON  =0x40;
  CCAPM0=0x42; // Set TCM0 operationg mode
*/
  long period;
  StopTimer(&gcPoutTimer);
  POUT = 1;
  period = PWM_SCAN * cPeriod / 255 / 10;
  if (period > 0)
  {
POUT = 0;
gcPoutTimer = StartTimer(TIMER_MODE_ONCEROUTINE, period, StopPOut, 0);
  }

}