计算机控制技术课程设计-温度控制系统设计

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1、课程设计题目温度控制系统设计学院自动化学院专业自动化专业班级姓名指导教师2014年6月24日课程设计任务书题目:温度控制系统设计要求完成的主要任务:被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。可控硅控制器输入为0－5伏时对应电炉温度0－300℃，温度传感器测量值对应也为0－5伏，对象的特性为二阶惯性系统，惯性时间常数为T1＝20秒，滞后时间常数为τ＝10秒。1）设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图；2）编写积分分离PID算法程序，从键盘接受Kp、Ti、Td、T及β的值；3

2、）通过数据分析Ti改变时对系统超调量的影响。4）撰写设计说明书。时间安排：6月9日查阅和准备相关技术资料，完成整体方案设计6月10日—6月12日完成硬件设计6月13日—6月15日编写调试程序6月16日—6月17日撰写课程设计说明书6月18日提交课程设计说明书、图纸、电子文档指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要本次课程设计我设计的题目是温度控制系统。通过专业课程的学习，我将引入计算机，单片机，传感器，以及PID算法来实现电炉温度的自动控制，完成课程设计的任务。计算机的自动控制是机器和仪表的发展趋势，它不仅解放了劳动力，也比以往的人为监控更准确，更

3、及时。一旦温度发生变化，计算机监控系统可以立即检测到并通过模拟量数字通道传送到计算机。计算机接收到信号后通过与给定值进行比较后，计算出偏差，再通过PID控制算法给出下一步将要执行的指令。最后通过模拟量输出通道将指令传送到生产过程，实现机器仪表的智能控制。本次课程设计用到了MATLAB这一软件，通过编写程序，将被控系统离散化。再通过MATLAB中的simulink仿真功能，可以看到随着Ki，Kp，Kd改变波形发生的改变，从而可以通过波形直观地看出PID参数对系统动态性能的影响。关键字：温度控制A/D转换D/A转换Simulink仿真目录1.设计任务及分析12.方案设

4、计23.系统硬件设计33.1系统硬件结构33.2系统硬件的选择33.3系统硬件连接图44系统软件设计64.1确定程序流程64.2程序控制算法介绍84.3PID控制算法105系统仿真115.1仿真程序及图形设计11心得体会13参考文献14附录1芯片资料15附录2程序清单17本科生课程设计成绩评定表27温度控制系统设计1.设计任务及分析　　被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。可控硅控制器输入为0－5伏时对应电炉温度0－300℃，温度传感器测量值对应也为0－5伏，对象的特性为

5、二阶惯性系统，惯性时间常数为T1＝20秒，滞后时间常数为τ＝10秒。1）设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图；2）编写积分分离PID算法程序，从键盘接受Kp、Ti、Td、T及β的值；3）通过数据分析Ti改变时对系统超调量的影响。4）撰写设计说明书。　　本次设计是对电炉的温度控制，而电炉的温度是通过放在其中的热阻丝来控制的，而热阻丝的电流由可控硅控制器控制热阻丝两端所加电压来控制。对电炉温度的控制是个动态的过程，不可能一下子就达到我们想要的温度，需要用到一些仪器比如热电偶来测量电路的温度，通过传感器将炉温转换成电压信号，送入A/D转换器，通过采样和模数转换，所

6、检测到的电压信号和炉温给定值的电压信号送入计算机程序中作比较，得出给定值与实际值之间的偏差，单片机对偏差进行运算，将运算结果送给晶闸管调压器来调节热阻丝的电流，以此来调节电电炉的温度。272.方案设计电炉的温度控制是个动态的控制过程，需要借助计算机，单片机等很多器件的硬件连接来实现。而电炉温度的直接控制是通过热阻丝的加热来实现的，热阻丝的加热是由流经热阻丝的电流来控制的，而热阻丝的电流是通过可控硅控制器控制热阻丝两端所加电压来控制，电压的调节是通过可控制硅控制。需要用到热电偶时刻监测电炉的温度，通过传感器将温度信号转化为电压信号，而电压信号通过模数转换送入到计算机

7、进行控制，计算机将转换结果送到晶闸管来控制加到热阻丝两端的电压，这样达到调节电炉温度的目的。传感器电炉数据采集控制电路D/A转换A/D转换计算机显示电路键盘控制图2-1温度控制系统框图273.系统硬件设计炉温信号T通过温度检测及变送，变成电信号，与温度设定值进行比较，计算温度偏差e和温度的变化率de/dt，再由智能控制算法进行推理，并得控制量u，可控硅输出部分根据调节电加热炉的输出功率，即改变可控硅管的接通时间，使电加热炉输出温度达到理想的设定值。3.1系统硬件结构ADC0809的INT0端口所连接的电阻起到给定预定值的作用，通过调节滑动变阻器划片的位置，改变IN

8、T0端口的