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本科毕业论文（2014届本科毕业生）题目： 高灵敏度温控电路的 设计与开发 学生姓名： 李俊燕 学生学号： 100712031111 学院名称： 物电学院 专业名称： 光信息科学与技术 指导教师： 韩丙辰 目 录（小2号黑体、段前段后空1行）摘要 （小4号宋体）I ABSTRACT II引言 1一、幼儿人格教育的意义 10（一）幼儿人格教育的重要性 10 1幼儿健全人格教育是实现素质教育的需要12 2XXXXXXXXXXXX16 3XXXXX16二、研究结果与分析28 （一）XXXXX36（二）XXXXX42三、结论与建议52 （一）XXXXX52 1XXXX54 2XXXX54注释及参考文献58附录66致谢70（目录页无须加页码）III高灵敏度温控电路的设计与开发 光信息科学与技术 李俊燕 指导教师 韩炳成【摘 要】 半导体激光器，是以半导体材料为工作物质的一类激光器。目前，半导体激光器已广泛应用于科研、国防、医疗等领域中。半导体激光器是一种温度敏感器件，微小的温度能使半导体激光器的输出波长产生明显的变化，而光纤通信系统要求半导体激光器工作在恒定的固定波长状态，因此需要对半导体激光器的温度进行控制。本课题采用热敏电阻作为温度传感器，利用无污染制冷效果显著的制冷器件半导体制冷器作为系统执行原件，提出一种基于MX1968的PID技术的高灵敏度半导体激光器温控电路系统，使温度精度控制在正负0.1。【关键词】半导体激光器 半导体制冷器 PID技术 热敏电阻 High sensitivity temperature control circuit design and developmentOptical information science and technology LiJunYan Tutor HanBingCheng【Abstract】Semiconductor lasers, laser based on semiconductor materials for work matter.At present, the semiconductor laser has been widely used in scientific research, national defense, medical and other fields.Semiconductor laser is a kind of temperature sensitive components, small temperature can make the output wavelength of semiconductor lasers have obvious changes, and the optical fiber communication system for semiconductor laser work in a constant state of fixed wavelength, so you need to control the temperature of the semiconductor laser.This topic using thermal resistor as temperature sensor, the use of pollution-free refrigeration devices, semiconductor refrigerator refrigeration effect is remarkable as the original system, put forward a kind of high sensitive semiconductor laser based on the technology of MX1968 PID temperature control circuit system, make the precision of temperature control in the plus or minus 0.1 .【Key words】Semiconductor laser Semiconductor refrigerator PID technology ThermistorII引言世界上第一个激光器的成功演示距今已近50年了。在此期间，激光科学技术以其强大的生命力谱写了一部典型的学科交叉的发明史。激光的应用已经遍及科技、经济、军事、社会发展的许多领域，远远超出了人们原有的梦想。激光器未来的发展充满了巨大的机遇、挑战和创新空间。1、 半导体激光器（一）半导体激光器的工作原理及其特点半导体激光器又称激光二极管（LD)，是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件。.其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带(导带与价带)之间，或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注入式、光泵式和高能电子束激励式。电注入式半导体激光器一般是由GaAS(砷化镓)，InAS(砷化铟)，Insb(锑化铟)等材料制成的半导体面结型二极管。沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。光泵式半导体激光器一般用N型或P型半导体单晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物质，以其他激光器发出的激光作光泵激励。高能电子束激励式半导体激光器一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质。通过由外部注入高能电子束进行激励.在半导体激光器件中，目前性能较好应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器。除了具有激光器的共同特点外，半导体激光器还具有以下优点：（1）体积小、重量轻；（2）驱动功率和电流较低；（3）效率高、工作寿命长；（4）可直接电调制；（5）易于与各种光电子器件实现光电集成；（6）与半导体制造技术兼容、可大批量生产；（7）能调节输出光束的波长使其工作在典型硅基光纤的低损耗、低色散区。（二）半导体激光器的温度特性LD的多项性能和温度有关，例如输出光功率和波长。这里主要讨论温度对激光器输出功率的影响，主要包括两个方面：一是激光器的阀值电流随温度的升高而增大，而是微分外量子效率随温度的升高而下降。二者都能使LD在温度升高时输出功率显著下降，直到高到一定温度时，激光器工作停止。LD的温度特性常用材料的特征温度T0来表述，它与阀值电流It的关系为式中，T为结区热力学温度，Tt为室温（300K）。T0越高，LD的热稳定性就越好。（3） 半导体激光器的实用组件 激光器组件是指在一个紧密结构中，除激光二极管（LD）芯片外，还配置其他元件和实现LD工作必要的少量电路块的集成器件。主要包括：（1） 光隔离器：其作用是防止LD输出的激光反射，实现光的单向传输。位于LD的输出光路上；（2） 监视光电二极管；其作用是监视LD的输出功率变化，通常用于自动功率控制。位于LD背出光面；（3） 尾纤和连接器；（4） LD的驱动电路（5） 热敏电阻：测量组件内温度；（6） 热电制冷器：一种半导体热电元件，通过改变外部工作电流的极性达到加热和冷却的目的。（7） 其他准直激光器输出场的透镜、光纤耦合器及固定光纤支架等。2、 常见温度控制系统开环控制系统 如果系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这样的系统称开环。与闭环控制系统相对。控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈。系统的控制输入不受输出影响的控制系统。在开环控制系统中，不存在由输出端到输入端的反馈通路。因此，开环控制系统又称为无反馈控制系统。开环控制系统由控制器与被控对象组成。控制器通常具有功率放大的功能。同闭环控制系统相比，开环控制系统的结构要简单得多，同时也比较经济。 开环控制系统主要是用于增强型的系统。闭环控制系统 由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统，又称反馈控制系统。 基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。反馈控制是自动控制的主要形式。自动控制系统多数是反馈控制系统。在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。 反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成（见图）。图中带叉号的圆圈为比较环节，用来将输入与输出相减，给出偏差信号。这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。以炉温控制为例，受控对象为炉子；输出变量为实际的炉子温度;输入变量为给定常值温度,一般用电压表示。炉温用热电偶测量，代表炉温的热电动势与给定电压相比较，两者的差值电压经过功率放大后用来驱动相应的执行机构进行控制。 同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。 由于本课题被控对象控制范围大，控制精度高，课题采用闭环负反馈温控式系统。3、 温度传感器本系统采用热敏电阻做温度传感器件。（1） 热敏电阻简介热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件热敏电阻由半导体陶瓷材料组成， 热敏电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。热敏电阻体积非常小，对温度变化的响应也快。但热敏电阻需要使用电流源，小尺寸也使它对自热误差极为敏感。利用的原理是温度引起电阻变化若电子和空穴的浓度分别为n、p，迁移率分别为n、p，则半导体的电导为： =q（nn+pp）因为n、p、n、p都是依赖温度T的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻-温度特性曲线这就是半导体热敏电阻的工作原理热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻，以及临界温度热敏电阻（CTR）。（2） 热敏电阻特点热敏电阻的主要特点是：灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10100倍以上，能检测出10-6的温度变化；工作温度范围宽，常温器件适用于-55315，高温器件适用温度高于315（目前最高可达到2000），低温器件适用于-27355；体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；使用方便，电阻值可在0.1100k间任意选择；易加工成复杂的形状，可大批量生产；稳定性好、过载能力强。（3） 热敏电阻工作原理及特性热敏电阻将长期处于不动作状态；当环境温度和电流处于c区时，热敏电阻的散热功率与发热功率接近，因而可能动作也可能不动作。热敏电阻在环境温度相同时，动作时间随着电流的增加而急剧缩短；热敏电阻在环境温度相对较高时具有更短的动作时间和较小的维持电流及动作电流。1、ptc效应是一种材料具有ptc(positive temperature coefficient）效应，即正温度系数效应，仅指此材料的电阻会随温度的升高而增加。如大多数金属材料都具有ptc效应。在这些材料中，ptc效应表现为电阻随温度增加而线性增加，这就是通常所说的线性ptc效应。2、非线性ptc效应 经过相变的材料会呈现出电阻沿狭窄温度范围内急剧增加几个至十几个数量级的现象，即非线性ptc效应，相当多种类型的导电聚合体会呈现出这种效应，如高分子ptc热敏电阻。这些导电聚合体对于制造过电流保护装置来说非常有用。3、高分子ptc热敏电阻用于过流保护 高分子ptc热敏电阻又经常被人们称为自恢复保险丝（下面简称为热敏电阻），由于具有独特的正温度系数电阻特性，因而极为适合用作过流保护器件。热敏电阻的使用方法象普通保险丝一样，是串联在电路中使用。当电路正常工作时，热敏电阻温度与室温相近、电阻很小，串联在电路中不会阻碍电流通过；而当电路因故障而出现过电流时，热敏电阻由于发热功率增加导致温度上升，当温度超过开关温度（ts，见图1）时，电阻瞬间会剧增，回路中的电流迅速减小到安全值.为热敏电阻对交流电路保护过程中电流的变化示意图。热敏电阻动作后，电路中电流有了大幅度的降低，图中t为热敏电阻的动作时间。由于高分子ptc热敏电阻的可设计性好，可通过改变自身的开关温度（ts）来调节其对温度的敏感程度，因而可同时起到过温保护和过流保护两种作用，如kt161700dl规格热敏电阻由于动作温度很低，因而适用于锂离子电池和镍氢电池的过流及过温保护。环境温度对高分子ptc热敏电阻的影响 高分子ptc热敏电阻是一种直热式、阶跃型热敏电阻，其电阻变化过程与自身的发热和散热情况有关，因而其维持电流（ihold）、动作电流（itrip）及动作时间受环境温度影响。当环境温度和电流处于a区时，热敏电阻发热功率大于散热功率而会动作；当环境温度和电流处于b区时发热功率小于散热功率，高分子PTC热敏电阻由于电阻可恢复，因而可以重复多次使用。热敏电阻的电阻温度特性可近似地用下式表示：R=R0expB（1/T-1/T0)：R：温度T(K）时的电阻值、Ro：温度T0、（K）时的电阻值、B:B值、*T(K)=t(ºC)+273.15。实际上，热敏电阻的B值并非是恒定的，其变化大小因材料构成而异，最大甚至可达5K/C。因此在较大的温度范围内应用式1时，将与实测值之间存在一定误差。此处，若将式1中的B值用式2所示的作为温度的函数计算时，则可降低与实测值之间的误差，可认为近似相等。（4） 热敏电阻分类1、NTC（Negative Temperature CoeffiCient）是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷，可制成具有负温度系数（NTC）的热敏电阻其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系NTC热敏电阻材料NTC热敏半导瓷大多是尖晶石结构或其他结构的氧化物陶瓷，具有负的温度系数，电阻值可近似表示为：Rt = RT *EXP(Bn*（1/T-1/T0)式中RT、RT0分别为温度T、T0时的电阻值，Bn为材料常数陶瓷晶粒本身由于温度变化而使电阻率发生变化，这是由半导体特性决定的NTC热敏电阻器的发展经历了漫长的阶段1834年，科学家首次发现了硫化银有负温度系数的特性1930年，科学家发现氧化亚铜-氧化铜也具有负温度系数的性能，并将之成功地运用在航空仪器的温度补偿电路中随后，由于晶体管技术的不断发展，热敏电阻器的研究取得重大进展1960年研制出了N1C热敏电阻器NTC热敏电阻器广泛用于测温、控温、温度补偿等方面热敏电阻器温度计的精度可以达到0.1，感温时间可少至10s以下它不仅适用于粮仓测温仪，同时也可应用于食品储存、医药卫生、科学种田、海洋、深井、高空、冰川等方面的温度测量2、PTC（Positive Temperature CoeffiCient）是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻现象或材料，可专门用作恒定温度传感器该材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为主要成分的烧结体，其中掺入微量的Nb、Ta、 Bi、 Sb、Y、La等氧化物进行原子价控制而使之半导化，常将这种半导体化的BaTiO3等材料简称为半导（体）瓷；同时还添加增大其正电阻温度系数的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采用一般陶瓷工艺成形、高温烧结而使钛酸铂等及其固溶体半导化，从而得到正特性的热敏电阻材料其温度系数及居里点温度随组分及烧结条件（尤其是冷却温度）不同而变化钛酸钡晶体属于钙钛矿型结构，是一种铁电材料，纯钛酸钡是一种绝缘材料在钛酸钡材料中加入微量稀土元素，进行适当热处理后，在居里温度附近，电阻率陡增几个数量级，产生PTC效应，此效应与BaTiO3晶体的铁电性及其在居里温度附近材料的相变有关钛酸钡半导瓷是一种多晶材料，晶粒之间存在着晶粒间界面该半导瓷当达到某一特定温度或电压，晶体粒界就发生变化，从而电阻急剧变化钛酸钡半导瓷的PTC效应起因于粒界（晶粒间界）对于导电电子来说，晶粒间界面相当于一个势垒当温度低时，由于钛酸钡内电场的作用，导致电子极容易越过势垒，则电阻值较小当温度升高到居里点温度（即临界温度）附近时，内电场受到破坏，它不能帮助导电电子越过势垒这相当于势垒升高，电阻值突然增大，产生PTC效应钛酸钡半导瓷的PTC效应的物理模型有海望表面势垒模型、丹尼尔斯等人的钡缺位模型和叠加势垒模型，它们分别从不同方面对PTC效应作出了合理解释实验表明，在工作温度范围内，PTC热敏电阻的电阻-温度特性可近似用实验公式表示：RT=RT0 expBp（T-T0）热敏电阻式中RT、RT0表示温度为T、T0时电阻值，Bp为该种材料的材料常数PTC效应起源于陶瓷的粒界和粒界间析出相的性质，并随杂质种类、浓度、烧结条件等而产生显著变化最近，进入实用化的热敏电阻中有利用硅片的硅温度敏感元件，这是体型小且精度高的PTC热敏电阻，由n型硅构成，因其中的杂质产生的电子散射随温度上升而增加，从而电阻增加PTC热敏电阻于1950年出现，随后1954年出现了以钛酸钡为主要材料的PTC热敏电阻。PTC热敏电阻在工业上可用作温度的测量与控制，也用于汽车某部位的温度检测与调节，还大量用于民用设备，如控制瞬间开水器的水温、空调器与冷库的温度，利用本身加热作气体分析和风速机等方面下面简介一例对加热器、马达、变压器、大功率晶体管等电器的加热和过热保护方面的应用。PTC热敏电阻除用作加热元件外，同时还能起到“开关”的作用，兼有敏感元件、加热器和开关三种功能，称之为“热敏开关”电流通过元件后引起温度升高，即发热体的温度上升，当超过居里点温度后，电阻增加，从而限制电流增加，于是电流的下降导致元件温度降低，电阻值的减小又使电路电流增加，元件温度升高，周而复始，因此具有使温度保持在特定范围的功能，又起到开关作用利用这种阻温特性做成加热源，作为加热元件应用的有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等，还可对电器起到过热保护作用3、CTR热敏电阻临界温度热敏电阻CTR（CritiCal Temperature Resistor）具有负电阻突变特性，在某一温度下，电阻值随温度的增加激剧减小，具有很大的负温度系数构成材料是钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合烧结体，是半玻璃状的半导体，也称CTR为玻璃态热敏电阻骤变温度随添加锗、钨、钼等的氧化物而变这是由于不同杂质的掺入，使氧化钒的晶格间隔不同造成的若在适当的还原气氛中五氧化二钒变成二氧化钒，则电阻急变温度变大；若进一步还原为三氧化二钒，则急变消失产生电阻急变的温度对应于半玻璃半导体物性急变的位置，因此产生半导体-金属相移CTR能够作为控温报警等应用（5） 课题研究及分析 热敏电阻的理论研究和应用开发已取得了引人注目的成果随着高、精、尖科技的应用，对热敏电阻的导电机理和应用的更深层次的探索，以及对性能优良的新材料的深入研究，将会取得迅速发展本课题对电阻灵敏度要求较高，故选择负反馈系数的热敏电阻。四、单片机接口电路本部分是LD温度控制系统的数字电路，也是控制器硬件的核心部分，主要设计微控制器及其外围接口电路，包括信号的输入、输出通道及系统数字显示电路。被控对象LD的温度信号经过传感器及放大电路后，生成O4V的模拟电压信号。微控制器需要的是数字信号，本节将论述信号之间转换、信号的显示及数字控制器的硬件电路部分。（1） 微控制器概述单片机，全称单片微型计算机（英语：single-chip microcomputer），又称微控制器（microcontroller），是把中央处理器、存储器、定时/计数器（timer/counter）、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比，它更强调自供应（不用外接硬件）和节约成本。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出接口简单，功能较低。由于其发展非常迅速，旧的单片机的定义已不能满足，所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器；由于单芯片微计算机常用于当控制器故又名single chip microcontroller，但是目前在中国大陆仍多沿用“单片机”的称呼。绝大多数现在的单片机都是基于冯诺伊曼结构的，这种结构清楚地定义了嵌入式系统所必需的四个基本部分：一个中央处理器核心，程序存储器（只读存储器或者闪存）、数据存储器（随机存储器）、一个或者更多的定时/计数器，还有用来与外围设备以及扩展资源进行通信的输入/输出端口所有这些都被集成在单个集成电路芯片上。说单片机与通用型中央处理单元芯片不同，是因为前者一般很容易配合最小型的外部支持芯片制成工作计算机。这样就可以很容易的把单片机系统植入装置内部来控制装置了。近年来为了在指令和数据上使用不同的字宽，并提高处理器流水线速度，哈佛结构在单片机（Microcontrollers）和数字信号处理器也逐渐得到了广泛的应用。传统的微处理器是不允许这么做的。它要完成单片机的工作，就必须连接一些其他芯片。比如说，因为芯片上没有数据存储器，就必须要添加一些RAM的存储芯片，虽然所添加存储器的容量很灵活，但是至少还是要添加。另外还需要添加很多连线来传递芯片之间的数据。与以上的情况相比，单片机的工作则相对独立，一个典型的单片机只需要一个时钟发生器和很少的RAM和ROM（或者EPROM, E2PROM）就可以在软件和晶振下工作了。同时，单片机具有丰富的输入输出设备，例如模拟数字转换器、定时器、串口，以及其他串行通讯接口，比如I2C，串行周边接口，控制器局域网等。通常，这些集成在内部的设备可以通过特殊的指令来操作。单片机时钟频率通常较同时代的计算机芯片低，但它价格低廉，能够提供充足的程序存储器、丰富的片上接口。某些架构的单片机生产厂商众多，例如8051系列、Z80系列。一些现代的单片机支持一些内建的高级编程语言，比如BASIC语言、C语言、C+等。 根据总线或数据暂存器的宽度，单片机又分为4位、8位、16位和32位单片机。4位单片机多用于冰箱、洗衣机、微波炉等家电控制中；8位、16位单片机主要用于一般的控制领域，一般不使用操作系统；32位用于网络操作、多媒体处理等复杂处理的场合，一般要使用嵌入式操作系统。单片机的种类很多，有PIC系列、Motorola系列等，TI公司的MSP430系列单片机的应用目前增长较快。各个系列的单片机各有所长，在处理速度、稳定性、IO能力、功耗、功能齐全、价格等方面各有优劣。这些种类繁多的单片机家族，给我们单片机的选择提供了很大的余地。（2） A/D与D/A转换 随着数字技术，特别是信息技术的飞速发展与普及，在现代控制。通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际对象往往都是一些模拟量(如温度。压力。位移。图像等),要使计算机或数字仪表能识别。处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析。处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路-模数和数模转换器。将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器(简称a/d转换器或adc,analog to digital converter)；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器(简称d/a转换器或dac,digital to analog converter)；a/d转换器和d/a转换器已成为信息系统中不可缺的组成部分，为确保系统处理结果的精确度，a/d转换器和d/a转换器必须具有足够的转换精度；如果要实现快速变化信号的实时控制与检测，a/d与d/a转换器还要求具有较高的转换速度。转换精度与转换速度是衡量a/d与d/a转换器的重要技术指标。随着集成技术的发展，现已研制和生产出许多单片的和混合集成型的a/d和d/a转换器，它们具有愈来愈先进的技术指标。（3） 系统显示电路本系统LD温度数据显示采用专用数码管显示芯片MAX7219，使用方便且硬件连线简单，不占用数据存储空间，不用单片机动态扫描，只需将要显示的数字量串行送至相应的数字存储器即可自动扫描及自动显示，缩短了本温度控制系统的采样周期。5、 PID数字算法在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的 或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积 分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到接近于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后几乎无稳 态误差。微分（D）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能 够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在 调节过程中的动态特性。 模拟PID控制算法主要用于模拟控制系统。 模拟系统过程控制为被测参数（模拟量：温度、压力、流量）由传感器变换成统一的标准信号后输入调节器，在调节器中与给定值进行比较，再把比较后的差值经PID运算后送到执行机构，改变进给量，以达到自动调节的目的。 数字PID控制算法用于数字控制系统数字系统过程控制先把过程参数进行采样，并通过模拟量输入通道将模拟量变成数字量，这些数字量通过计算机按一定控制算法进行运算处理，运算结果经D/A转换成模拟量后，由模拟量输出通道输出，并通过执行机构去控制生产，以达到给定值。1、在模拟调节系统中，PID控制算法的模拟表达式为：式中：y(t) 调节器的输出信号e(t) 调节器的偏差信号（它等于给定值与测量值之差）KP 调节器的比例系数TI 调节器的积分时间TD 调节器的微分时间 2、离散化后的PID控制算法的表达式积分项和微分项用求和及增量式表示离散的PID表达式位置型PID控制算法：式中：t=T 采样周期 e(n) 第n次采样时的偏差 e(n-1) 第n-1次采样时的偏差 n 采样序号增量型PID控制算法：式中：对于本课题LD温控系统来说，系统控制与下面4点有关：(1)LD的测量值与设定值之间的偏差；(2)每次检测后偏差的变化；(3)偏差变化的速率；(4)控制器的输出量。系统控制是根据检测LD温度的偏差、偏差变化趋势、偏差变化速率等综合因素决定控制的输出变化。由于LD温度变化是缓慢的，而且制约LD温度变化的因素较多(LD温度的数学模型的不确定性)，最终会使LD温度控制有很大的差异，即LD温度值的变化是一个在一定区域内振荡的复杂变化，在控制精度较高的情况下，使用单一的控制方法已难以达到。为达到本温控系统的要求LD温度控制范围10一40，温度控制精度02由于本温控系统要求在IO 6C40C之间进行控制，并达到优于02的控温精度，控温点比较多，因此我们以室温为中心把10C40C分6个模糊温度区间，每段具体温度区间随室温而变。6个温度区间的具体计算如下：K1=(T一10)3 (1)K2=(40一T)3 (2)式中T为室温，Kl，K2为分割点，lO与40为温度控制范围两端点。则六个温度区间如下：(10，10+K1)、(IO+KI，10+2*K1)、(10+2*K1，T)、(T，T+K2)、(T+K2，T+2*K2)、(T+2*K2，40)，这样总的温控区间就细分为6个模糊温控区间，在每个温控区间内，就可用数字P11)控制算法。由式（3）（4）（5）就可得到LD温度控制系统的P、I、D参数（正文部分：宋体，小四号字，标题需加黑，段落首行空2隔，行距用固定值：23磅。论文其他部分的行距也采用固定值：23磅）采用中文标题：一级：一、 二级：（一）三级：1.四级：（1）五级： 注释（小四，宋体，加黑） 林崇德,罗良建设创新型国家与创新人才的培养J北京师范大学学报, 2007，13（4）：55（五号，宋体，英文字符用Times New Roman字，具体到引用页码）（2007，13（4）：55 表示：2007年第13卷第4期，55页）（M表示专著，J表示期刊文章，D表示学位论文，N表示报纸文章，C表示论文集，R表示研究报告，A表示析出文献。）参考文献（小四，宋体，加黑）1 毛亚庆.从两级到中介科学主义教育和人本主义教育方法论研究M.北京师范大学出版社, 1999：35. （五号，宋体，英文字符用Times New Roman字，具体到引用页码）2 扬寿堪等著.20世纪西方哲学科学主义与人本主义M.北京师范大学出版社, 2003:66.5 杨韶刚.人本心理学的教育取向及其启示J.外国教育研究, 1995，4:56.6 党乐群.试说人本主义教育理论J.云南师范大学学报,1997,13（2）：12. （注释和参考文献分开写。注释对应文中的标注使用，参考文献对应文中的标注使用12，文中的标注全部采用上标，即 1）15