毕业设计：电阻炉单片机检测控制系统.doc

电阻炉温度单片机检测控制系统设计 湖南大学衡阳分校毕业设计（论文） PAGE 50 PAGE 49 第1章 系统概述 1.1 控制系统方案的选择 温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等；控制方案有直接数字控制（DDC），推断控制，预测控制，模糊控制（Fuzzy），专家控制(Expert Control)，鲁棒控制（Robust Control），推理控制等。 根据设计的要求，本系统采用直接数字控制（DDC）。并运用传统的PID系统，即单片机微、积分电路控制系统。 工作流程：传感器定时对炉温进行监测放大后，经芯片ADC0809的A/D转换得到相应的数字量，再送到单片机8031CPU进行判断和运算，得到相应控制量去控制电阻炉功率，从而实现对温度的控制。 1.2 直接数字控制的原理和优点 直接数字控制（DDC）是用于监视和控制系统中有关机电设备的控制器，它是一个完整的控制器，有应有的软硬件，能完成独立运行，不受到网络或其它控制器故障的影响。根据不同类型的监控点数提供符合控制要求和数量的控制器。每处DDC 具有10-15%点数的扩充或余量。控制器构成符合以下要求：A）以32位或16位微处理器的可编程DDCB）具有不同类型点的点终端模块C）具有可脱离中央控制主机独立运行或联网运行能力D）电源模块E）通信模块F）可配置运行不同的输入/输出模块：a)模拟信号输入，数字信号输入和脉冲信号输入b)模拟信号输出和数字信号输出G)DDC 有在模板LED显示每个数字输入，输出点的实时变化状态。H)当外电断电时，DDC的后备电池可保证RAM中数据在60天不掉失。I)当外电重新供应时，在无需人工干预的情况下，DDC能自动恢复正常工作。J)当DDC存储的数据非正常丢失时，用户可通过现场标准串行数据接口和通过网络操作将数据重新写入DDC控制器。K)DDC的操作程序与应用程序皆采用PPCL高级语言编写。L)DDC程序的编写，修改既可在中央站上进行，也可通过便携机进行。M)DDC在外电断时，同时后备电池丢失时，能存储其应有程序。N)DDC的采集精度与传感器的精度相匹配。O)工作环境：温度0度到50度，相对湿度0-90%P)电源：AC220V, ±10%,50HZ。 DDC具备以下功能：DDC 定时启停,自适应启/停DDC 自动幅度控制,需求量预测控制DDC 事件自动控制,扫描程序控制与警报处理DDC 趋势记录,全面通信能力 1.3 直接数字控制的缺点 DDC控制系统要求的配置比较复杂，扩展性也有一定的局限性，设置空间浪费?，?设计变更时消耗很多时间和费用，在干扰下稳定性比较弱，发生故障时使其他通信线路终止（严重时使CPU损坏），这样对整个设计造成一定的困难。 1.4 控制算法的选择 在计算机控制系统中，PID控制规律是用计算机程序来实现的，因此它的灵活性很大。一些原来的模拟PID控制器中无法实现的问题，在引入计算机以后就可以得到解决，于是产生了一系列的改进算法，以满足不同控制系统的需要。 由于被控制对象是复杂的、经常变化的量，因此在系统中采用单片机微、积分计算，即数字化PID控制系统。PID算法是按照偏差的比例、积分、微分进行的一种算法，计算机PID算法是用差分方程近似实现的。 用微分方程表示的PID调节规律的理想算式为： u（t）= Kp[e（t）+∫e（t）dt/Ti+Td×de（t）/dt] 式中，c（t）= r（t）- y（t）为偏差信号，是调节器的输入信号，r（t）是给定值，y（t）为被控量，u（t）为调节器输出的控制信号，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。 1.4.1模糊控制规则　　模糊控制规则的形成是把有经验的操作者或专家的控制知识和经验制定成若干控制决策表，这些规则可以用自然语言来表达，但一般要进行形式化处理。例如：(1)“If　Aｎ　Then　Bｎ”；(2)“If　Aｎ　Then　Bｎ　Else　Cｎ”；(3)“If　Aｎ　And　Bｎ　Then　Cｎ”；其中Aｎ是论域U上的一个模糊子集，Bｎ是论域V上的一个模糊子集。根据人工试验，可离线组织其控制决策表