计算机控制技术：温度控制系统设计.docVIP

学 号： 0121011360424 课 程 设 计 题 目 学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师 2013 年 月 日 自动化1004班β改变时对系统超调量的影响。 4）撰写设计说明书。 时间安排： 6月26日 查阅和准备相关技术资料，完成整体方案设计 6月27日—6月28日 完成硬件设计 6月29日—6月30日 编写调试程序 7月1日—7月4日 撰写课程设计说明书 7月5日 提交课程设计说明书、图纸、电子文档 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 摘要 温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。 β改变时对系统超调量的影响。 4）撰写设计说明书。 2 方案比较论证 本次设计是对电炉的温度控制，而电炉的温度是通过放在其中的热阻丝来控制的，而热阻丝的电流由可控硅控制器控制热阻丝两端所加电压来控制。对电炉温度的控制是个动态的过程，不可能一下子就达到我们想要的温度，需要用到一些仪器比如热电偶来测量电路的温度，通过传感器将炉温转换成电压信号，送入A/D转换器，通过采样和模数转换，所检测到的电压信号和炉温给定值的电压信号送入计算机程序中作比较，得出给定值与实际值之间的偏差，单片机对偏差进行运算，将运算结果送给晶闸管调压器来调节热阻丝的电流，以此来调节电电炉的温度。 电炉的温度控制是个动态的控制过程，需要借助计算机，单片机等很多器件的硬件连接来实现。而电炉温度的直接控制是通过热阻丝的加热来实现的，热阻丝的加热是由流经热阻丝的电流来控制的，而热阻丝的电流是通过可控硅控制器控制热阻丝两端所加电压来控制，电压的调节是通过可控制硅控制。需要用到热电偶时刻监测电炉的温度，通过传感器将温度信号转化为电压信号，而电压信号通过模数转换送入到计算机进行控制，计算机将转换结果送到晶闸管来控制加到热阻丝两端的电压，这样达到调节电炉温度的目的。 电炉温度控制的硬件连接图如图1所示 图1 系统结构框图 3 系统硬件设计 炉温信号T通过温度检测及变送，变成电信号，与温度设定值进行比较，计算温度偏差e和温度的变化率de/dt，再由智能控制算法进行推理，并得控制量u，可控硅输出部分根据调节电加热炉的输出功率，即改变可控硅管的接通时间，使电加热炉输出温度达到理想的设定值。由构成的核心控制器按智能控制算法进行推算，得出所需要的控制量。由单片机的输出通过调节可控硅管的接通时间，改变电炉的输出功率，起到调温的作用 。 微型计算机的选择：选择单片机构成炉温控制系统。它具有8位CPU，3 2根I/O线，4 kB片内ROM存储器，128 kB的RAM存储器。对温度是通过可控硅调器实现的。在系统开发过程中修改程序容易，可以大大缩短开发周期。同时，系统工作过程中能有效地保存一些数据信息，不受系统掉电或断电等突发情况的影响。单片机内部有128 B的RAM存储器，不够本系统使用，因此，采用6264(8 kB)的RAM作为外部数据存储器。热电偶的选择：本设计采用热电偶--镍络-硅(线性度较好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性和复现性较好，抗氧化性强，价格便宜)对温度进行检测。较大时，取消积分作用；当偏差较小时才将积分作用投入。亦即 当时，采用PD控制； 当时，采用PID控制。 积分分离阈值应根据具体对象及控制要求。若值过大时，则达不到积分分离的目的；若值过小，则一旦被控量无法跳出个积分分离区，只进行PD控制，将会出现残差，为了实现积分分离，编写程序时必须从数字PID差分方程式中分离出积分项，进行特殊处理。 根据设计要求及所选硬件，程序流程如图3所示： 图3 程序的主流程图 4.2 程序控制算法介绍 由以上分析，本次设计采用的是积分分离PID控制算法，PID调节时连续系统中技术中最成熟的，应用广泛的一种调节控制方式。在模拟控制系统中，PID算法的表达为：  u：调节器的输出信号； e：偏差信号； K：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。 在计算机控制中，为实现数字控制，必须对式上式进行离散化处理。用数字形式的差分方程代替连续系统的微分方