电阻炉温度控制系统硬件设计开题报告

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1、开题报告电阻炉温度控制系统硬件设计1选题的背景、意义电阻炉被广泛运用于机械、石油化工、电力等工业生产中。各个领域对电阻炉温度控制的精度、稳定性、可靠性等要求也越来越高，温度控制技术也成为现代科技发展中的一项重要技术。温度控制技术发展经历了三个阶段：1、定制开关控制；2、PID控制；3、智能控制。定制开关控制方法的原理是若所测温度比设定温度低，则开启控制开关加热，反之则断开控制开关。其控温方法简单没有考虑温度变化的滞后性、惯性，导致系统控制精度低、超调量大、震荡明显。PID控制温度的效果主要取决于P、I、D三个参数，对于控

2、制大滞后、大惯性、时变性稳定系统，控制品质难以保证。电阻炉是由电阻丝加热升温，靠自然冷却降温，当电阻炉温度超调时无法靠控制手段降温因而电阻炉温度控制具有非线性、滞后性。惯性、不确定性等特点。目前国内成熟的电阻炉温度控制系统是以PID控制器为主，PID控制对于小型实验用的电阻炉控制效果良好，但对于大型工业电阻炉就难以保证电阻炉控制系统的精度、稳定性等。智能控制是一类无需人的干预就能独立驱动智能机械而实现其目标的自动控制，随着科学技术和控制理论的发展，国外的温度测控系统发展迅速，实现对温度的智能控制。应用广泛的稳定智能控制方

3、法有模糊控制、神经网络控制、专家控制等，具有自适应、自学习、自协调等能力，保证控制系统的控制精度、抗干扰能力、稳定性等性能。2相关研究的最新成果及动态国际上从70年代就开始了电阻炉计算机控制系统的研究，近十年来，由于计算机技术的迅速发展，电阻炉计算机控制的应用也日趋广泛，控制水平明显提高，取得了一些应用成果。随着数字计算机向小型、高速、大容量、低成本方向的发展，传统的PID控制和现代控制理论都在不断的发展，并取得了丰硕的成果。智能化、网络化已成为发展的趋势。80年代以后，国内对电阻炉的控制进行了广泛的研究，并且随着微型计

4、算机技术的发展，电阻炉计算机控制逐步进入实用化阶段。目前，国内电阻炉控制系统的研究现状如下：随着单片机、工业控制机、可编程控制器等先进控制系统的发展，逐步取代了以前大规模的继电器、模拟式仪表。单片机也因其极高的性价比而受到人们的重视和关注“，获得广泛地应用和迅速地发展。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。它的软件编程比较简单，广大工程技术人员通过学习单片机的知识后，就能根据自己的实际需要开发、设计一个单片机系统，并可获得较高的经济效益。正因为如此，在我国

5、单片机已被广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪表、家用电器等各个方面。它将成为智能仪器和中、小型控制系统中应用最多的一种微型计算机。对传统的负反馈、单一PID控制系统做了多种补充，从而使控制性能更佳。同时，越来越多的控制系统采用现代控制理论，最优控制、自适应控制、自校正控制器、自整定PID参数控制器，有些已成功地在工业中得以应用。除了传统的现场过程级闭环控制以外，电阻炉控制系统还具备了统一管理、数据存储、报警记录、报表生成等主要功能。管理系统应用的扩展，大大提高了电阻炉控制系统的应用性能和实用价值，提高了生产效率

6、。3课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标(1)研究内容采用AT89C51单片机对电阻炉的加热过程进行控制。使用热电偶作为温度传感器把热信号转变成电信号，电信号再经过放大，经过模数转换再输入到CPU。控制器采用PID控制算法，温度控制的原理是通过调整晶闸管的导通时间来调节加热主回路的有效电压,从而达到温度控制的目的。(2)电阻炉电加热原理当电流在导体中流过时，因为任何导体均存在电阻，电能即在导体中形成损耗，转换为热能，按焦耳楞次定律：　　Q＝0．2412RtQ—热能，卡；　　I一电流，安培

7、；　　R一电阻，欧姆；　　t一时间，秒。　　按上式推算，当1千瓦小时的电能，全部转换为热能时Q＝(0．24×1000×36000)／1000=864千卡。在电热技术上按l千瓦小时＝860千卡计算。电阻炉在结构上是使电能转换为热能的设备，它能有效地用来加热指定的工件，并保持高的效率。(3)炉温自动控制原理根据炉温对给定温度的偏差，自动接通或断开供给炉子的热源能量，或连续改变热源能量的大小，使炉温稳定有给定温度范围，以满足热处理工艺的需要。温度自动控制常用调节规律有二位式、三位式、比例、比例积分和比例积分微分等几种。电阻炉炉

8、温控制是这样一个反馈调节过程，比较实际炉温和需要炉温得到偏差，通过对偏差的处理获得控制信号，去调节电阻炉的热功率，从而实现对炉温的控制。按照偏差的比例、积分和微分产生控制作用（PID控制），是过程控制中应用最广泛的一种控制形式。系统控制程序采用两重中断嵌套方式设计。首先使T0计数器产生定时中断，作为本系统的采样周期。