《计算机控制技术》课程设计说明书-温度控制系统设计汇.doc

课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 自动化 指导教师： xxx 工作单位： 自动化学院 题 目: 温度控制系统设计 初始条件： 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，对象的特性为一阶积分加惯性系统，惯性时间常数为T1＝40秒。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 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．计算机仿真被控对象，编写仿真程序； 4．通过数据分析β改变时对系统超调量的影响。 5. 撰写设计说明书。课程设计说明书应包括：设计任务及要求；方案比较及认证；系统滤波原理、硬件原理，电路图，采用器件的功能说明；软件思想，流程，源程序；调试记录及结果分析；参考资料；附录：芯片资料，程序清单；总结。 时间安排： 6月20日—7月22日 查阅和准备相关技术资料，完成整体方案设计 6月23日—6月24日 完成硬件设计 6月27日—6月28日 编写调试程序 6月29日—6月30日 撰写课程设计说明书 7月1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 电阻炉在化工、冶金等行业应用广泛，在工业生产和科学研究中具有重要意义。控制系统属于一阶环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。 1 1.1 初始条件 1 1.2 设计任务 1 2总体方案论证 1 2.1方案一 2 2.2方案二 2 2.3方案论证 2 3 系统工作原理及流程图 2 4 硬件选择 3 4.1 8051芯片功能 3 4.2 A/D与D/A转换器 5 4.2.1 ADC0809芯片功能 5 4.2.2 DAC0832芯片功能 5 4.3 镍铬-铜镍热电偶 6 4.4系统总电路图 6 5 积分分离PID算法 7 5.1 积分分离PID算法原理 7 5.2 PID算法介绍 8 5.3 系统仿真 9 心得与体会 13 参考文献 14 附录：程序清单 15 温度控制系统设计 1 设计要求 1.1 初始条件 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，对象的特性为带有纯滞后环节的一阶积分加惯性系统，惯性时间常数为T1＝40秒，滞后时间常数为τ＝10秒。 1.2 设计任务 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．计算机仿真被控对象，编写仿真程序； 4．通过数据分析β改变时对系统超调量的影响。 5. 撰写设计说明书。课程设计说明书应包括：设计任务及要求；方案比较及认证；系统滤波原理、硬件原理，电路图，采用器件的功能说明；软件思想，流程，源程序；调试记录及结果分析；参考资料；附录：芯片资料，程序清单；总结。 2总体方案论证 用温度传感器来检测炉的温度，将炉温转变成毫伏级的电压信号，经温度变送器放大并转换成电流信号。由电阻网络讲电流信号变成电压信号，送入A/D转换器，通过采样和模数转换，所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，并与β进行比较，从而确定算法。计算得到的控制量输出给可控硅控制器，改变可控硅的导通角，达到调压的目的，是电阻丝两端的电压增大或较小，进而实现对炉温的控制。 这两个方案都是采用单片机控制，两个方案的比较部分为温度检测部分。 2.1方案一 方案一温度检测部分检测部分采用热电偶，它需要冷端补偿电路与其配套，并且热电偶输出电压只有几毫负，必须经过放大处理才能A/D转换和D/A转换器接口，若采用8位A/D转换器，ADC0809则输人端需采用仪用放大器，把几毫伏的电压信号放大到5伏左右。由于热电偶属于非线性器件，因此每个温度值都必须通过分度表，查表才能获得，这给软件编程和数据处理增加了难度。 2.2方案二 方案二采用数字温度传感器DS18B