毕业论文--基于PID电加热炉温度控制系统设计

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1、基于PID电加热炉温度控制系统设计摘要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。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

2、滞后时间=10秒控制算法选用改PID控制。关键字单片机；温度控制；PID控制1总体方案设计温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统。温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，当今计算机技术在这方面的应用，以使温度控制系统达到自动化、智能化，比过去单纯的采用电子线路进行PID调节的控制效果要好得多，可控性方面也有很大的提高。温度是一个非线性的对象，具有大惯性的特点，在低温的特点，在低温段惯性较大，在高温段惯性较小。对于这种温控现象，一般认为其具有以下的传递函数形式：本设计采用以单片机为控制核心的控制系统，尤其对温度控制，可达到模拟控制所达不到

3、的效果，并且实现显示和键盘设定功能，大大提高了系统的智能化，通过对机内数字PID参数的设计对受控对象的精确控制，使得系统所测得的结果精确度大大提高。总体结构图如图1.1所示。19实时温度采样显示设定值单片机设定温度值电源控制电阻加热炉图1.1总体结构图2控制系统的建模和数字控制器设计如图2.1所示。开始输入并采样r(k)、c(k)计算偏差e(k)=r(k)-c(k)计算u(k)=a0e(k)+a1e(k-1)+a2e(k-2)存u(k)以备输出参数序号e(k-1)e(k-2)调整e(k)e(k-1)返回图2.1PID算法流程图增量式PID控

4、制算法公式：=19=式中由上式可以看出，如果计算机系统采用恒定的采样周期T，一旦确定只要使用前后测量三次的偏差值，就可以由上式求出控制量。typedefstructPID{IntSetPoint;//设定目标DesiredValueLongSumError;//误差累计doublepropotion;//比例常数PropotionConstDoubleintegral;//积分常数IntegralConstDoublederivative;//微分常数DerivativeConstintLastError;//Error[-1]IntPre

5、vError;//Error[-2]}PID;ststicPIDsPID;/*InitializePIDStructurePID参数初始化*/voidIncPIDInit(void){sptr->SumError=0;sptr->LastError=0;//Error[-1]sptr->PrevError=0;//Error[-2]sptr->Propotion=0;//比例常数PropotionalConstsptr->integral=0;//积分常数IntegralConstsptr->derivative=0;//微分常数Deriv

6、ativeConstsptr->SetPoint=0;}/*增量式PID计算部分*/intIncPIDCalc(intNextPoint)19{registerintierror,iIncpid;//当前误差ierror=sptr->SetPoint-NextPoint;//增量计算}3锅炉温度控制系统硬件电路设计本系统硬件电路主要由以下部分组成：供电电源电路、温度检测电路、数模转换电路、键盘输入电路、声光报警电路、继电器输出电路、LED显示电路。3.1主控单片机AT89S51芯片介绍AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片

7、内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。(1)主要性能特点1、4kBytesFlash片内程序存储器；2、128bytes的随机存取数据存储器（RAM）；3、32个外部双向输入/输出（I/O）口；4、5个中断优先级、2层中断嵌套中断；5、6个中断源；

8、6、2个16位可编程定时器/计数器；7、2个全双工串行通信口；8、看门狗（WDT）电路；9、片内振荡器和时钟电路；10、与MCS-51兼容；11、全静态工作：0Hz-33MHz；