基于单片机的预测控制的研究与实现.doc

目 录 第1章 概述 2 1.1课题背景与意义 2 1.2任务与功能 3 1. 2.1.控制电路的方案选择 3 1.2.2 测温电路方案的选择 3 1．2.3 加热控制方案的论证 4 第2章 温度控制总体方案 5 2.1 水温控制系统方框图 5 2.2温度控制示意图 5 2.3 PID简介及其算法 6 2.3.1PID各种组合的介绍 7 2.3.2PID控制器的参数整定 9 第3章 控制部分原理图 11 3.1 STC89C52单片机及其最小系统 11 3.2 12864 液晶 15 3. 3 18B20 温度传感器 16 第4章 实现部分原理图 19 4.1 TLP521光电耦合器 19 4.2 边沿D触发器 20 4.3 MOC3060可控硅专业驱动器 22 4.4 BAT16 双向可控硅 23 第5章 程序及程序流程图 25 5.1程序流程图 25 5.2软件调试结论 25 结论 26 参考文献 27 附录 29  第1章 概述 1.1课题背景与意义 在现代化的工业生产中，电流电压、温度、压力、流量都是常用的主要被控参数。例如冶金工业、化工生产、造纸行业、机械制造和视频加工等诸多领域中。人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的为年度进行检测和控制。采用STC89C52单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性打等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。目前，温度控制系统在国内各行各业的应用已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体的发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、、德国等先进的国家相比，仍然有着较大的差距。现在，我国在这方面总体技术处于20世纪80年代中国后期水平。成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度控制系统，难以控制滞后复杂时时变温度控制系统，而且适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。随着嵌入式系统开发技术的快速发展及其在各个领域的广泛应用，人们对电子产品的小型化和智能化要求越来越高，作为高兴技术之一的单片机以其体积小、价格低、可靠性高、适用范围大及其本身指令系统等诸多优势，在各个领域、各个行业应用广泛。 水温控制在日常生活中应用广泛,分类较多,不同水温控制系统的控 制方法也不尽相同,其中以 PID 控制法最为常见.单片机控制部分采用 89C52 单片机为核心,采用软件编程,实现用 PID 算法来控制 PWM 波的产生,进而控制 电炉的加热来实现温度控制.然而,单纯的 PID 算法无法适应不同的温度环境, 在某个特定场合运行性能非常良好的温度控制器,到了新环境往往无法很好胜任, 甚至使系统变得不稳定,需要重新改变 PID 调节参数值以取得佳性能. 本文首先用 PID 算法来控制 PWM 波的产生, 进而控制电炉的加热来实现温度 控制.然后在模型参考自适应算法 MRAC 基础上,用单片机实现了自适应控制,弥补了传统 PID 控制结构在特定场合下性能下降的不足,设计了一套实用的温度测控系统,使它在不同时间常数下均可以达到技术指标.此外还有效减少了输出继电器的开关次数,适用于环境参数经常变化的小型水温控制系统水温控制系统概述温度控制是无论是在工业生产过程中, 还是在日常生活中都起着非常重要的 作用,过低的温度或过高的温度都会使水资源失去应有的作用,从而造成水资源 的巨大浪费.特别是在当前全球水资源极度缺乏的情况下,我们更应该掌握好对 水温的控制,把身边的水资源好好地利用起来. 在现代冶金,石油,化工及电力生产过程中,温度是极为重要而又普遍的热 工参数之一.在环境恶劣或温度较高等场合下,为了保证生产过程正常安全地进 行,提高产品的质量和数量,以及减轻工人的劳动强度,节约能源,要求对加热 炉炉温进行测,显示,控制,使之达到工艺标准,以单片机为核心设计的炉温控 制系统,可以同时采集多个数据,并将数据通过通讯口送至上位机进行显示和控 制.那么无论是哪种控制,我们都希望水温控制系统能够有很高的精确度(起码 是在满足我们要求的范围内) ,帮助我们实现我们想要的控制,解决身边的问题. 在计算机没有发明之前,这些控制都是我们难以想象的.而当今,随着电子行业的迅猛发展,计算机技术和传感器技术的不断改进,而且计算机和传感器 的价格也日益降低,可靠性逐步提高,用信息技术来实现水温控制并提高控制的 精确度不仅是可以达到的而且是容易实现的.用高新技术来解决工业生产问题, 排除生活用水问题实施对水温的控制已成为我们电子行业的任务, 以此来加强工业化建设,提高人民的生活水平 2.1.控制电路的方案选择 方案一： 采用运放等模拟电路搭建一个控制器， 用模拟