微机控制课程设计报告书

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1、固中原工学院信息商务学11微机控制课程设计报告书班级：自动化112学号：姓名完成日期：14年5月一、课程设计功能描述电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，己经在冶金、化工、机械等各类工业控制小得到了广泛应用，并且在国民经济屮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。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

2、对彖电阻加热炉功率为800W,由220V交流电供电，采用双向可控硅进行控制。木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。其对象为温控数学模型为：G($)=7>+1其中：时间常数Td=350秒放大系数Kd=50滞后时间r=秒控制算法选用改PID控制二、课程设计分析设计2.1课程设计目的：大学本科学生动手能力的培养和提高是大学本科教育的一个重要内容。如何让学生在学好基础知识的同时，迅速掌握应用技术，实验与课程设计环节起着非常重要的作用。本课程设计的目

3、的，是让自动化专业学生通过课程设计，首先熟悉认识微机控制的理论基础，根据实际的系统设计要求，掌握初步微机控制系统的设计方法，从硬件系统和软件系统设计两个方面得到实际的提高，为今后的毕业设计打下良好的基础。2.2课程设计基本要求：1、运用微机控制理论，根据设计要求设计微机控制系统控制结构方框图,绘制微机控制系统主电路图、控制电路图，编制系统程序流程图、根据系统程序流程图编制C语言程序。2、课程设计应由学生木人独立完成完成，严禁抄袭（对自己的设计不熟悉，读不懂设计中的关键功能部分，对设计的结构不清楚，对设计的功能不了解等），一经验收教师认定其抄袭行为，成绩即为不及格。3、认真编写课程设计报

4、告。2.3课程设计题目安排：设计电阻炉温度控制系统，加热炉功率为800W,要求控制温度范围50~350C,保温阶段温度控制精度为正负I度。选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向晶闸管控制器控制加热电阻两端的电压.1、设计主电路。2、设计控制电路。3、绘制主程序流程图，设计主程序。4、设计温度采集子程序。5、编制PID程序。6、编制显示子程序。三、控制方案总述3.1方案设计根据设计任务的要求，采用80C51单片机系统组成的数字控制器代替常规模拟调节器。整个系统在规定的采样时刻经过A/D转换采集由温度传感器ADC0809反馈回来的温度反馈测量值，并和给定值进行比较，将经过控制运算

5、后的控制量输出给执行元件控制电阻丝的加热过程。这样的系统属于直接数字控制(DirectDigitalControl,DDC)系统。直接数字控制系统中的80C51单片机取代了多个模拟调节器，在不更换駛件的情况下，只要改变程序或调用不同了程序，就可实现各种复杂的控制规律。此外，系统还应实现人机接I」功能。3.2系统组成框图及工作原理系统的组成框图如图(2.1)所示。整个系统由四部分组成，即：80C51单片机系统；温度检测通道；输出控制通道及报警显示系统。工作时，温度由集成温度传感器AD590转换成电流信号，经运放放大至0・5v的电压信号，由ADC0809转换成单片机所能接受的数字信号，此信

6、号与温度的给定值比较得到温度的偏差，通过PID控制器运算，此控制量经可控硅控制加在电阻炉上的电压的通断时间，以达到控温目的。3.3控制策略设计PID调节在电阻炉控制系统技术屮应用的菲常多，且是广泛被对推广的求采用各种PID的变种，如PI、PD控制，不完全微分控制，积分分离式PID控制，带死区的PID控制，变换积分PID控制，比例PID控制等等。在PID控制系统中，系统参数整定方便，而II在大多数工业生产过程中效果比较好，不需要求出数学模型。用数字PID完全可以代替模拟调节器，而且可以得到比较满意的效果。所以用数字模型PID是目前应用比较广泛的方法之一。通过分析控制器和执行器的关系，选用

7、位置式PID控制作为电阻炉控制系统的控制策略。控制算法如下式：=Kpe(k)e(i)+Td纟®~—~—+u(k一1)式中：Kp：比例增益Ti：积分时间常数Td：微分时间常数首先，计算出给定值温度与实际温度之间的差，反馈给PID控制器，PID控制器根据其大小，来控制晶闸管的导通角的大小，这样使得触发时间t改变，从而改变电阻炉的通电时间。其次，由于木系统是单向控温系统，所以在晶闸管没有导通时其导通角度是龙。最后，根据公式：PID控制来间接控制电阻炉