专利名称：一种pid自整定控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及控制器领域，尤其涉及一种PID控制器。
背景技术：
随着现代过程工业生产的发展，控制回路日益增多，简单PID控制已经不能很好地适应对象系统特性变化时的最佳控制要求，而人工调整参数在控制精度和调整频度上均不可能满足时时变化的对象系统的控制要求，目前已有的多种具有PID参数自整定功能的智能控制器大多整定过程复杂并对实际控制过程有影响。
发明内容为了解决PID参数自整定功能的智能控制器大多整定复杂并对实际控制过程有影响的问题，本实用新型提供了一种PID自整定控制器。本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是一种PID自整定控制器，由开关电源电路、模拟量输入信号采集与转换电路、多路选择器、差动信号放大电路、A/D转换电路、光耦隔离电路、单片机、D/A转换电路、输出驱动电路和通讯电路组成，开关电源电路与模拟量输入信号采集与转换电路、单片机和通讯电路连接，模拟量输入信号采集与转换电路输出端与多路选择器输入端连接、多路选择器输出端与差动信号放大电路输入端连接、 差动信号放大电路输出端与和A/D转换电路输入端连接，A/D转换电路输出端经光耦隔离电路与单片机输入端连接，单片机输出端经光耦隔离电路与多路选择器、D/A转换电路、输出驱动电路和通讯电路连接。所述通讯电路为RS485通讯电路。所述开关电源电路包括PWM调制电路、推挽电路、变压器和全桥整流电路，PWM调制电路输入端与推挽电路输入端连接，推挽电路与变压器输入端连接，变压器输出端与全桥整流电路连接。本实用新型的PID自整定控制器，整个自整定过程由单片机控制完成，无需系统开环运行，稳定可靠；实时采集的数据和控制器系统参数都可通过RS485接口及标准的 Modbus协议在上位机进行画面显示；自整定结束之后若控制效果不理想还可通过上位机调试界面在线调节PID三个参数的值，直到满足控制要求为止；同时该控制器体积小，成本低，可广泛应用于过程工业自动控制领域。
图1是本实用新型PID自整定控制器的电路原理框图。图2是本实用新型本实用新型PID自整定控制器的开关电源电路原理图。图3是本实用新型本实用新型PID自整定控制器的热电阻测量电路图。
具体实施方式
[0011]本实用型的PID自整定控制器的电路原理如图1所示，由开关电源电路、模拟量输入信号采集与转换电路、多路选择器、差动信号放大电路、A/D转换电路、光耦隔离电路、单片机、D/A转换电路、输出驱动电路和通讯电路组成，开关电源电路与模拟量输入信号采集与转换电路、单片机和通讯电路连接，模拟量输入信号采集与转换电路输出端与多路选择器输入端连接、多路选择器输出端与差动信号放大电路输入端连接、差动信号放大电路输出端与和A/D转换电路输入端连接，A/D转换电路输出端经光耦隔离电路与单片机输入端连接，单片机输出端经光耦隔离电路与多路选择器、D/A转换电路、输出驱动电路和通讯电路连接。PID控制器以AVR单片机为核心，完成对8路模拟量信号采集，2路4_20mA电流信号输出，2路PWM控制信号输出和1路RS485通讯电路串行通信接口的控制。模拟量输入信号采集与转换电路能够对多种传感器进行信号采集，包括热电阻、热电偶、标准4-20mA和 1-5V信号，当外接热电偶时还需要有一路作为冷端温度补偿信号输入。外接传感器的类型可由单片机内部的软件进行选择。模拟量信号输入之后经过多路选择器和具有高共模抑制比的差动放大电路放大30倍之后进行A/D转换，并将转换之后的数字量送入单片机。单片机程序对采样值进行线性化处理，然后与设定值进行比较，并根据误差进行PID运算，控制 4-20mA电流或PWM脉冲信号的输出。RS485通讯电路可用于与上位机进行实时通信。开关电源电路如图2所示，供电电源部分需要三组相互隔离的输出，一路共地的 +5V和-5V电源给模拟量采集部分供电，一路+5V给单片机部分供电，另一路+5V给RS485 通讯电路供电。输出的控制信号则采用外部24V输入电压进行驱动，采用隔离型推挽电路产生所需要的电压。外部输入的+24V电压经过LM2576稳定在+5V，用于给PWM调制电路部分的芯片和推挽电路供电。调制电路输出具有死区，且相位差为180°的两路方波信号， 分别控制推挽电路中的两个开关管si和s2交替导通，从而使变压器的初级线圈中产生交变的电流。控制信号的频率为125KHZ，占空比为7:16，这样在两个开关管si和s2交替导通间便存在0. 5ms死区，避免了同时导通的情况。变压器次级使用SPX1117进行线性稳压。 SPXl 117是一种低压差的正向电压调节器，具有很低的静态电流，在满负载时其低压差仅为 1. IV。其输出经过IOOmF铝电解电容和0. ImF陶瓷电容滤波之后便能产生纹波很小的电压。 对于-5V电压，由于其输出功率很小，因此使用稳压管稳压便可满足设计要求。模拟输入信号采集与转换电路中的热电阻测量电路如图3所示，对于外接热电阻传感器，采用三线制接法，通过不平衡电桥将电阻值的变化转化为电压值。图中Rt为外接的PT100等热电阻传感器，R4、R5和TVS1、TVS2 (瞬态抑制二极管)组成输入保护电路，当输入误加上百伏高压时，不会损坏控制器。热电偶传感器输入为毫伏信号，可直接通过上述保护电路输入到多路选择器。对于1-5V电压信号输入，由于模拟开关和A/D转换器的输入电压范围限制，需要将上述保护电路改为信号衰减电路，对其进行100倍衰减。而对于4-20mA 电流信号还需要先通过200 Ω电阻转化为电压之后再进行衰减。最后得到的电压信号经电容滤波之后送入多路选择器⑶4052，由单片机控制对哪一路信号进行采样。每片⑶4052都预留一路接入电源地信号，作为校零输入，用以在程序中抵消系统的时漂和温漂[7]。输入信号经过具有高共模抑制比的差分放大电路放大，并再次滤波之后送入ICL7135进行A/D转换，转换之后的数字量以B⑶码的形式送入单片机。ICL7135为双斜积分式A/D转换器，具有14位分辨率，使用500ΚΗζ时钟频率时转换周期为80ms，为工频周期的整数倍，因此能够有效地抑制共模干扰。 控制器可以输出两种形式的控制信号，分别为4_20mA电流信号和周期和占空比均可调的PWM信号。4-20mA电流输出部分采用10位D/A转换芯片MAX504，其输出的 0-2.048￥电压通过100 0精密电阻转换为电流信号，然后应用三极管进行电流驱动。PWM 输出通道产生的方波信号经达林顿阵列输出驱动芯片UL拟803进行驱动之后可用于控制继电器的开通和断开。串行通讯接口采用主从结构形式的RS485平衡差分电路，工作于半双工方式，由美芯公司生产的MAX485芯片进行TTL电平和RS485电平之间的转换，同时信号输出线上使用了可恢复保险丝和TVS进行保护。为了直观地显示通信状态，采用双色发光二极管进行指示，绿灯亮表示单片机接收信号，红灯亮表示单片机发送信号。
权利要求1.一种PID自整定控制器，其特征在于由开关电源电路、模拟量输入信号采集与转换电路、多路选择器、差动信号放大电路、A/D转换电路、光耦隔离电路、单片机、D/A转换电路、输出驱动电路和通讯电路组成，开关电源电路与模拟量输入信号采集与转换电路、单片机和通讯电路连接，模拟量输入信号采集与转换电路输出端与多路选择器输入端连接、多路选择器输出端与差动信号放大电路输入端连接、差动信号放大电路输出端与和A/D转换电路输入端连接，A/D转换电路输出端经光耦隔离电路与单片机输入端连接，单片机输出端经光耦隔离电路与多路选择器、D/A转换电路、输出驱动电路和通讯电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种PID自整定控制器，其特征在于所述开关电源电路包括PWM调制电路、推挽电路、变压器和全桥整流电路，PWM调制电路输入端与推挽电路输入端连接，推挽电路与变压器输入端连接，变压器输出端与全桥整流电路连接。
3.根据权利要求1所述的一种PID自整定控制器，其特征在于所述通讯电路为RS485 通讯电路。
专利摘要一种PID自整定控制器，由开关电源电路、模拟量输入信号采集与转换电路、多路选择器、差动信号放大电路、A/D转换电路、光耦隔离电路、单片机、D/A转换电路、输出驱动电路和通讯电路组成，开关电源电路包括PWM调制电路、推挽电路、变压器和全桥整流电路。本实用新型的PID自整定控制器，整个自整定过程由单片机控制完成，无需系统开环运行，稳定可靠；实时采集的数据和控制器系统参数都可通过RS485接口及标准的Modbus协议在上位机进行画面显示；自整定结束之后若控制效果不理想还可通过上位机调试界面在线调节PID三个参数的值，直到满足控制要求为止；同时该控制器体积小，成本低，可广泛应用于过程工业自动控制领域。
文档编号G05B11/42GK201993599SQ201120082249
公开日2011年9月28日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者孟祥阳, 王春华 申请人:大连经济技术开发区山海电子有限公司