单片机温度控制系统论文：基于单片机的温度控制系统的软件.pdf

计算机技术与应用 《宁夏机械》2009 年第4 期 基于单片机的温度控制系统的软件设计 陈 慧 （西北轴承股份有限公司，宁夏 银川 750021） 摘 要 温度控制，在工业自动化控制中占有非常重要的地位，本文论述了基于单片机的温度控制系 统的总体方案设计及软件设计。 关键词 温度控制 单片机 纯滞后 预估器 1 温度控制系统的总体方案设计 度值比较，其差作为数字PID 控制器的输入，经过PID 运 1.1 设计内容 算后的输出值控制电源的PWM 的通断时间，使实际温度 本设计的控制对象为一电加热炉，输入为加在电阻 值与给定温度值的差接近为零，达到自动控制炉温的目 丝两端的电压，输出为电加热炉内的温度。控温范围为 的。本系统还设计了LED 静态显示器来实时显示温度值， 0－+800 ℃，要求实时显示当前温度值、控制精度±5%。 方便人工监视，其给定的温度值由键盘输入设定，使系统 由于温度控制系统存在大延时、纯滞后特性，被控对 能适应各种不同温度的控制需要。如图2 所示。 象的这种特性常引起系统产生超调和震荡，降低系统的 键盘 稳定性或降低系统的反馈性能，用常规的控制方法是难 单 AD 转换 变送器 传感器 电 显示 片 阻 以达到系统的稳定性的，因此要对系统进行纯滞后补偿， 机 PWM 功率元件 炉 消除系统的超调和震荡，使系统稳定。运用史密斯预估器 电源 对系统进行纯滞后补偿，采用数字PID 控制器，为实现高 图2 系统总体结构框图 精度控制的要求，采用PWM 方式的电源控制，通过控制 1.3 史密斯（smith）预估控制和PID 调节器的设计 大功率电力电子器件的导通和关断时间实现对给定电压 系统带有纯滞后环节会导致系统对控制指令的反应 的控制，从而保持设定的温度基本不变，采用LED 静态显 不及时，甚至导致系统不稳定。因此要对系统进行纯滞后 示温度值，方便人工监视；用键盘输入温度给定值。 补偿，消除系统的超调和震荡，使系统稳定。 1.2 系统结构的设计 1957 年smith 提出了一种针对纯滞后被控对象的预 控制系统的组成结构如图 1 所示。 估方法，该方法的基本思想是：给控制器并联一个补偿环 节，对纯滞后补偿环节进行补偿，力图把纯滞后环节移到 测量元件 闭环回路之外，从而消除滞后特性所造成的影响，减少超 调量，提高系统的稳定性，加速调节过程，提高系统的快 输入信号 控制变量 执行 输出信号 控制器 控制对象 速性。 元件 被控量 PID 控制是最早开展起来的控制策略之一，由于其算 图1 系统结构框图 法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点被广泛应用工业过程 温度控制系