温度控制系统及电子元器件温度特性研究

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1、温度控制系统及电子元器件温度特性研究温度控制系统及电子元器件温度特性研究实验讲义南开大学信息技术科学院现代信息技术实验室二零零五年十二月温度控制系统及电子元器件温度特性研究第一章概述“温度控制系统及电子元器件温度特性研究实验”是一项综合性的系统实验。实验内容涉及面广泛，要求实验者学习和综合运用以下几方面的知识：1．能读懂和分析本系统硬件接口与控制原理图。2．熟悉WINDOWS下的编程语言VB或VC，掌握WINDOWS编程方法，并运用VB或VC对计算机接口编程。3．了解和掌握PID基本算法。4．深入学习其它控制算法。5．对电子

2、元器件的温度特性有基本认识。以上知识，也是本实验指导书中的主要内容。本实验，要求同学们依靠自己的力量来学习、运用有关知识，进行研究性实验。因此。要求实验人员，要象承担一个研究课题一样，在教师指导下主动研究和完成实验要求。对完成该实验的时间要求，在本课程学期内不限。实验课结束后，写出相应的实验研究报告或论文。§1.1实验目的1．掌握和了解一个实际闭环温度控制系统的基本组成及工作原理。2．掌握基本控制方法，了解各项PID参数在控制过程中的作用及其选择。3．学习运用不同算法，提高系统的控制品质，达到设计要求。4．通过本实验，启发和

3、提高学生再学习和再思考能力。§1.2实验系统组成及工作原理试验采用计算机对工作台上的铜块进行恒温控制，控温范围为－40～＋120℃，并通过主机程将温度曲线在屏幕中实时显示出来，系统实物图如下所示，加热台上有两块铜块，分别用于加热和制冷试验。图1-1系统实物结构图从图中看出，系统是由PC机、PCI数据采集卡（位于PC机插槽内）、试验控制箱、加热工作台及工作电源几部分组成。我们可以将它的原理表示成如下的框图（1-2）：系统有加热和制冷两部分。加热平台中的一个铜块是控温对象，通过对铝块温度的实时采样和反馈控制，在PC机上将其温度通

4、过实时曲线直观的表示出来。铝块上面可安放一块集成电路（IC），温度控制系统及电子元器件温度特性研究本系统设计目的是给IC提供一个可变温度环境。IC的引脚可通过安装在平台盖上的IC座和外电路相连，以实现在不同温度下对IC特性的实验研究。在铝块内部缠绕有加热电阻丝，铝块通过电阻丝加热来实现系统在常温到+120℃范围内控温。当铝块温度低于设定温度时，通过电阻丝加热，当其PPC信号调节放大Pt电阻传感器IC数据制冷电源电加热工作台采机集卡控制电路加热电源图1-2系统组成温度高于设定温度时，让可控硅截止，停止加热。温度传感器是由紧贴在

5、铝块表面上的铂电阻（Pt100）实现的反馈控制。制冷平台上同样是一个铜块，通过半导体制冷，可控硅微调加热来达到低于室温的恒温控制。各部分的详细工作原理，可参考实验指导书的后续章节。本实验的各项操作主要通过PC机来完成。§1.3系统使用说明1．系统界面：在进入本系统后，首先弹出的是一个封面窗口，如图1-3。在该窗口上点击鼠标或按任意键或等待5秒钟后将自动进入系统主窗口。系统主窗口如图1-4所示。主窗口的主体分为三部分：温度曲线、工作状态和PID参数。温度曲线用来显示温度—时间变化曲线，工作状态用来显示系统工作时的一些状态量，P

6、ID参数则显示PID算法各参数的值图1-3欢迎窗口2．系统菜单介绍：本系统菜单共有文件、功能选择、参数设置、运行、视图、制冷控制、外接程序和帮助八大项。其功能分别如下：一、文件菜单：如图1-5所示。本系统为用户提供了数据保存及打开功能，在进行完一次测控之后，可以将本次测控的结果保存下来，或者打开以前保存过的结果。系统默认的文件扩展名为“.PID”。文件格式如下：温度控制系统及电子元器件温度特性研究温度微机PID控制数据文件记录数=1835最大温度=60.3125最小温度=31.5625设定温度=60Kp=10.000Ki=1

7、.000Kd=5.000T=1.00A=0.00B=0.00数据主体：31.8756213072862图1-4系统主窗口图1-5文件菜单图1-6功能选择菜单图1-7参数设置菜单二、功能选择菜单：如图1-6所示，用于选择系统功能。要选择某项功能，只须用鼠标在相应项上单击即可。在选择了等步长升温控制或程序升温控制之后，将会弹出相应的设置窗口，按提示输入相应设定值即可。三、参数设置菜单：如图1-7所示，用于进行系统参数的设置。在选择了某项后，会弹出一个对话框，提示输入参数值。虚显的项只有在选择了相应的功能后才会有效。如“输出电压”

8、项，只有在选择了“整定PID参数（阶跃）”项后，才有效。在系统主窗体上的相应项上双击鼠标，也可以进行参数设置。图1-8运行菜单图1-9视图菜单四、运行菜单：如图1-8所示。该菜单用于控制测控程序的开始或结束。同一时刻“运行”和“结束”菜单中只有一个有效。温度控制系统及电子元器件温度特性研究