基于PID电阻炉炉温控制系统

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1、第8期谢铮辉等．基于PID的电阻炉炉温控制系统·931·基于PID的电阻炉炉温控制系统abaa谢铮辉马有良邓琥何俊(西南科技大学a．信息工程学院;b．制造科学与工程学院，四川绵阳621010)摘要介绍了一种基于单片机的温度控制系统，该系统采用数字PID控制，运用PWM脉宽调制技术对电阻炉温度进行控制，消除了温度控制系统的振荡和超调现象，实现了对温度的精确控制。关键词PID温度控制单片机中图分类号TP273文献标识码A文章编号1000-3932(2011)08-0931-03电阻炉是一种利用电流通过电热元件产生的通，从而实现加热丝加热回路的导通，使加热丝正热量加热工件的热处理设备，具有结构简单、

2、操常工作加热炉体，图2为LM311比较器电路，作简便及价格低廉等特点，广泛用于冶金、化工、LM311电压比较器将50Hz的正弦交流电压变成机械、火工及食品等行业中，但都需对温度进行精方波，得到的电压为10V。方波的正跳沿和负跳确的控制。笔者介绍的系统是以AT89S51为核沿作为单稳态触发器的输入信号，从单稳态触发心建立起来的一个温度测量控制系统，加热炉的器输出220V过零同步脉冲。MC14528在Q1和被控温度为0～500℃，精度为±0．5℃，显示分辨Q2脚输出同步脉冲，脉冲的宽度为2～3ms，Q1率为0．2℃，通过单片机显示温度值。①和Q2输出脉冲通过或门后，输出的方波信号变［2］1硬件系统

3、成可以触发双向可控硅的窄脉冲信号。此信温度控制系统(图1)的硬件电路包括:过零号通过光电隔离器MOC3061/3021，便可以触发触发电路、温度检测电路和双向可控硅触发电路。双向可控硅。此信号经单片机控制后，可以任意电炉一般采用电阻丝作为加热元件，系统中温度控制可控硅的导通关断，从而控制加热炉的开断。传感器采用PT100(炉体的加热通过加热电热丝的方法来实现)。工频220V电压被电阻分压后，经过运放输出得到幅值为10V的正弦电压，此电压的频率与工频电压频率相同(50Hz)。经过芯片MC14528，正弦波整形为脉宽为2～3ms、周期［1］为10ms的方波。方波信号触发双向晶闸管导图1温控系统组成

4、图2LM311比较器电路①收稿日期:2011-06-30(修改稿)基金项目:西南科技大学实验技术研究项目(10syjs-39)·932·化工自动化及仪表第38卷由于双向可控硅在驱动高电抗性负载时，电位置，因此被称为位置式算法;压电流相差不为零，因此需要在双向可控硅的过e(k)———第k次采样时刻输入的偏差值;零触发电路中加入保护电路，图2中的R3为限流e(k－1)———第k－1次采样时刻输入的偏差电阻，使输入的LED电流能达到15mA，计算公式值。为:R3=(Vcc－VF)/I式中VF———红外发光二极管的正向电压，承受电压为1．2～1．4V;图3位置式PID控制系统I———红外发光二极管触发

5、电流。R1是触发双向可控硅的限流电阻，其值由交2．2PID算法实现原理流电网电压峰值及触发器输出端允许重复冲击电针对不同系统可以采用不同方式来实现PID流峰值决定，R1=Vp/ITSM。Vp为交流电路中峰值控制，而笔者所述系统采用输出PWM波控制双电压，ITSM为重复浪涌电流。R1是双向可控硅的向可控硅的方式来控制电炉。对于加温的温度控门极电阻，当可控硅灵敏度较高时，门极阻抗也比制可以采用调节供电电压或在一定时间的循环周较高，使用R1能提高电路抗干扰能力。在保护电期内的供电时间比例(即PWM波)来调节加［5］路中将一个电阻和电容串联后在负载两端形成浪温。涌吸收电路，防止浪涌电压损坏双向可控硅，

6、电调功法控制的原理是通过PWM脉冲调宽功阻、电容值可以选取39Ω和0．01μF。率放大器，控制双向可控硅调节电阻丝的功率，从2PID算法而达到调节温度的目的。设一个控制周期Tc中PID控制算法是一个广泛应用于计算机控制有N个完整的正弦波，则Tc=N/f(f为电网的频的基本算法，而PID控制的数字化是属于控制算率)，因此只要在周期Tc中控制主回路中周波数［3］法设计中的模拟设计法。它是由连续系统PID的通断n，就可以改变功率对系统进行调节。由发展起来的，具有原理模型简单、容易实现、鲁棒于系统采用调节功率的方法来控制电炉的加温，性强及使用面广等优点。即改变可控硅的通断时间比η，使信号整周波导2．1

7、位置式PID控制算法通与整周波关断。控制电路把负载与电源在周期数字PID控制算法通常分为位置式PID控制Tc内开通t1秒，然后再断开t2秒，从而来控制加算法和增量式PID控制算法。位置式PID参数是t1温。η=为导通率，负载上的电压Uz≈U一个历史性的PID参数，最明显表现于它有整个t1+t2历史过程的积分，而增量式PID的是比例环节两t21Un=槡ηU，负载的功率P=。个误差的差，积分环节变成了