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武汉理工大学华夏学院《计算机控制技术》课程设计报告书
武汉理工大学华夏学院 课 程 设 计 报 告 书
题 目： 系 名： 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师：
2011 年 6 月 14 日
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武汉理工大学华夏学院《计算机控制技术》课程设计报告书
摘要
电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各
类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。
单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。
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武汉理工大学华夏学院《计算机控制技术》课程设计报告书
设计任务及要求
在本控制对象电阻加热炉功率为800W，由220V交流电供电，采用双向可控硅进行控制。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系统，惯性时间常数为T1＝30秒，滞后时间常数为τ＝10秒。
其对象问温控数学模型为：
Kpe??s G(s)?Tis?1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）通过数据分析Kp改变时对系统超调量的影响。
4）通过数据分析Td改变时对系统超调量的影响
5）撰写设计说明书。
其中：时间常数Ti=30秒 放大系数Kp=50 滞后时间?=10秒
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武汉理工大学华夏学院《计算机控制技术》课程设计报告书
目录
1 系统硬件设计 .................................................................................................. 5
1.1 系统硬件结构框图 .............................................................................. 5 1.2
电源部分 .............................................................................................. 5
1.3 采样测量部分 ...................................................................................... 6 1.4 驱动执行部分 ....................................................................................... 6 2 积分分离PID算法 ....................................................... 错误！未定义书签。
2.1 积分分离PID控制 ............................................. 错误！未定义书签。 2.2 流程图 .................................................................. 错误！未定义书签。 3 系统测试及数据分析 ........................................................................................ 8
3.1 数据分析Kp改变时对系统超调量的影响 ......................................... 8 3.2 数据分析Td改变时对系统超调量的影响 ......................................... 8 3.3 数据分析Ti改变时对系统超调量的影响 .......................................... 8 心得体会 ................................................................................................................ 9 参考文献 .............................................................................. 错误！未定义书签。
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温度控制系统设计
1.系统硬件的设计
1.1系统硬件结构框图
本系统的单片机炉温控制系统结构主要由单片机控制器、可控硅输出部分、热电偶传感器、温度变送器以及被控对象组成。 系统硬件结构框图如下： 键盘 微型控制机 8路A/D转换器ADC0809 测量变送 温度检测PT100 温度 通信接口 8路D/A转换器DAC0832 AT89C51 驱动执行机构 加热电阻 图1-1 系统硬件结构框图
1.2电源部分
本系统所需电源有220V交流市电、直流5V电压和低压交流电，故需要变压器、整流装置和稳压芯片等组成电源电路。电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有+-10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后,还需要接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。整流装置采用二极管桥式整流，稳压芯片采用78L05,配合电容将电压稳定在5V，供控制电路、测量电路和驱动执行电路中弱电部分使用。除此之外，220V交流市电还是加热电阻两端的电压，通过控制双向可控硅的导通与截止来控制加热电阻的功率。低压交流电即变压器二次侧的电压，通过过零检测电路检测交流电的过零点，送入单片机后，由控制程序决定双向可控硅的导通角，以达到控制加热电阻功率的目的。
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