温度PID控制

硬件：

T1的b极输入PWM波（3.6V），高电平时，三极管导通，MOSFET的栅极为低电平，MOSFET关闭；PWM为低电平时，三极管关闭，MOSFET的栅极为高电平，MOSFET导通。这里三极管有一个上拉的作用。实测N沟道增强型IRFB3607的导通电压为5V，完全导通需要12V，所以VCC应该大于12V，若VCC小于12V，则MOSFET处于半导通半不导通状态，在这上面会消耗许多的热量，效率就会变低。

软件：

公式1:

公式2:

刚开始时，用公式1来计算PID，但效果不佳，只能在温度超过阈值时才触发动作，所以会振荡得厉害。

后来改用公式2，效果比公式1好，原因在于：公式2中的参数Kp、Ki、Kd有明显的物理意义，可以参照各个参数的物理说明进行调节。公式1中的参数物理含义不明显，所以调节起来不是很好。

我们的调节PID的频率为每秒钟50次，向上位机发送数据的频率为每秒钟2次。

公式2参数说明：

Kp：Kp对运动有着反效果，不管当前温度在目标温度上方还是下方，它的效果就是使温度往相反的方向发展，效果在时间上不累加，不能消除静差。就比如从常温开始一直加热升温，但Kp会促使温度回归，温度上升缓慢，不久之后，温度会稳定在一个值，但这个值并不是我们想要的目标值。

Ki：具有时间累加效果，由于该值直接与误差有关，所以Ki可以消除静差。当前温度在目标温度上方，就将它往下拉；当前温度在目标温度下方，就将它往上拉。

Kd：具有稳定、快速反应的效果，与运动趋势相反（有点加速度的味道），比如向上运动变慢，Kd就往上拉；向上运动变快，Kd就往下拉。（在我们这个温控系统中没有使用微分项）

几点改进：

1.Bang_Bang控制：在当前温度远低于目标温度时，调节PWM的占空比为1，全速加热

2.在当前温度高于目标温度一定值时，关闭加热，PWM占空比为0

3.由于积分效果跟直接误差e有关，当目标温度跟当前温度还差比较大时，积分效果就占了一个比较大的比例，所以我们采用变速积分法，即当误差e在某个范围内时，才启用积分效果，这里需要注意的是，若这个积分范围过小，则温度会稳定在其他地方，存在静差，温度进入不到积分区域就消除不了静差。

4.AD转换结果用滑动均值滤波算法，即取一个N=10的队列，每次数值从队尾进入，将比较”旧“的数据从队头挤出，这样可抑制周期性脉冲的干扰，正负抵消。

温度测量：

这里我们测量温度是用热敏电阻的方式，25摄氏度时的阻值是10K，B25/85=3435K（B值是温度参数，B25/85是指测试条件在25~85度），这里有两种方式获得温度：

1.公式法：热敏电阻的阻值和温度有一个固定的关系，用公式算比较复杂，且速度慢，热敏电阻本身就不精确，用公式计算也无太大必要

2.查表法：将各个温度值所对应的阻值列成一个表格，然后去查表，由于阻值并非唯一，所以可用while语句来查询

图一：使用公式1进行PID调节（分辨率已记不清，只记得效果没有使用公式2的好）

图一

图二：使用公式2进行PID调节的升温过程（横轴50s/格，纵轴100/格），目标温度69.0度，所以纵轴应该稳定在690处，从室温28度稳定到69度大概需要10格，即500秒，误差在+-1度

图二

图三：给散热系统一个人为干扰，温度下降15度，之后经过几次振荡回到69度原位置

图三

下面给出完整版的数据曲线：（图示为稳定在69度时的曲线图，715秒时的陡降为认为扰动）

前期为Bang-Bang控制全速加热，但曲线未能超过目标线，为非标准的PID，猜测可能是初始化时，占空比较低（占空比与此时情况不相符）且温度速度增长太快，导致P起主要作用，将温度往回拉（将占空比拉低）；中期不会出现这种情况，应该是因为此时占空比跟此时情况相对应，经过调节会在合理范围内。