基于单片机的加工机温度控制系统设计.pdf

2008年8月 济南职业学院学报 Aug．2008 第4期(总第69期) Jo衄1al No．4(SerialNo．69) 0fJir幽V0c撕∞al蹦le薛 基于单片机的加工机温度控制系统设计 李元建1杨清林2 (1，济南职业学院教务处，山东济南250103；2，济南职业学院电子系，山东济南250103) 摘要：介绍了基于89c52单片机的加工机温度控制系统。由于控制系统的关键与难点在于温度控制的精 度和速度，它直接反映了控制系统的性能。本文研究了加工机的温度特性，在分析了Bang—Bang控制与PID控 制特点的基础上，提出增量型PID控制与Bang—Bang控制相结合的方法，以时间最优控制策略对注塑机料筒 的温度进行控制。根据此控制策略设计的温度控制系统经验证，控制精度高、成本低、抗干扰性强。 关键词：温度控制；单片机；增量型PID控制；Bang—Bang控制；时间最优 中图分类号：TP393 文献标识码：A 引言 值等。显示电路采用6位LED数码管构成静态显示，主要 温度控制是食品加工机械控制系统设计中的主要内 用于显示温度实测值、设定值、报警参数以及控制参数 容之·，其性能优劣直接影响食品加工质量。控制加工温 等。输出电路原理如图l所示： 度迅速、准确地达到设定值对于改进产品质量，提高生 产效率有着十分重要的意义。 传统的温度控制系统中主要使用常规温控器作为控 制设备，致使温控系统结构复杂、可靠性差、精度低、价格 高。设计高性能温控系统是食品加工机设计中亟待解决 Pl● 的主要技术问题之·。 控制系统的关键与难点在于温度控制的精度和速 度，它直接反映了控制系统的性能。本文给出一种基于 图1双向可控硅输出电路图 单片机的P1．0输出与控制量相对应的PwM波，经 89c52单片机，采用增量型PID控制与Bang—Bang控制相 结合，温控精度可达±O．5℃，且具有较完善的报警提示、 M0c3041实现光电隔离和双向可控硅驱动，从而控制加 参数修改等功能。经现场使用验证，满足食品加工的要 热筒。 求，且结构简单、成本低、易于实现。 2、加工机温度特性 1、系统硬件设计 研究加工机的温度特性，有助于建立一个合适、准 温控系统的工作原理为：温度传感器的输出信号经 确、实用的控制系统的数学模型。通过采用阶跃响应法 调理电路处理后，在单片机的控制下，经A，D转换采入， 对加工机三段进行加热测试，获得如图2所示的温度阶 与预设温度值比较得出温度偏差值，经PID算法处理得 跃响应曲线，其中图(a)为第一段30％加热功率，另外两 出控制量，控制输出PwM波的占空比。经输出电路控制加 段输入为零时的三段加工机温度阶跃响应曲线；图(b)为 热筒加热。现将主要功能电路描述如下： 第二段30％加热功率，另外两段输入为零时的三段加工 温度传感器采用Ptloo温度变送器，测温范围机温度阶跃响应曲线；图(c)为第三段30％加热功率，另 外两段输入为零时的三段加工机温度阶跃响应曲线；图 0～400℃，输出电流4—20mADC，l，V转换电路由125Q精密 电阻构成。限幅滤波器由双向稳压管和Rc无源滤波器构 (d)为第一段分别输入40％、30％加热功率的温升曲线。 对阶跃响应进行模型降阶处理，加热系统可以表示为带 成，上限截止频率fk=100Hz。阻抗变换器采用电压串联负 反馈的同相精密放大器，放大倍数为4。由LM331VF转换 纯滞后的一阶响应特性。其模型表达