基于pid电加热炉温度控制系统设计 刘

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1、德州学院物理系电子信息工程课程设计目录第1章绪论2第2章总体方案32.1系统结构32.2具体设计考虑4第3章控制系统的建模和数字控制器设计53.1选择计算机机型—8031温度控制电路53.2设计支持计算机工作的外围电路63.3转换电路73.4信号处理电路83.5主电路8第4章软件设计94.1内存分配94.2温度控制系统程序框图104.3PID算法的微机实现124.4PID算法的程序设计13第5章软件说明以及电路图14参考文献1717德州学院物理系电子信息工程课程设计基于PID电加热炉温度控制系统设计第1章绪论电加热炉在化工、冶金等行业应

2、用广泛，因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。其控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。  常规的温度控制方法以设定温度为临界点，超出设定允许范围即进行温度调控：低于设定值就加热，反之就停止或降温。这种方法实现简单、成本低，但控制效果不理想，控制温度精度不高、容易引起震荡，达到稳定点的时间也长，因此，只能用在精度要求不高的场合。电加热炉是

3、典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制效果。本设计采用达林算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制。单片机作为控制系统中必不可少的部分，在各个领域得到了广泛的应用，用单片机进行实时系统数据处理和控制，保证系统工作在最佳状

4、态，提高系统的控制精度，有利于提高系统的工作效率。17德州学院物理系电子信息工程课程设计1概述电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。采用单片机进行炉温控制，可以提高控

5、制质量和自动化水平。在本控制对象电阻加热炉功率为800W，由220V交流电供电，采用双向可控硅进行控制。本设计针对一个温度区进行温度控制，要求控制温度范围50~350C，保温阶段温度控制精度为正负1度。选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。其对象问温控数学模型为：其中：时间常数Td=350秒放大系数Kd=50滞后时间=10秒控制算法选用改PID控制第1章总体方案根据功能和指标要求，本系统可以从元件级开始设计，选用MCS-51单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对烘箱温度的测量和控

6、制。17德州学院物理系电子信息工程课程设计2．1系统结构该系统以89C51单片机为核心，由温度测量变换、测量放大、大功率运放、A/D与D/A转换器、输入光电隔离、驱动电路、键盘显示、存储器共同组成。在系统中，温度和时间的设置、温度值及误差显示、控制参数得设置、运行、暂停及复位等功能由键盘及显示电路完成。图2-1单片机温度控制系统方案原理示意图传感器把测量的烘箱温度信号转换成弱电压信号，经过信号放大电路，送入低通滤波电路，以消除噪音和干扰，滤波后的信号输入到A/D转换器（ADC0809）转换成数字信号输入主机（单片机8031）。2．2具体

7、设计考虑1、由于温度测量范围为0～120℃，控制精度也不高，可选用8路8位ADC0809作A/D转换器，分辨率可达0.5℃；为了方便操作，系统可不扩展专用键盘，温度给定输入可用2位BCD码拨盘开关置数；温度显示可用4位LED；为了实现通过调节蒸汽流量控温，可扩展8位DAC0832作D/A转换器。于是，单片机基本系统应为：8031+2764+8255+ADC0809+DAC0832+4位LED。2、温度测量可以选用半导体集成温度传感器AD590，它的响应速度快，与单片机接口简单。其测温范围为-55～+150℃，工作电压4～30V，输出电流

8、与绝对温度成正比，即为1µA/K。执行机构可选用ZKZP-Ⅱ型线性电动单座调节阀，用它来调节通入烘箱的蒸汽流量。调节阀用D/A转换器输出的可调电流控制，0mA对应阀门完全关闭，10mA对应阀门全打开。17德