电阻炉温度控制系统设计(2)

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1、宁波理工学院题冃电阻炉温度控制系统设计姓名袁俊霄郑志成专业班级自动化142学院信息科学与工程学院目录摘要31.电阻炉温度控制系统41.1系统的介绍41.2控制要求52.控制算法的确定53.数学模型的建立64.设计74.1总体设计74.2温度检测电路104.3温度控制电路114.4人机对话电路125.基MATLAB仿真被控对象14图5-1Simulink仿真图15图5-2MATLAB仿真波形16参考文献：16摘要温度是工业生产中主要的被控参数之一。在冶金、化工、电力工程、造纸、机械制造和食品加工等诸

2、多生产过程中，人们需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行检测和控制，且温度的控制效果直接影响产品的质量。本系统以在工业领域中应用较为广泛的的电阻炉为被控对象，采用上下位机控制方式实现电阻炉温度计算机控制系统的设计。本次作业也将介绍电阻炉温度计算机控制系统的组成，完成系统总控制方案和大林算法控制器的设计。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、吋变性、

3、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，可以提高控制质量和自动化水平。单片机的特点是体积较小，也就是其集成特性，其内部结构是普通计算机系统的简化，增加一些外围电路，就能够组成一个完整的小系统，单片机具有很强的可扩展性。它具有和普通计算机类似的、强大的数据处理功能，通过使用一些科学的算法，可

4、以获得很强的数据处理能力。所以单片机在工业应用中，可以极大地提高工业设备的智能化、数据处理能力和处理效率，而且单片机无需占用很大的空问。随着检测理论和技术的不断更新，温度传感器的种类也越来越多，在微机系统屮使用的传感器，必须是能够将非电量转换成电量的传感器，目前常用的有热电偶传感器、热电阻传感器和半导体集成传感器等，每种传感器根据其自身特性，都有它自己的应用领域。关键词：电阻炉、A/D转换器、温度控制、89C51单片机1.电阻炉温度控制系统1.1系统的介绍该系统的被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利

5、用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。可控硅控制器输入为0〜5伏时对应电炉温度0〜500°C,温度传感器测量值对应也为0〜5伏，对象的特性为带有纯滞后环节的一阶惯性系统，这里惯性时间常数取Ti=30秒，滞后时间常数取t=10秒。该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的选择与设定，实现工业过程中PID控制。它采用温度传感器热电偶将检测到的实际炉温进行A/D转换，再送入计算机中，与设定值进行比较，得出偏差。对此偏差按PID规律进行调整，得

6、岀对应的控制量来控制驱动电路，调节电炉的加热功率，从而实现对炉温的控制。利用单片机实现温度智能控制，能自动完成数据采集、处理、转换、并进行PID控制和键盘终端处理（各参数数值的修止）及显示。在设计中应该注意，采样周期不能太短，否则会使调节过程过于频繁，这样，不但执行机构不能反应，而且计算机的利用率也大为降低；采样周期不能太长，否则会使干扰无法及时消除，使调节品质下降。1.2控制要求设计一个基于闭环直接数字控制算法的电阻炉温度控制系统具体化技术指标如下：1.电阻炉温度控制在0〜500°C；2.加热过

7、程中恒温控制，误差为±2°C；3.LED实时显示系统温度，用键盘输入温度，精度为1°C；4.采用直接数字控制算法，要求误差小，平稳性好；5.温度超出预置温度±5°C时发出报警。1.控制算法的确定PID调节是连续系统屮技术最成熟的、应用最广泛的一种控制算方法。它结构灵活，不仅可以用常规的PID调节，而且可以根据系统的要求，采用各种PID的变型，如PI、PD控制及改进的PID控制等。它具有许多特点，如不需要求出数学模型、控制效果好等，特别是在微机控制系统中，对于时间常数比较大的被控制对彖來说，数字PI

8、D完全可以代替模拟PID调节器，应用更加灵活，使用性更强。所以该系统采用PID控制算法。系统的结构框图如图所示：2.数学模型的建立具有一阶惯性纯滞后特性的电阻炉系统，其数学模型可表示为:G(s)=Ke~TS7；s+l(3-1)在PID调节中，比例控制能迅速反应误差，从而减小误差，但比例控制不能消除稳态误差，K”的加大，会引起系统的不稳定；积分控制的作用是：只要系统存在误差，积分控制作用就不断地积累，输出控制量以消除误差，因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，积分作用太强