计算机控制课程设计-温度控制系统设计

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1、课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目:温度控制系统设计初始条件：被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利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0－300℃，温度传感器测量值对应也为0～5伏，对象的特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为T1＝30秒，滞后时间常数为τ＝10秒。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1．设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图；2．编写积分分离PID算法程序，从键盘接受Kp、Ti、Td

2、、T及β的值；3．计算机仿真被控对象，编写仿真程序；4．通过数据分析Td改变时对系统超调量的影响。5.撰写设计说明书。课程设计说明书应包括：设计任务及要求；方案比较及认证；系统滤波原理、硬件原理，电路图，采用器件的功能说明；软件思想，流程，源程序；调试记录及结果分析；参考资料；附录：芯片资料，程序清单；总结。时间安排：6月22日查阅和准备相关技术资料，完成整体方案设计6月23日—6月24日完成硬件设计6月25日—6月26日编写调试程序6月29日—6月30日撰写课程设计说明书7月1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

3、要温度是工业对象中一种重要的参数，特别在冶金、化工、机械各类行业里，广泛使用各种加热炉、热护理炉和反应炉等。由于炉子的种类不同，因此采用的加热方法及燃料也不同，如煤气、天然气、油和电等。随着科学技术的迅猛发展，各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等要求越来越高，控制系统也千变万化，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。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本设计介绍了以AD590集成温

4、度传感器为采集器、AT89C51为控制器、ADC0809为A/D转换器对温度进行智能控制的温度控制系统。其主要过程如下：利用传感器对将非电量信号转化成电信号，转换后的电信号再入A/D转换成数字量，传递给单片机进行数据处理，并向外围设备发出控制信号。论文首先介绍了单片机控制系统的整体方案设计及原理，然后具体介绍了控制系统的温度传感器部分、A/D转换部分、控制器89C51部分以及数码管显示和键盘控制部分，接着相信介绍了温度控制系统各个单元电路的设计，最后阐述了温度控制系统软件设计的主程序和各个子程序。关键字：单片机89C51温度传感器A/D转换器温度控制目录1设计任务及分

5、析11.1设计任务和要求11.2系统的分析12.电路设计22.1设计思路22.2设计原理22.3系统方案论证32.4原理框图33．积分分离PID控制43.1PID控制的作用43.2积分分离判断43.3PID控制算法64.硬件设计74.1ADC0809芯片功能74.2DAC0832芯片功能84.3AT89C51单片机104.4系统滤波原理125.基于MATLAB仿真被控对象125.1在不同参数下，MATLAB仿真波形图135.2Td变化对超调的影响146.心得体会15参考文献16温度控制系统设计1设计任务及分析1.1设计任务和要求被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功

6、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0－300℃，温度传感器测量值对应也为0～5伏，对象的特性为积分加惯性系统，惯性时间常数为T1＝40秒。要求完成的主要任务：（1）设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图；（2）编写积分分离PID算法程序，从键盘接受Kp、Ti、Td、T及β的值；（3）计算机仿真被控对象，编写仿真程序；（4）通过数据分析Td改变时对系统超调量的影响。（5）撰写设计说明书1.2系统的分析该系统的被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻

7、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℃，温度传感器测量值对应也为0~5伏，对象的特性为积分加惯性系统，这里惯性时间常数取T1＝40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，得出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