電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽(三)-SPWM與PID

??逆變電路的控制方式主要是采用SPWM(正弦脈寬調(diào)制技術(shù))，IR2104控制開(kāi)關(guān)管的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)正弦調(diào)制，SPWM的基本思路是將一個(gè)正弦波按等寬間距分成N等份，對(duì)于每一個(gè)波形以一個(gè)等面積的脈沖來(lái)對(duì)應(yīng)，使脈沖的中點(diǎn)與相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，如下圖所示，由于此脈沖序列的面積分布滿足正弦規(guī)率，根據(jù)面積等效原理，將這個(gè)脈沖序列輸出至負(fù)載時(shí)，將使負(fù)載得到相當(dāng)接近正弦的輸出電壓和電流。

??由于采用該方式輸出的電壓波形很接近正弦波，所以電壓中的諧波成分較少，同時(shí)也可以提高功率因數(shù)。通過(guò)改變SPWM脈沖的寬度可以改變輸出電壓的幅值，調(diào)節(jié)電路的調(diào)制周期則可以改變輸出電壓的頻率，方便對(duì)負(fù)載進(jìn)行控制。

1.1  單極性正弦脈寬調(diào)制

??單極性正弦脈寬調(diào)制是以一個(gè)寬度正弦規(guī)律變化的正弦脈沖序列對(duì)應(yīng)交流輸出波形的正半周，再以一個(gè)寬度按正弦規(guī)率變換的負(fù)脈沖序列對(duì)應(yīng)交流輸出波形的負(fù)半周，這兩個(gè)脈沖序列交替作用，控制開(kāi)關(guān)器件產(chǎn)生近似于正弦波的輸出電壓波形。
??正弦脈寬調(diào)制的基本方法是將正弦波性的調(diào)制波與三角波形的載波進(jìn)行比較，通過(guò)比較正弦波形各點(diǎn)的瞬時(shí)值確定該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖寬度。單極性正弦脈寬調(diào)制使用的三角波是單極性的，在正弦調(diào)制波為正半周時(shí)三角載波是正極性的；在正弦波為負(fù)半周時(shí)三角波載波為負(fù)極性。如下圖所示。

1.2  雙極性正弦脈寬調(diào)制

??雙極性正弦脈寬調(diào)制是以一個(gè)寬度按正弦規(guī)率變化的正負(fù)雙向脈沖序列對(duì)應(yīng)交流輸出波形的整個(gè)周期，通過(guò)正向脈沖與負(fù)向脈沖寬度的差產(chǎn)生出按正弦規(guī)率變換的正半周波和負(fù)半周波。
??雙極性正弦脈寬調(diào)制使用的三角波是雙極性的，其波形的形式如下圖，通過(guò)正弦調(diào)制波與三角波比較，當(dāng)正弦調(diào)制波值大于三角波時(shí)，輸出正脈沖；而當(dāng)正弦調(diào)制波的值小于三角載波時(shí)，輸出負(fù)脈沖。如此得到的脈沖序列是正負(fù)交替的雙向脈沖序列。

1.3  三相正弦脈寬調(diào)制

??三相正弦脈寬調(diào)制可以使用三個(gè)相角彼此相差120°的單相調(diào)制電路來(lái)合成，但是這樣會(huì)使調(diào)制電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。較簡(jiǎn)單的方法是采用一個(gè)雙極性的三角載波對(duì)三相正弦調(diào)制波進(jìn)行調(diào)制，其調(diào)制的波形如下圖。
??調(diào)制過(guò)程中，雙極性三角載波為三個(gè)正弦調(diào)制波共用，分別進(jìn)行比較后獲取脈寬調(diào)制信號(hào)，方式與雙極性正弦脈寬調(diào)制方法相同。從而得到三個(gè)雙向的脈沖序列，分別對(duì)應(yīng)A、B、C三相，使用此三個(gè)脈沖序列控制逆變電路的A、B、C三相開(kāi)關(guān)元件，可以將直流電壓逆變?yōu)檎也ǖ娜嘟涣鬏敵鲭妷骸?br>

1.4  SPWM控制信號(hào)的生成

??早期的SPWM采用模擬控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生所需的信號(hào)，由比較器進(jìn)行信號(hào)之間的比較，隨著數(shù)字技術(shù)和微處理器在SPWM逆變技術(shù)中的應(yīng)用，采用一定算法產(chǎn)生SPWM的數(shù)字控制方式越來(lái)越廣泛。

1.4.1  模擬控制方式

??波形比較法，其基本的方法是由正弦信號(hào)發(fā)生器件產(chǎn)生正弦調(diào)制波，由三角波信號(hào)發(fā)發(fā)生器產(chǎn)生的三角載波，將正弦調(diào)制波與三角載波比較，通過(guò)比較器的判斷而產(chǎn)生出對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)序列，對(duì)逆變電路進(jìn)行控制從而得到所需的交流電壓。

1.4.2  數(shù)字控制方式

（1）等效面積法
??其原理就是按面積等效原理構(gòu)成與正弦波等效的一系列等幅但寬度按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖。等效面積法適用于單極性控制，算法中計(jì)算的是正弦波形到橫軸間的面積，這與模擬控制方式中的單極性正弦脈沖調(diào)制的方式一致。
（2）自然采樣法與規(guī)則采樣法
??自然采樣法在算法上仿真模擬控制方式的雙極性正弦脈沖調(diào)制，通過(guò)計(jì)算正弦調(diào)制波與三角載波的交點(diǎn)位置，確定調(diào)制的脈沖寬度。而規(guī)則采樣法是對(duì)自然采樣法的簡(jiǎn)化，其幾何關(guān)系如下圖。

1.5.SPWM軟件生成

利用單片機(jī)輸出PWM波，然后讓占空比正弦規(guī)律變化。
實(shí)現(xiàn)步驟可以簡(jiǎn)單分為三步，以stm32為例：
（1）生成載波。比如要生成一個(gè)10KHZ的三角波，將計(jì)數(shù)器設(shè)置加減計(jì)數(shù)、周期設(shè)為1/10K就ok啦。這樣生成的三角波的幅值是多少呀，3.3V？其實(shí)在單片機(jī)里面都是數(shù)字信號(hào)，三角波最高點(diǎn)的時(shí)候可以用一個(gè)計(jì)數(shù)值來(lái)表示，比如8400，最低點(diǎn)是0。不用管他的電壓是多少。
（2）生成正弦波。這一步用軟件生成一個(gè)正弦表即可。比如將正弦波取200個(gè)點(diǎn)，即將一個(gè)正弦分割成200份，每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)幅值。用離散的數(shù)字量表達(dá)正弦模擬量。
（3）將正弦波和三角波進(jìn)行比較。
a.什么時(shí)候進(jìn)行比較。設(shè)置計(jì)數(shù)值達(dá)到比較值產(chǎn)生動(dòng)作。
b.比較完之后，需要改變比較值，用于下一個(gè)周期進(jìn)行比較（比較值可以理解為占空比），比較值查正弦表獲得，這樣就生成了占空比正弦規(guī)律變化的SPWM。
C.調(diào)制度m。m=正弦表最大值/三角波最大計(jì)數(shù)值。如正弦表最大值4200，三角波最大計(jì)數(shù)值8400，m=4200/8400=0.5，此時(shí)spwm最大占空比為50%，設(shè)置m=1，spwm最大占空比為100%。

    例如我們要生成一個(gè)開(kāi)環(huán)的三相spwm。單相逆變需生成兩組相差180度的spwm，三相即生成三組兩兩相差120度的spwm，且每組的spwm都是互補(bǔ)的。將生成的三組spwm分別加到1、2、3組橋臂，每組spwm互補(bǔ)防止了同一橋臂上下管同時(shí)導(dǎo)通會(huì)引起短路。

int const talab[250]=
{
 100 , 102 , 108 , 116 , 126 , 140 , 154 , 172 , 194 , 216 ,
 242 , 270 , 300 , 334 , 370 , 408 , 448 , 490 , 536 , 582 ,
 632 , 684 , 738 , 794 , 854 , 914 , 976 ,1040 ,1108 ,1176 ,
1246 ,1320 ,1394 ,1470 ,1548 ,1626 ,1708 ,1790 ,1874 ,1960 ,
2046 ,2136 ,2224 ,2316 ,2408 ,2502 ,2596 ,2690 ,2786 ,2884 ,
2982 ,3080 ,3180 ,3280 ,3382 ,3482 ,3584 ,3686 ,3788 ,3892 ,
3994 ,4096 ,4200 ,4304 ,4406 ,4508 ,4612 ,4714 ,4816 ,4918 ,
5018 ,5120 ,5220 ,5320 ,5418 ,5516 ,5614 ,5710 ,5804 ,5898 ,
5992 ,6084 ,6176 ,6264 ,6354 ,6440 ,6526 ,6610 ,6692 ,6774 ,
6852 ,6930 ,7006 ,7080 ,7154 ,7224 ,7292 ,7360 ,7424 ,7486 ,
7546 ,7606 ,7662 ,7716 ,7768 ,7818 ,7864 ,7910 ,7952 ,7992 ,
8030 ,8066 ,8100 ,8130 ,8158 ,8184 ,8206 ,8228 ,8246 ,8260 ,
8274 ,8284 ,8292 ,8298 ,8300 ,8300 ,8298 ,8292 ,8284 ,8274 ,
8260 ,8246 ,8228 ,8206 ,8184 ,8158 ,8130 ,8100 ,8066 ,8030 ,
7992 ,7952 ,7910 ,7864 ,7818 ,7768 ,7716 ,7662 ,7606 ,7546 ,
7486 ,7424 ,7360 ,7292 ,7224 ,7154 ,7080 ,7006 ,6930 ,6852 ,
6774 ,6692 ,6610 ,6526 ,6440 ,6354 ,6264 ,6176 ,6084 ,5992 ,
5898 ,5804 ,5710 ,5614 ,5516 ,5418 ,5320 ,5220 ,5120 ,5018 ,
4918 ,4816 ,4714 ,4612 ,4508 ,4406 ,4304 ,4200 ,4096 ,3994 ,
3892 ,3788 ,3686 ,3584 ,3482 ,3382 ,3280 ,3180 ,3080 ,2982 ,
2884 ,2786 ,2690 ,2596 ,2502 ,2408 ,2316 ,2224 ,2136 ,2046 ,
1960 ,1874 ,1790 ,1708 ,1626 ,1548 ,1470 ,1394 ,1320 ,1246 ,
1176 ,1108 ,1040 , 976 , 914 , 854 , 794 , 738 , 684 , 632 ,
 582 , 536 , 490 , 448 , 408 , 370 , 334 , 300 , 270 , 242 ,
 216 , 194 , 172 , 154 , 140 , 126 , 116 , 108 , 102 , 100 
};    

uint16_t Counter_sine1 = 0; //A相
uint16_t Counter_sine2 = 83; //滯后A相120度
uint16_t Counter_sine3 = 166;//超前A相120度
/*TIM1GPIO初始化  CH1--A8   CH2--A9   CH3--A10
CH1N-B13  CH2N-B14  CH3N-B15 
*/
void TIM1_GPIO_Config(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9| GPIO_Pin_10;  
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;       //復(fù)用推挽輸出              
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_13| GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;  
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);                                                  
}
#define CKTIM       ((u32)72000000uL)  //主頻
#define PWM_PRSC    ((u8)0)            //TIM1分頻系數(shù)
#define PWM_FREQ    ((u16) 10000)      //PWM頻率(Hz)
#define PWM_PERIOD  ((u16) (CKTIM / (u32)(2 * PWM_FREQ *(PWM_PRSC+1))))
#define MODULAT     (float)0.7           //調(diào)制度
void TIM1_Mode_Config(void)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
    TIM_BDTRInitTypeDef TIM1_BDTRInitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = PWM_PERIOD; //計(jì)數(shù)周期
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = PWM_PRSC;//分頻系數(shù)
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV2;       
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_CenterAligned1; 
    TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //配置為PWM模式1
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;  //使能CHx的PWM輸出
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;//互補(bǔ)輸出使能，使能CHxN的PWM輸出
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;                          
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;   
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;   
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;  
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Set; 
    TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);//配置CH1
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;                         
    TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); //配置CH2
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;                         
    TIM_OC3Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);//配置CH3

    //死區(qū)時(shí)間
    TIM1_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Enable; 
    TIM1_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Enable;
    TIM1_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_1;   
    TIM1_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = 360; //設(shè)置死區(qū)時(shí)間
    TIM1_BDTRInitStructure.TIM_Break = TIM_Break_Disable;        
    TIM1_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity = TIM_BreakPolarity_High;         
    TIM1_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Disable;  
    TIM_BDTRConfig(TIM1, &TIM1_BDTRInitStructure);

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //4個(gè)搶先級(jí)、4個(gè)子優(yōu)先級(jí)    
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM1_CC_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    TIM_ITConfig(TIM1,TIM_IT_CC1|TIM_IT_CC2|TIM_IT_CC3,ENABLE);  //使能中斷

    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);  //PWM輸出使能    
    TIM_Cmd(TIM1, ENABLE); //使能TIM1
}
void TIM1_PWM_Init(void)
{
    TIM1_GPIO_Config();
    TIM1_Mode_Config();
}

//定時(shí)器1中斷服務(wù)函數(shù)
void TIM1_CC_IRQHandler(void) 
{    
    if(Counter_sine1>=250)  { Counter_sine1 = 0; }
    if(Counter_sine2>=250)  { Counter_sine2 = 0; }
    if(Counter_sine3>=250)  { Counter_sine3 = 0; }
    if (TIM_GetITStatus(TIM1, TIM_IT_CC1)!=RESET)
    {
        TIM_SetCompare1(TIM1,(uint32_t)(talab[Counter_sine1])*MODULAT); //A相    
        Counter_sine1++;
        TIM_ClearITPendingBit(TIM1 , TIM_IT_CC1);
     }
    if (TIM_GetITStatus(TIM1, TIM_IT_CC2) !=RESET)
    {
        TIM_SetCompare2(TIM1,((uint32_t)talab[Counter_sine2])*MODULAT); //B相
        Counter_sine2++;
        TIM_ClearITPendingBit(TIM1 , TIM_IT_CC2);   
    }
    if (TIM_GetITStatus(TIM1, TIM_IT_CC3) !=RESET)
    {
        TIM_SetCompare3(TIM1,(uint32_t)(talab[Counter_sine3])*MODULAT); //C相
        Counter_sine3++;
        TIM_ClearITPendingBit(TIM1 , TIM_IT_CC3);   
    }
}

        TIM1設(shè)置為中央計(jì)數(shù)模式，開(kāi)啟互補(bǔ)通道，設(shè)置死區(qū)時(shí)間，死區(qū)時(shí)間是多少個(gè)時(shí)鐘計(jì)數(shù)周期，比如TIM1計(jì)數(shù)周期是72M，設(shè)置為72就是1000ns。spwm頻率設(shè)置為10k，然后TIM1每個(gè)通道的比較值達(dá)到時(shí)更新比較值。調(diào)制度m范圍為0~1,設(shè)為0.7。正弦調(diào)制波的頻率是自己設(shè)置的，方法是f=載波頻率/表中點(diǎn)數(shù)，這里設(shè)置的是載波頻率10K，取250個(gè)點(diǎn)得到的正弦頻率就是40HZ，改變載波頻率為50*250就得到了50hz的正弦波輸出。正弦表可以用取點(diǎn)工具。

2  PID算法

??在連續(xù)時(shí)間控制系統(tǒng)中，PID控制器應(yīng)用非常廣泛，其設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，長(zhǎng)期以來(lái)形成了典型的結(jié)構(gòu)，參數(shù)整定方便，結(jié)構(gòu)更改靈活。由于計(jì)算機(jī)程序的靈活性，數(shù)字PID控制比連續(xù)PID控制更為優(yōu)越。

2.1  PID控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

??連續(xù)時(shí)間PID控制系統(tǒng)如下圖所示，D(s)完成PID控制規(guī)律，稱為PID控制器。PID控制器是一種線性控制器，用輸出量y(t)和給定量r(t)之間的誤差的時(shí)間函數(shù)e(t)=r(t)-y(t)的比例、積分和微分的線性組合構(gòu)成控制量u(t)，稱為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制。

2.2  PID參數(shù)控制效果分析

??PID控制的三基本參數(shù)為KP、KI、KD，分別對(duì)應(yīng)比例，積分，微分三個(gè)模，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，可總結(jié)出這三項(xiàng)參數(shù)的實(shí)際控制作用為：
??比例調(diào)節(jié)參數(shù)（KP）：按比例反映系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差，比例調(diào)節(jié)立即進(jìn)行。比例調(diào)節(jié)是主要的控制部分，但過(guò)大的比例會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。增大KP，系統(tǒng)的反應(yīng)變靈敏、速度加快、穩(wěn)態(tài)誤差減小，但振蕩次數(shù)也會(huì)加多、調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。
??積分調(diào)節(jié)參數(shù)（KI）：消除系統(tǒng)靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）誤差 ，提高系統(tǒng)的控制精度。積分調(diào)節(jié)會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢，超調(diào)加大。積分控制一般不單獨(dú)作用，而是與P或者PD結(jié)合作用。
??微分調(diào)節(jié)參數(shù)（KD）：反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，可以預(yù)見(jiàn)偏差的變化趨勢(shì)，產(chǎn)生超前控制作用，使偏差在未形成前已被消除。因此，微分控制可以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)跟蹤性能，減小超調(diào)量，但對(duì)噪聲干擾有放大作用，過(guò)強(qiáng)的微分調(diào)節(jié)會(huì)使系統(tǒng)劇烈震蕩，對(duì)抗干擾不利。
??常規(guī)的PID控制系統(tǒng)中，減少超調(diào)和提高控制精度難以兩全其美。主要是積分作用有缺陷造成的。如果減少積分作用，靜差不易消除，有擾動(dòng)時(shí)，消除誤差速度變慢；而加強(qiáng)積分作用時(shí)又難以避免超調(diào)，這也是常規(guī)PID控制中經(jīng)常遇到的難題。

2.3 通俗易懂的理解PID

??P就是比例的意思。它的作用最明顯，原理也最簡(jiǎn)單。
??需要控制的量，比如水溫，有它現(xiàn)在的『當(dāng)前值』，也有我們期望的『目標(biāo)值』。當(dāng)兩者差距不大時(shí)，就讓加熱器“輕輕地”加熱一下。要是因?yàn)槟承┰?，溫度降低了很多，就讓加熱器“稍稍用力”加熱一下。要是?dāng)前溫度比目標(biāo)溫度低得多，就讓加熱器“開(kāi)足馬力”加熱，盡快讓水溫到達(dá)目標(biāo)附近。
??這就是P的作用，跟開(kāi)關(guān)控制方法相比，是不是“溫文爾雅”了很多.實(shí)際寫程序時(shí)，就讓偏差（目標(biāo)減去當(dāng)前）與調(diào)節(jié)裝置的“調(diào)節(jié)力度”，建立一個(gè)一次函數(shù)的關(guān)系，就可以實(shí)現(xiàn)最基本的“比例”控制了~
??KP越大，調(diào)節(jié)作用越激進(jìn)，KP調(diào)小會(huì)讓調(diào)節(jié)作用更保守。
??要是你正在制作一個(gè)平衡車，有了KP的作用，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，平衡車在平衡角度附近來(lái)回“狂抖”，比較難穩(wěn)住。如果已經(jīng)到了這一步——恭喜你！離成功只差一小步了~

??D的作用更好理解一些，所以先說(shuō)說(shuō)D，最后說(shuō)i。
??剛才我們有了P的作用。你不難發(fā)現(xiàn)，只有P好像不能讓平衡車站起來(lái)，水溫也控制得晃晃悠悠，好像整個(gè)系統(tǒng)不是特別穩(wěn)定，總是在“抖動(dòng)”。

??因?yàn)槲覀兒鲆暳艘环N重要的情況：
??還是以熱水為例。假如有個(gè)人把我們的加熱裝置帶到了非常冷的地方，開(kāi)始燒水了。需要燒到50℃。
??在P的作用下，水溫慢慢升高。直到升高到45℃時(shí)，他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)不好的事情：天氣太冷，水散熱的速度，和P控制的加熱的速度相等了。這可怎么辦？
??P兄這樣想：我和目標(biāo)已經(jīng)很近了，只需要輕輕加熱就可以了。
??D兄這樣想：加熱和散熱相等，溫度沒(méi)有波動(dòng)，我好像不用調(diào)整什么。
??于是，水溫永遠(yuǎn)地停留在45℃，永遠(yuǎn)到不了50℃。
??作為一個(gè)人，根據(jù)常識(shí)，我們知道，應(yīng)該進(jìn)一步增加加熱的功率。可是增加多少該如何計(jì)算呢？
??前輩科學(xué)家們想到的方法是真的巧妙。設(shè)置一個(gè)積分量。只要偏差存在，就不斷地對(duì)偏差進(jìn)行積分（累加），并反應(yīng)在調(diào)節(jié)力度上。這樣一來(lái)，即使45℃和50℃相差不太大，但是隨著時(shí)間的推移，只要沒(méi)達(dá)到目標(biāo)溫度，這個(gè)積分量就不斷增加。
??系統(tǒng)就會(huì)慢慢意識(shí)到：還沒(méi)有到達(dá)目標(biāo)溫度，該增加功率啦！到了目標(biāo)溫度后，假設(shè)溫度沒(méi)有波動(dòng)，積分值就不會(huì)再變動(dòng)。這時(shí)，加熱功率仍然等于散熱功率。但是，溫度是穩(wěn)穩(wěn)的50℃。
??Ki的值越大，積分時(shí)乘的系數(shù)就越大，積分效果越明顯。所以，I的作用就是，減小靜態(tài)情況下的誤差，讓受控物理量盡可能接近目標(biāo)值。
??I在使用時(shí)還有個(gè)問(wèn)題：需要設(shè)定積分限制。防止在剛開(kāi)始加熱時(shí)，就把積分量積得太大，難以控制。

2.4  數(shù)字PID控制的實(shí)現(xiàn)

??數(shù)字PID控制是通過(guò)算法程序?qū)崿F(xiàn)PID控制的。數(shù)字控制系統(tǒng)大多數(shù)是采樣數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)，進(jìn)入系統(tǒng)的連續(xù)時(shí)間信號(hào)必須經(jīng)過(guò)采樣和量化后轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，方能進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，不論是積分還是微分，只能用數(shù)值計(jì)算去逼近。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時(shí)，用求和代替積分，用差商代替微商，將描述連續(xù)時(shí)間PID算法的微分方程變?yōu)槊枋鲭x散時(shí)間PID算法的差分方程。數(shù)字PID控制通常有以下兩種實(shí)現(xiàn)：

2.4.1  位置式PID控制算法

2.4.2  增量式PID控制算法

??當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對(duì)值，而是控制量的增量（例如驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）時(shí)，需要用PID的“增量算法”，其簡(jiǎn)化示意圖如下圖所示。

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「第四篇」電賽控制題可以準(zhǔn)備一些什么？

「第五篇」全國(guó)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽-電源題設(shè)計(jì)方案總結(jié)

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