基于.PID控制的淬火炉炉温控制系统设计说明书

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1、.计算机控制技术课程设计任务书学生姓名专业班级学号题目基于PID控制的淬火炉炉温控制系统设计课题性质课程设计课题来源自拟课题指导教师主要内容针对淬火炉炉温控制系统的控制功能要求，设计一个计算机控制系统，能够对淬火炉内的温度进行测量及显示，并通过执行机构控制淬火炉内的温度保持在给定值。任务要求第1天：熟悉课程设计任务及要求，针对课题查阅技术资料。第2天：确定设计方案。要求对设计方案进行分析、比较、论证，画出方框图，并简述工作原理。第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单

2、元电路的设计要有详细论述。第5天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅不少于5000字。主要参考资料[1]沙占友.单片机应用技术与实例.北京：电子工业出版社，2005[2]楼然苗.单片机课程设计指导.北京：北京航空航天大学出版社，2007[3]张毅刚等，MCS-51单片机应用设计，哈工大出版社，2007年[4]张晋格．计算机控制原理与应用．北京：电子工业出版社，1995审查意见系（教研室）主任签字：　　　　　　　　　　年月日...1引言1.1课题背景  温度是工业对象中

3、一个主要的被控参数，它是一种常见的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。温度控制是许多设备的重要的构成部分，它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，以利于进行工件的加工与处理。不论是在生活中还是在工业生产过程中，温度的变化对生活、生产的某些细节环节都会造成不同程度的影响，所以适时地对温度进行控制具有重要的意义。1.2控制对象淬火是生产过程中的一道关键工序，其温度控制的精度直接影响到产

4、品的质量，因此淬火炉的温度控制在工业生产中具有重要意义。1.3系统功能及技术要求淬火炉温度控制通常由多个温区，本设计针对一个温区进行温度控制，要求控制温度范围600-800℃，控制精度在±1℃。温度探头选用热电偶。系统具体化技术指标如下：1.淬火炉温度控制在600-800℃；2.加热过程中恒温控制，误差为±2℃；3.LED实时显示系统温度，用键盘输入温度，精度为1℃；4.采用直接数字控制算法，要求误差小，平稳性好；5.温度超出预置温度±5℃时发出报警。2总体方案设计2.1控制方案选择方案一：系统采用8031作为系统的微

5、处理器。温度信号由热电偶检测后转换为电信号经过预处理（放大）送到A/D转换器，转换后的数字信号再送到8031内部进行判断或计算。从而输出的控制信号来控制锅炉是否加热。但对于8031来说，其内部只有128个字节的RAM，没有程序...存储器，并且系统的程序很多，要完成键盘、显示等功能就必须对8031进行存储器扩展和I/O口扩展，并且需要容量较大的程序存储器，外扩时占用的I/O口较多，使系统的设计复杂化。方案二：AT89C51单片机是最常用的单片机，是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器。AT89C51与MCS-51系

6、列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能，功能强、灵活性高而且价格低廉。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低了系统成本。只要程序长度小于4K，四个I/O口全部提供给拥护。系统运行中需要存放的中间变量较少，可不必再扩充外部RAM。综上所述的二种方案，该设计选用方案二比较合适。2.2数学模型的建立本设计针对一个温区进行温度控制，要求控制温度范围600-800℃，控制精度在±1℃。温度探头选用热电偶。输出0-10mA电流信号，通过双

7、向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压，输入电流输出电压线性关系。其对象温控数学模型为：（2-2-1）其中，θ（s）为炉温，U（s）为输入电压，K、TP、τ为炉子的参数。这三个参数都能通过实验的方法得到。2.3控制算法的确定PID调节是连续系统中技术最成熟的、应用最广泛的一种控制算方法。它结构灵活，不仅可以用常规的PID调节，而且可以根据系统的要求，采用各种PID的变型，如PI、PD控制及改进的PID控制等。它具有许多特点，如不需要求出数学模型、控制效果好等，特别是在微机控制系统中，对于时间常数比较大的被控制对象来说，数

8、字PID完全可以代替模拟PID调节器，应用更加灵活，使用性更强。所以该系统采用PID控制算法。在计算机控制系统中，PID控制规律的实现必须用数值逼近的方法。当采样周期相当短时，用求和代替积分，用后向差分代替微分，是模拟PID离散化变为差分方程。...数字PID位置型控制算式为：（2-3-1）数字PID增量型控制算式为：（2-3-2