基于PID算法的电加热炉温度控制系统设计

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1、辽宁工业大学课程设计说明书（论文）辽宁工业大学课程设计说明书（论文）课程设计（论文）任务及评语学号学生姓名专业班级课程设计（论文）基于PID算法的电加热炉温度控制系统设计课程设计（论文）任务实现功能电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定时间内将炉内温度稳定在给定值上。本控制对象电阻加热炉功率为8kW，由220V交流电源供电。本设计以单片机为控制核心，加上相应的输入输出通道，采用PID算法，将温度控制在规定范围内，并要求实时显示当前温度值。被控对象由一阶惯性和纯滞后环节组成。设计任务及要求1、确定系统设计方案，包括单片机的选择，输入输出通道，键盘显示电路；2、建立被控对象的数学模

2、型；3、推导控制算法，设计算法的程序流程图或程序清单；4、仿真研究，验证设计结果。5、撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数温度控制范围：50～350℃控制精度±1C°三位LED显示温度值进度计划1、布置任务，查阅资料，确定系统方案（1天）2、被控对象建模（1天）3、算法推导，程序设计（3天）4、仿真研究（2天）5、撰写、打印设计说明书（2天）6、答辩（1天）指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日院（系）：电气工程学院教研室：自动化注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算本科生课程设计（论文）摘要电加热炉

3、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、时变性、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。电加热炉加热温度的改变是由上、下两组炉丝的供电功率来调节的，它们分别由两套晶闸管调功器供电。调功器的输出功率由改变过零触发器的给定电压来调节，本设计以AT89C51单片机为控制核心，输入通道使用AD590传感器检测温度，测量变送传给ADC0809进行A/D转换，输出通道驱动执行结构过零触发器，

4、从而加热电炉丝。本系统PID算法，将温度控制在50～350℃范围内，并能够实时显示当前温度值。关键词：电加热炉；功率；温度范围；PIDV本科生课程设计（论文）目录第1章绪论1第2章课程设计方案22.1概述22.2系统组成总体结构3第3章硬件设计43.1器件选择43.2控制器43.3电源部分43.4输入通道设计53.4.1温度检测电路53.4.2A/D转换电路53.5输出通道设计63.6键盘的选取7第4章软件设计84.1系统流程图84.2PID算法流程图94.3程序流程图10第5章系统测试与分析/实验数据及分析12第6章课程设计总结13参考文献14V本科生课程设计（论文）第1章

5、绪论电加热炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。其控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。  常规的温度控制方法以设定温度为临界点，超出设定允许范围即进行温度调控：低于设定值就加热，反之就停止或降温。这种方法实现简单、成本低，但控制效果不理想，控制温度精度不高、容易引起震荡，达到稳定点的时间也长，因此，只能用在精度要求不高的场合。电加热炉是典型的工

6、业过程控制对象，在我国应用广泛。电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制效果。本设计采用达林算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制。单片机作为控制系统中必不可少的部分，在各个领域得到了广泛的应用，用单片机进行实时系统数据处理和控制，保证系统工作在最佳状态，提高系统的控制精度，有利于提高系统的工作效率

7、。14本科生课程设计（论文）第1章课程设计方案1.1概述加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制效果。本设计采用PID算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制。在用PID算法进行控