论文基于数字PID的温度自动控制系统设计毕业论文.doc

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1、论文基于数字PID的温度自动控制系统设计毕业论文目录引言11绪论21.1本课题的设计要求21.2本文的主要内容21.3系统原理及设计32系统硬件设计52.1温度检测52.1.1传感器选择52.1.2热电偶冷端温度补偿62.1.2测量放大电路72.2A/D转换器的选择72.3CPU选择92.4声光报警和报警处理122.5温度显示122.6可控硅调功控温142.6.1调功电路设计142.7电源设计152.8主回路设计163控制算法研究183.1PID的控制概述183.2PID控制183.2.1位置式PID控制算法193.2.2增量式PID控制算法203.2.3积分分离PID算法204系统软件

2、设计224.1系统主程序流程图设计224.2积分分离PID控制流程设计224.3A/D转换流程图设计225结论26致谢27参考文献28附录A译文29附录B原文38附录C程序52附图D电路图63辽宁工程技术大学毕业设计（论文）引言在科学实验中广泛应用恒温箱，尤其在老化试验中对高温恒温箱应用的更多，所以对恒温箱的研究越发重要[1]。本课题设计一个高温恒温箱，采用数字PID算法对采集进来的信号进行处理，在调节功率部分，特色采用零点检测技术，运用可控硅调节功率，这样可以做到实时调功，安全稳定，而且工作效率比较高，节电环保。61辽宁工程技术大学毕业设计（论文）1绪论1.1本课题的设计要求本设计是基

3、于数字PID的温度自动控制系统，要求设计一个恒温箱，保温范围为800到850摄氏度，当温度超过850摄氏度时候，启动风扇进行散热。1.2本文的主要内容本文详细地介绍了设计步骤，以及各个模块的电路和详细说明，并要有系统设计的电路总图。下面将就本文各个章节计划完成的功能和主要工作做一下简单介绍。本文的主要工作如下：第一章：主要介绍了课题要求和恒温箱温度控制系统设计原理。第二章：本章是设计的重要部分，即硬件设计。在这一章中主要介绍系统的各个功能模块和它们的电路图，它是在第一章的基础上更加细致地介绍恒温箱温度控制的各个组成部分，简要分析电路图的工作过程及功能。以AT89S51单片机为主体，利用K

4、型热电偶采集温度，将信号经过再经过转换变成0-5V电压信号并输入A/D转换，将转换结果送到单片机进行处理，处理结果做到响应输出，主回路部分用控制可控硅触发角调节功率，另外，为了采集过零电压信号，硬件部分利用了过零检测技术。第三章：本章是控制算法研究部分。是为了达到满意的控制效果，研究具有良好控制状况的控制算法。第四章：本章主要是软件设计部分，主要设计了主程序、A/D转换、PID运算流程图。61辽宁工程技术大学毕业设计（论文）1.3系统原理及设计本系统是由AT89S51单片机，温度检测处理电路，A/D转换器、显示电路、晶闸管触发电路等组成的控制器和被控对象恒温箱构成一个闭环控制系统，见图1

5、-1。用于测量恒温箱温度的K型热电偶电势发生变化，运用AD590进行冷端补偿，然后将信号经过放大处理为0-5V电压信号，将此电压送入AT89S51内的采样保持器和A/D转换电路后得到与恒温箱相应的数字量。然后对此数字量经数字进行滤波，通过LED显示温度。当采样周期到达时，与设定温度进行比较，再作PID运算。根据运算结果，通过I/O口去改变控制脉冲触发角度，从而改变晶闸管在一个固定的控制周期Tc内的导通时间。即改变恒温箱的平均输入功率，以此来达到控温目的[2]。温度检测恒温箱信号放大处理声光报警过零检测输入功率可控硅功率调节温度显示A/D转换单片机系统AT89S51本系统利用单片机系统实现

6、恒温箱温度恒定控制，其总体结构图如图1-1图1-1恒温箱温度控制系统结构框图Figure1-1theconstanttemperatureboxtemperaturecontrolsystemstructurediagram所示。系统主要有AT89S51单片机，温度检测处理电路，A/D转换器、显示电路、晶闸管触发电路等组成的控制器和被控对象恒温箱构成一个闭环控制系统[3]。温度采集电路以数字量形式将现场温度传至单片机。单片机结合现场温度与设定的目标温度，按照已经编程固化的控制算法计算出实时控制量，而此控制算法在传统的PID61辽宁工程技术大学毕业设计（论文）基础上有了改进，改进的PID算

7、法-积分分离PID。其主要用途是当被控制量与系统设定值偏差较大时,能取消积分作用,避免由于积分作用使系统稳定性下降,超调量增加;当被控量接近设定值时,引入积分控制,以消除系统静差,提高系统控制精度[4]。以此控制量控制可控硅的触发角度，决定加热电路的工作状态。在温度到达设定的目标温度后，其温度下降大的时候，单片机通过采样回的温度与设置的目标温度比较，作出相应的控制，可以相应减小控制可控硅的触发角度，增大加热功率，已保证恒温箱温度在8