计算机控制系统课设报告数字温度PID控制器的设计

《计算机控制系统A》课程设计

任务书

一、目的与要求

1、通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内容的理解和掌握；

2、结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力；

3、培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力；

4、要求学生能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用方案的要

求，进行方案的总体设计和分析评估；

5、报告原则上要求依据相应工程技术规范进行设计、制图、分析和撰写等。

二、主要内容

1、数字控制算法分析设计；

2、现代控制理论算法分析设计；

3、模糊控制理论算法分析设计；

4、过程数字控制系统方案分析设计；

5、微机硬件应用接口电路设计；

6、微机应用装置硬件电路、软件方案设计；

7、数字控制系统I/O通道方案设计与实现；

8、PLC应用控制方案分析与设计；

9、数据通信接口电路硬件方案设计与性能分析；

10、现场总线控制技术应用方案设计；

11、数控系统中模拟量过程参数的检测与数字处理方法；

12、基于嵌入式处理器技术的应用方案设计；

13、计算机控制系统抗干扰技术与安全可靠性措施分析设计；

14、计算机控制系统差错控制技术分析设计；

15、计算机控制系统容错技术分析设计；

16、工程过程建模方法分析；

三、进度计划

序号设计内容完成时间备注

1 选择课程设计题目，查阅相关文献资料7月13日

2 文献资料的学习，根据所选题目进行方案设计7月14日

3 讨论设计内容，修改设计方案7月15日

4 撰写课程设计报告7月16日

5 课程设计答辩7月17日

四、设计成果要求

1、针对所选题目的国内外应用发展概述；

2、课程设计正文内容包括设计方案、硬件电路和软件流程，以及综述、分析等；

3、课程设计总结或结论以及参考文献；

4、要求设计报告规范完整。

五、考核方式

通过系统设计方案、总结报告、图文质量和学习与设计态度综合考评，并结合学生的动手能力，独立分析解决问题的能力和创新精神等。

《计算机控制系统课程设计》成绩评定依据如下：

1、撰写的课程设计报告；

2、独立工作能力及设计过程的表现；

3、答辩时回答问题的情况。

优秀：设计认真，设计思路新颖，设计正确，功能完善，且有一定的独到之处，打印文档规范；

良好：设计认真，设计正确，功能较完善，且有一定的独到之处，打印文档规范；

及格：设计基本认真，设计有个别不完善，但完成基本内容要求，打印文档较规范；

不及格：设计不认真，未能完成设计任务，打印文档较乱或出现抄袭现象者。

说明：

同学选择题目要尽量分散，并且多位同学选同一个题目时，要求各自独立设计，避免相互参考太多，甚至抄袭等现象。

学生姓名：苏印广

指导教师：李士哲

2015年7月17日

一、课程设计(综合实验)的目的与要求

1.1设计目的

(1)加深对控制算法设计的认识，学会控制算法的应用。

(2) 掌握A/D转换电路的应用、掌握51单片机、8253可编程定时器/计数器的应用、掌握温度采集及控制方法。

(3)了解计算机控制系统的整体设计及调试的方法，锻炼和培养由各个子模块功能单元构筑完整的微机控制系统的能力。

1.2设计要求

(1) 系统的被控对象为温箱系统，被测参数为温箱的温度，测温范围为0-300℃，误差不超过±0.1℃。

（2）设计以89C51单片机和ADC、DAC等电路、有运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制系统。

(3)控制算法：增量型数字PID控制

(4) 软件设计：主程序、中断程序、A/D转换程序、滤波程序、PID控制程序、D/A输出程序等。

二、设计（实验）正文

1：总体方案设计

本系统是一个典型的温度闭环控制系统，需要完成的功能是温度设定、检测与显示以及温度控制、报警等。温度的设定和显示功能可以通过键盘和显示电路部分完成；温度检测可以通过热电阻、热电偶或集成温度传感器等器件完成；温度超限报警可以利用蜂鸣器等实现；温度控制可以采用可控硅电路实现。

系统采用89C51作为系统的微处理器来完成对炉温的控制和键盘显示功能。8051片内除了128KB的RAM外，片内又集成了4KB的ROM作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。系统程序较多时，只需要外扩一个容量较小的程序存储器，占用的I/O 口减少，同时也为键盘、显示等功能的设计提供了硬件资源，简化了设计，降低了成本。因此89C51可以完成设计要求

2：控制系统的建模和数字控制器的设计

2.1：温箱的数学模型和控制算法的选择

根据实际测量，温箱是一个近似一阶惯性环节。以加热功率为输入，箱内温度为输出，其传递函数表达为

1

)(+=

-s K s G T

e

d

s

d

τ （2.1）

其中：时间常数

T

d

=300；放大系数K d =20；滞后时间τ=10

2.2：数字控制器的设计

2.2.1 模拟PID 控制系统结构图

它主要由PID 控制器和被控对象所组成。而PID 控制器则由比例、积分、微分三个环节组成。它的数学描述为:

u T K dt

t de dt t e t e t u t

D

i p 00

])

()(1

)([)(+++

=?τ

(2.2)

式中，K p 为比例系数T I ;为积分时间常数;T

D 为微分时间常数. 下面把PID 控制分成三个环节来分别说明： A. 比例调节(P 调节)

u K t e t u p 0

)()(+= （2.3）

式中p K 为比例系数，0u 为控制常量，即偏差为零时的控制变量。偏差

)()()(t y t r t e -=。偏差一旦产生，比例调节立即产生控制作用，使被控制的过程变量y 向

使偏差减小的方向变化。比例调节能使偏差减小，但不能减小到零，有残存的偏差（静差）。加大比例系数p K 可以提高系统的开环增益，减小静差，从而提高系统的控制精度。但当p K 过大时，会使动态质量变差，导致系统不稳定。 B. 积分调节（I 调节）

在积分调节中，调节器输出信号的变化速度du/dt 与偏差)(t e 成正比，即

)(1t e dt du i

τ=或?=T

i dt t e t u 0

)(1)(τ （2.4） 其中i τ 为积分常数，i τ越大积分作用越弱。I 调节的特点是无差调节，与P 调节的有

+

-

+

+ +

c(t)

u(t) e(t) r(t)

比例

积分 微分

被控对象

图1模拟PID 控制系统结构图

差调节形成鲜明对比。上式表明，只有当被调节量偏差为零时，I 调节器的输出才会保持不变。I 调节的另一个特点是它的稳定作用比P 调节差。采用I 调节可以提高系统的型别，有利于系统稳态性能的提高，但积分调节使系统增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生90°的相角迟后，对系统的稳定性不利。 C. 微分调节（D 调节）

在微分调节中，调节器的输出与被调节量或其偏差对于时间的导数正比，即

dt t de t u d

)

()(τ= （2.5）

其中d τ 为积分常数，d τ越大微分作用越强。由于被调节量的变化速度（包括其大小和方向）可以反映当时或稍前一些时间设定值r 与实际输出值y 之间的不平衡情况，因此调节器能够根据被调节量的变化速度来确定控制量u ，而不要等到被调节量已出现较大的偏差后才开始动作，这样等于赋予调节器以某种程度的预见性。

2.2.2 数字PID 控制系统结构图

在计算机控制系统中，使用的是数字PID 控制器，数字PID 控制算法通常又分为位置式HD 控制算法和增量式PID 控制算法。 A ：位置式PID 控制算法

由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，故对式(2-1)中的积分和微分项不能直接使用，需要进行离散化处理。按模拟PID 控制算法的算式(2-1)，现以一系列的采样时刻点kT 代表连续时间t ，以和式代替积分，以增量代替微分，则可以作如下的近似变换:

000t=kT(k=0,1,2)()()()()e(kT)-e(k-1)T e(k)-e(k-1)t k k j j e t dt e jT T e j de t dt T T ==??

?

? ?

?≈= ?

? ?≈= ???

∑∑? (2-6) 显然，上述离散化过程中，采样周期T 必须足够短，才能保证有足够的精度。为了书写方便，将e(kT)简化表示成e(k)等，即省去T 。将式(2.6)代入式(2.1)，可以得到离散的PID 表达式为:

0(){()()[()(1)}1k D

p j T T u k K e k e j e k e k T T

==++--∑ (2-7)

中式:

k — 采样序列号;

u(k)— 第k 次采样时刻的计算机输出值; e(k)—第k 次采样时刻输入的偏差值; e(k-1)— 第k-1次采样时刻输入的偏差值； K I — 积分系数，K I ＝Ｋ P Ｔ/T I Ｋ D —微分系数，Ｋ D Ｔ D /Ｔ。 我们常称式(2.7)为位置式PID 控制算法。

对于位置式PID 控制算法来说，位置式PID 控制算法示意图如图2所示，由于全量输出，所以每次输出均与过去的状态有关，计算时要对误差进行累加，所以运算工作量大。而且如果执行器(计算机)出现故障，则会引起执行机构位置的大幅度变化，而这种情况在生产场合不允许的，因而产生了增量式PID 控制算法。

B ：增量式PID 控制算法

所谓增量式PID 是指数字控制器的输出只是控制量的增量Δ(k)。增量式PID 控制系统框图如图3所示。当执行机构需要的是控制量的增量时，可以由式(2-7)导出提供增量的PID 控制算式。根据递推原理可得:

k-1

p I d j=0

u(k-1)=K e(k-1)+K e(j) +K [e(k-1)-e(k-2)] （2-8）

用式(2-7)减去式(2-8)，可得：

p I D u(k)=u(k-1)+ K [e(k)-e(k-1)]+K e(k)+K [e(k)-2e(k-1)+e(k-2)] （2-9）

式(2-9)称为增量式PID 控制算法。

增量式控制算法的优点是误动作小，便于实现无扰动切换。当计算机出现故障时，可以保持原值，比较容易通过加权处理获得比较好的控制效果。但是由于其积分截断效应大，有静态误差，溢出影响大。所以在选择时不可一概而论。

+

-

r(t)

e(t)

u

c(t)

PID 位置算法

调节阀

被控对象

图2位置型控制示意图

3：硬件的设计和实现

系统的硬件电路包括微控制器部分（主机）、温度检测、温度控制、人机对话（键盘/显示/报警）4个主要部分

图4电热阻控制系统结构框图

3.1微控制器

本设计要求采用51内核的单片机。AT89C51是一种带4K 字节Flash 可编程可擦除的高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的89C51是一种高效微控制器。综合考虑，本设计选择AT89C51单片机为核心控制器。

AT89C51单片机的引脚图如图5所示。

+ -

r(t)

e(t)

Δu

c(t)

PID 增量算法

调节阀

被控对象

图3增量型控制示意图

图5 AT89C51引脚图

3.2:温度检测电路。

温度检测电路包括温度传感器、变送器和A/D 转换器三部分。温度传感器和变送器的类型选择与被控温度的范围及精度等级有关。型号为WZB-003的铂热电阻适合于0~500的温度测量范围，可以满足本系统的要求。变送器将电阻信号转换成与温度成正比的电压，当温度在0~500时变送器输出0~4.9V 左右的电压。 A/D 转换器件的选择主要取决于温度的控制精度。本系统要求温度控制误差

，采用8位A/D 转换器，其最大量化误差为

CCo1)5002551(210，能够满足精度要求。因此，本系统采用ADC0809作为A/D 转换器。电路设计好后，调整变送器的输出，使Co500~0的温度变化能对应于0~4.9V 的输出，则A/D 转换对应的数字量为00H~FAH ，即0~250，转换结果乘以2正好是温度值。用这种方法一方面可以减少标度变换的工作量，另一方面还可以避免标度变换带来的计算误差，

图6 由LM331实现A/D 转换器的框图

模拟信号

LM331

频率信号

频率计数器

数据处理与储存

数字信号

定时器

基准频率

图7温度传感器连接电路

3.3:温度控制电路。

控制电路采用可控硅来实现，双向可控硅SCR和电炉电阻丝串接在交流220V的电回路中，单片机P1.7口的信号通过光电隔离器和驱动电路送到可控硅的控制端，由P1.7口的高低电平来控制可控硅的导通与断开，从而控制电阻丝的通电加热时间。

3.4:人机对话电路。

这部分包括键盘、显示和报警三部分电路。其中LED采用共阴极方式，4个显示器的段选码由8155的PB口提供，位选码由8155的PA口提供，矩阵式键盘的行线由PC提供。

INT, LED采用动态扫面方式，而键盘采用中断的工作方式。因为系统已经使用了INTo和1所以采用定时器T0作为外部中断源。可以选择设置T0工作在方式2外部计数方式，定时器TH0，TL0初值为0FFH，并允许T0中断，这样当T0引脚上发生负跳变时，TL0加1，产生溢出，置“1”TF0向CPU发出中断申请，同时TH0的内容0FFH送TL0，即TL0恢复初值0FFH,然后CPU去执行键盘扫描，还设置了系统复位键。报警功能由蜂鸣器实现。当由于意外因素导致电阻炉温度高于设置温度时，P1.6口送出低电平经反相器驱动蜂鸣器鸣叫报警。

四、软件设计

系统的操作过程和工作过程在程序的设计过程中起着很重要的指导作用，因此在软件设计之前应首先分析电阻炉的工作原理。

1.工作流程

电阻炉在上电复位后先处于停止加热状态，这时可以用数字键设定预置温度并显示出来；温度设定后，就可以按启动键启动系统工作。温度检测系统不断定时检测当前温度，并送往显示器显示，达到预定值后停止加热并显示当前温度；当温度下降到下限时再启动加热。这样不断重复上述过程，使温度保持在预定温度范围之内。启动后可以修改预置温度。

2.功能模块

根据对工作流程的分析，系统软件可以分为以下几个功能模块：

（1）键盘管理。实现键盘扫描与处理功能，接收温度预置，启动系统工作。（2）显示。显示设置温度及当前温度。

（3）温度检测及温度值变换。实现A/D转换及数字滤波功能。（4）温度控制。根据检测到的温度控制电炉的工作状态。

（5）报警。当预置温度或当前检测的炉温越限时，输出报警信号。 3.资源分配

在编程前，首先要对89C51的资源进行分配。它包括显示单元（6位）、预置温度单元（2位）、当前检测温度（2位）、BCD码显示缓冲区（3位）、二进制码显示缓冲区（3位）、报警允许标志、堆栈区等。然后，还需要对键盘输入和报警、控制电路的端口地址进行分配。单片机89C51内存的资源分配可以利用伪指令进行定义。数据存储器的分配与定义如下表。 P1.0~P1.3为键盘输入接口，P1.6和P1.7分别为报警控制和电路控制接口。ADC0809输入通道

图9 地址单元及其功能

INO~IN7的地址为7FF8H~7FFFH，本系统使用IN0通道。

4.程序总体结构设计

系统程序设计采用模块化设计方法，程序由主程序、中断服务子程序和各功能模块程序等组成，各功能模块可直接调用。

主程序完成系统的初始化、温度预置及其合法性检测、预置温度的显示及定时器T0的初始化设置等。T0中断服务程序是温度控制体系的主体，用于温度检测、控制和报警（包括启动A/D转换、读入采样数据、数字滤波、越限温度报警和越限处理、输出可控硅的控制脉冲等）。中断由T0产生，根据需要每隔15S中断一次，即每15S采样控制一次。由于系统采用6MHZ晶振，最大定时为130ms，为实现15S定时，另行设计了一个软件计数器。主程序和中断服务子程序如下。

TEMP1 EQU 50H ；当前检测温度（高位）

TEMP2 EQU 51H ；当前检测温度（低位）

ST1 EQU 52H ；预置温度（高位）

ST1 EQU 53H ；预置温度（低位）

T100 EQU 54H ；温度BCD码显示缓冲区（百位）

T10 EQU 55H ；温度BCD码显示缓冲区（十位）

T1 EQU 56H ；温度BCD码显示缓冲区（个位）

BT1 EQU 57H ；温度二进制显示缓冲区（高位）

BT2 EQU 58H ；温度二进制显示缓冲区（低位）

ADINO EQU 7FF8H ；ADC0809通道IN0的端口地址

F0 BIT PSW.5 ；报警允许标志

TEMP1 DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H ；50H~58H`单元初始化（清零）

主程序：

ORG 0000H

AJMP MAIN ；转主程序

ORG OOOBH

AJMP PT0 ；转PTO中断服务子程序 ORG 0030H

MAIN: MOV SP,#59H ；设堆栈指针

CLR F0 ；报警标志清零

MOV TMOD,#01H ；定时器0初始化（方式1）

MOV TL0,#0B0H ；定时器100ms定时常数

MOV TH0,#3CH

MOV R7,#150 ；置15s计数器初值

SETB ETO ；允许定时器0中断

SETB EA ；开中断

SETB TR0 ；启动定时器0

MAIN1: ACALL KIN ；调键盘管理子程序

ACALL DISP ；调显示子程序

SJMP MAIN1 ;定时器0中断服务子程序PT0： PT0： MOV TL0,#0B0H

MOV TH0,#3CH ；重置定时器初值

DJNZ R7,BACK ；检测是否到达15S

MOV R7,#150 ；重置计数器初值

ACALL TIN ；温度检测

MOV BT1,TEMP1 ；当前温度送显示缓冲区

MOV BT0,TEMP2

ACALL DISP ；显示当前温度

ACALL CONT ；温度控制

ACALL ALARM ；温度越限报警

BACK: RETI

图10主程序

图11中断服务子程序

开始

保护现场

重置定时器0初值

定时器减1

当前温度送显示缓存

重置定时器初值

调用显示子程序

调用温度检测系统

调用报警子程序

调用温度子程序

中断返回

定时15s

开始

定义堆栈区

定时器0、软定时器、各数据缓冲区、个标志

位初始化

开定时器0中断 调用键盘管理子

程序

调用显示子程序

（2）显示模块。显示子程序的功能是将显示缓冲区57H和58H的二进制数据先转换成3个BCD码，分别存入百位、十位和个位显示缓冲区（54H、55H和56H）单元，然后通过串行口送出显示。显示子程序DISP：

DISP: ACALL HTB ;调用将显示数据转换成BCD码的子程序

MOV SCON,#00H ;置串行口为方式0

MOV R2，#03H ;显示位数送R2

MOV R0，#T100 ;显示缓冲区首地址送R0

LD: MOV DPTR,#TAB ;指向字符码表首地址

MOV A,@R0 ;取显示数据

MOVC A,@A+DPTR ;查表

MOV SBUF,A ;字符码送串行口

WAIT: JBC TI,NEXT ;发送结束转下一个数据并清中断标志

SJMP W AIT ;发送未完等待

NEXT: INC R0 ;修改显示缓冲区指针

DJNZ R2，LD ;判断3位显示是否完成，未完继续

RET

TAB: C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 90H

HTB: MOV A,57H ;取二进制显示数据

MOV A,58H

MOV B,#100 ;除以100，确定百位数

DIV A,B

MOV 54H,A ;百位数送54H单元

MOV A,#10 ;除以10，确定十位数以及个位数

XCH A,B

DIV A,B

MOV 55H,A ;十位数送55H单元

MOV 56H,B ;个位数送56H单元

RET ;返回

（3）温度检测模块。A/D转换采用查询方式。为提高数据采样的可靠性，对采样温度进行数字滤波。数字滤波的算法很多，这里采用4次采样取平均值的方法。如前所述，本系统A/D转换结果乘以2正好是温度值，因此，4次采样的数字量之和除以2就是检测的当前温度。检测结果高位存入50H，低位存入51H。

图12温度检测流程图

程序如下：

MOV 51H,#00H ;清检测温度缓冲区

MOV 50H,#00H

MOV R2，#04H ;取样次数送R2

MOV DPTR,#7FF8H ;指向A/D转换器0通道TADC0：MOVX @DPTR,A ;启动转换

TADC1：JNB IE1，TADC1 ;等待结束

MOVX A,@DPTR ;读转换结果

ADDC A,51H ;累加

MOV 51H,A

DJNZ R2,TADC0 ;4次采样是否完成，未完继续

CLR C ;累加结果除以2

MOV A,51H

RRC A

MOV R5，A

ORL A,#0FH ;高8位放50H低8位放51H

MOV 51H,A

ORL R5，#0F0H

MOV 50H,R5

RET

（4）温度控制模块。将当前温度与预置温度比较，当前温度小于预置温度时，继电器闭合，接通电阻丝加热；当前温度大于预置温度，继电器断开，停止加热；当两者相等时电炉保持原来状态；当前温度降低到比预置温度低Co2时，再重新启动加热；当前温度超出报警上下限时将启动报警，并停止加热。温度控制子程序：

CONT: MOV A,51H ;当前温度→A

CLR C ;清零

SUBB A,53H ;当前温度-预置温度

JNC CONT1 ;无借位，表示当前温度≥预置温度，转CONT1

JNB F0，CONT0 ;当前温度<预置温度，判断是否超过预置温度

CLR C

SUBB A,#02H ;若超过预置温度，判断二者差值是否大于2

JNC ACC.7，CONT1 ;差值不大于2，转CONT1

CONT0： CLR P1.7 ;开电炉

SJMP CONT2 ;返回

CONT1： SETB F0 ;设置允许报警标志

SETB P1.7 ;关电炉

CONT2： RET

（5）温度超限报警模块。报警上限温度值为预置温度Co，即当前温度上升到高于预置温度时报警，并停止加热；报警下限温度值设为预置温度Co5，即在当前温度下降到低于预置温度Co5，且允许报警，这是为了防止开始从较低温度加温时报警。报警的同时关闭电炉。程序如下

ALARM: MOV A,51H ;读取当前温度

CLR C ;清零

SUBB A,53H ;当前温度-预置温度→A

JC ALARM0 ;有借位，当前温度小于预置温度转ALARM0

SETB F0 ;当前温度≥预置温度，允许报警

AJMP ALARM1

ALARM0：MOV A,53H ;预置温度→A

CLR C ;清零

SUBB A,51H ;预置温度-当前温度→A

ALARM1：CLR C ;清零

SUBB A,#05H ;温度差再减5

JC ALARM2 ;相减结果小于5，不报警返回

JNB F0，ALARM2 ;相减结果≥5，判断是否允许报警，不允许则返回

CLR P1.6 ;启动报警

SETB P1.7 ;关电炉

ACALL DELAY ;

SETB P1.6 ;关报警

ALARM2：RET ;返回

DELAY: MOV R5，#100H ;延时1s程序

DEL1： MOV R6，#10

DEL2： MOV R7，#7DH

DEL3： DJNZ R7,DEL3

DJNZ R6,DEL2

DJNZ R5,DEL1

RET

三、课程设计（综合实验）总结或结论

通过这一次的课程设计，我不仅学到了很多理论知识，更使我懂得要认真做每一件事。这次课程设计让我明白了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到了很多问题，发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固等。也有很多收获：让我学会了各种查阅资料以及整理所需材料的能力，锻炼了自己解决实际问题的能力，为我以后工作学习打下了良好的基础。

四、参考文献

[1]李大中，周黎辉，焦嵩鸣.计算机控制技术与系统.中国电力出版社，2009年7月第一版.2009

[2]马平，姚万业，王炳谦.微机原理及应用.中国电力出版社，2002年8月

[3]金以慧. 过程控制. 清华大学出版社，1993

[4]于海生. 计算机控制技术. 机械工业出版社，2010

[5]沈美明，温冬婵. IBM-PC汇编语言程序设计. 清华大学出版社

单片机温度控制系统PID设计

毕业论文(论文) 题目名称：单片机温度控制系统PID设计 题目类别：毕业设计 系（部）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 辅导教师： 时间：至 目录 任务书............................................................ I

毕业设计(论文)开题报告........................................... IV 毕业设计(论文)指导教师审查意见.................... 错误！未定义书签。教师评语.......................................... 错误！未定义书签。摘要............................................................. V Abstract ......................................................... VI 前言........................................................... VII 1 绪论 (1) 1.1选题背景 (1) 1.2 PID算法在控制领域中的应用 (2) 1.3 课题研究的目的及意义 (3) 2 总体方案论证与设计 (4) 2.1方案设计的要求与指标 (4) 2.2方案的可行性分析与方案选择 (4) 2.2.1方案可行性分析 (4) 2.2.2 方案的选择与确定 (6) 2.2.3系统结构框图 (6) 3 温度控制系统硬件设计和软件设计 (8) 3.1 系统硬件设计 (8) 3.1.1系统硬件组成 (8) 3.1.1.1AT89C51单片机的介绍 (8) 3.1.1.2测量温度元件的选择 (9) 3.1.1.3模数转换器ADC0809的介绍 (10) 3.1.1.4键盘和LED显示电路设计 (10) 3.1.1.5温度控制电路设计 (11) 3.2 系统软件设计 (11) 3.2.1主程序流程图及主程序 (11) 3.2.2 T0中断子程序 (15) 3.2.3 A/D转换子程序 (16) 3.2.4 数字滤波子程序 (18) 3.2.5温度标度变换子程序 (19) 3.2.6键盘显示子程序 (19) 3.2.7 PID算法介绍 (21) 4 系统仿真与调试分析 (21) 4.1系统仿真 (21) 4.2系统调试 (21) 5 结束语 (23) 参考文献 (23)

计算机控制系统课设报告--数字温度PID控制器的设计

《计算机控制系统A》课程设计 任务书 一、目的与要求 1、通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内容的理解和掌握； 2、结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力； 3、培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力； 4、要求学生能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用方案的要 求，进行方案的总体设计和分析评估； 5、报告原则上要求依据相应工程技术规范进行设计、制图、分析和撰写等。 二、主要内容 1、数字控制算法分析设计； 2、现代控制理论算法分析设计； 3、模糊控制理论算法分析设计； 4、过程数字控制系统方案分析设计； 5、微机硬件应用接口电路设计； 6、微机应用装置硬件电路、软件方案设计； 7、数字控制系统I/O通道方案设计与实现； 8、PLC应用控制方案分析与设计； 9、数据通信接口电路硬件方案设计与性能分析； 10、现场总线控制技术应用方案设计； 11、数控系统中模拟量过程参数的检测与数字处理方法； 12、基于嵌入式处理器技术的应用方案设计； 13、计算机控制系统抗干扰技术与安全可靠性措施分析设计； 14、计算机控制系统差错控制技术分析设计； 15、计算机控制系统容错技术分析设计； 16、工程过程建模方法分析； 三、进度计划 序号设计内容完成时间备注 1 选择课程设计题目，查阅相关文献资料7月13日 2 文献资料的学习，根据所选题目进行方案设计7月14日

3 讨论设计内容，修改设计方案7月15日 4 撰写课程设计报告7月16日 5 课程设计答辩7月17日 四、设计成果要求 1、针对所选题目的国内外应用发展概述； 2、课程设计正文内容包括设计方案、硬件电路和软件流程，以及综述、分析等； 3、课程设计总结或结论以及参考文献； 4、要求设计报告规范完整。 五、考核方式 通过系统设计方案、总结报告、图文质量和学习与设计态度综合考评，并结合学生的动手能力，独立分析解决问题的能力和创新精神等。 《计算机控制系统课程设计》成绩评定依据如下： 1、撰写的课程设计报告； 2、独立工作能力及设计过程的表现； 3、答辩时回答问题的情况。 优秀：设计认真，设计思路新颖，设计正确，功能完善，且有一定的独到之处，打印文档规范； 良好：设计认真，设计正确，功能较完善，且有一定的独到之处，打印文档规范； 及格：设计基本认真，设计有个别不完善，但完成基本内容要求，打印文档较规范； 不及格：设计不认真，未能完成设计任务，打印文档较乱或出现抄袭现象者。 说明： 同学选择题目要尽量分散，并且多位同学选同一个题目时，要求各自独立设计，避免相互参考太多，甚至抄袭等现象。 学生姓名：苏印广 指导教师：李士哲 2015年7月17日

PID温度控制系统的设计

ＰＩＤ温度控制系统的设计 介紹以单片机为核心的PID控制温度控制系统,并给出了系统的硬件与软件设计方案。实验结果显示该系统的先进性。 标签：温控系统单片机PID控制 0 引言 控制仪表性能指标对温度控制有很大的影响,因此,常采用高性能调节仪表组成温控系统对被控对象(温度)进行严格控制。本文介绍以单片机AT89C51为核心器件构成的温度控制系统,它具有测量、控制精度高、成本低、体积小、功耗低等优点,可制成单机,广泛应用于冶金、化工、食品加工等行业对温度进行精确控制。 1 温控系统结构与工作原理 温控系统的结构如图1所示。热电偶测量出电炉的实际温度(mv信号),经放大、线性化、A/D转换处理后送入单片机接口。由键盘敲入设定温度值,此值与经A/D转换过的炉温信号存在一差值(假如两者温度不一致),由单片机PID调节电路进行比例、微分及变速积分算法对温控箱进行恒温控制。该系统采用传统的AT89C52单片机,其硬、软件完全符合系统的要求,为满足测控精确度的要求,A/D 电路选用12位转换器,分辨率为2-12。本系统采用三相数字过零触发器对六只晶闸管(Y/△接法均可)进行输出功率控制,即在电源电压过零时触发晶闸管,利用PID信号产生的控制信号使电流每周期按规定的导通波头数导通负载,达到控制输出功率,也就是控制炉温的目的。采用过零触发可减少电网谐波的产生,触发器与单片机光电隔离,可减少电网对微机的干扰,调功方式下电加温炉的平均功率为:P=3nU2/NR(1) 式中:P为输入电炉的功率;R为电炉的等效电阻;U为电网相电压;n为允许导通的波头数;N为设定的波头数。 注:公式(1)为负载Y接法适用 2 系统控制软件设计 2.1 PID参数的优化系统采用遗传算法(Genetic Algorithm,简称GA)离线优化PID参数[1]。20世纪70年代由美国J.Holland教授提出的遗传算法(GA)[2]是一种模拟生物进化过程的随机化搜索方法。它采用多路径搜索,对变量进行编码处理,用对码串的遗传操作代替对变量的直接操作,从而可以更好的处理离散变量。GA用目标函数本身建立寻优方向,无需求导求逆等复导数数学运算,且可以方便的引入各种约束条件,更有利于得到最优解,适合于处理混合非线性规划和多目标优化。系统采用二进制编码选择来操作,我们称为染色体串(0或1),每个串表

计算机控制课程设计 基于PID算法电加热炉温度控制系统设计

成绩 《计算机控制技术》 课程设计 题目：基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计 班级：自动化09-1 姓名： 学号： 2013 年 1 月 1 日

基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计 摘要：电加热炉控制系统属于一阶纯滞后环节，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。本设计采用PID算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制。 电加热炉加热温度的改变是由上、下两组炉丝的供电功率来调节的，它们分别由两套晶闸管调功器供电。调功器的输出功率由改变过零触发器的给定电压来调节，本设计以AT89C51单片机为控制核心，输入通道使用AD590传感器检测温度，测量变送传给ADC0809进行A/D转换，输出通道驱动执行结构过零触发器，从而加热电炉丝。本系统PID算法，将温度控制在50～350℃范围内，并能够实时显示当前温度值。 关键词：电加热炉；PID ；功率；温度控制； 1.课程设计方案 1.1 系统组成中体结构 电加热炉温度控制系统原理图如下，主要由温度检测电路、A/D转换电路、驱动执行电路、显示电路及按键电路等组成。 系统采用可控硅交流调压器，输出不同的电压控制电阻炉温度的大小，温度通过热电偶检测，再经过变送器变成0 - 5 V 的电压信号送入A/D 转换器使之变成数字量，此数字量通过接口送到微机，这是模拟量输入通道。 2.控制系统的建模和数字控制器设计 2.1 数字PID控制算法 在电子数字计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的。计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。进入计算机的连续-时间信号,必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存贮器和寄存器，而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。

(完整版)基于单片机的PID温度控制毕业设计

以下文档格式全部为word格式，下载后您可以任意修改编辑。 前言 温度是表征物体冷热程度的物理量。在很多生产过程中，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。因此，温度的测量与控制在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重视。 单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。将单片机控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中都用到了工控机，小型机、甚至是巨型机处理机等，当然这些处理机有一个很大的特点，那就是很高的运行速度，很大的内存，大量的数据存储器。但随之而来的是巨额的成本。在很多的小型系统中，处理机的成本占了系统成本的比例高达20%，而对于这些小型的系统来说，配置一个如此高速的处理机没有任何必要，因为这些小系统追求经济效益，而不是最在乎系统的快速性，所以用成本低廉的单片机控制小型的，而又不是很复杂，不需要大量复杂运算的系统中是非常适合的。 随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。现在完

全可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测，而且可以很容易地做到多点的温度检测，如果对此原理图稍加改进，还可以进行不同地点的实时温度检测和控制。

1绪论 1.1研究的目的和意义 温度是工业生产中主要被控参数之一，温度控制自然是生产的重要控制过程。工业生产中温度很难控制，对于要求严格的的场合，温度过高或过低将严重影响工业生产的产质量及生产效率，降低生产效益。这就需要设计一个良好温度控制器，随时向用户显示温度，而且能够较好控制。单片机具有和普通计算机类似的强大数据处理能力，结合PID，程序控制可大大提高控制效力，提高生产效益[9]。 例如钢铁生产过程中，按照工艺条件的规定保持一定的温度才能保证产品质量和设备的安全。对电气设备进行温度的监控，例如高压开关、变压器的出线套管等，判断可能存在的热缺陷，进而能及时发现、处理、预防重大事故的发生。因此研究温度控制仪具有重要的意义[10]。 在单片机温度测量系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度，温度测量是工业对象中主要的被控参数之一。因此，单片机温度测量则是对温度进行有效的测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。在日常生活中，也可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场合[16]。 目前市场上热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便等问题，很多控制器只具有温度和水位显示功能，不具有温度控制功能．即使热水器具有辅助加热功能。也可能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费电能。本文设计的热水器控制系统以51单片机为检测控制中心单元，具有温度设定与控制功能。该控制器和以往显示仪相比具有性

模糊PID温度控制毕业设计

模糊PID温度控制毕业设计 第一章绪论 1.1 选题背景及其意义 在工业生产过程中，控制对象各种各样，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例，其关键在于测温和控温两方面。温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。由于控制对象越来越复杂，在温度控制方面，还存在着许多问题。如何更好地提高控制性能，满足不同系统的控制要求，是目前科学研究领域的一个重要课题。温度控制一般指对某一特定空间的温度进行控制调节，使其达到工艺过程的要求。本文主要研究电锅炉温度控制的方法。 电锅炉是将电能转换为热能的能量转换装置[1]。具有结构简单、无污染、自动化程度高等特点。与传统的以煤和石化产品为燃料的锅炉相比还具有基本投资少、占地面积小、操作方便、热效率高、能量转化率高等优点。近年来，电锅炉已成为供热采暖的主要设备。 锅炉控制作为过程控制的一个典型，动态特性具有大惯性大延迟的特点，而且伴有非线性。目前国电热锅炉控制大都采用的是开关式控制，甚至是人工控制方法。采用这些控制方法的系统稳定性不好，超调量大，同时对外界环境变化响应慢，实时性差。另外，频繁的开关切换对电网产生很大的冲击，降低了系统的经济效益，减少了锅炉的使

用年限。因此，研究一种最佳的电锅炉控制方法，对提高系统的经济性，稳定性具有重要的意义。 1.2 工业控制的发展概况 工业控制的形成和发展在理论上经历了三个阶段50年代末起到70年代为第一阶段，即经典控制理论阶段，这期间既是经典控制理论应用发展的鼎盛时期，又是现代控制理论应用和发展时期；70 年代至 90 年代为第二阶段，即现代控制理论阶段；90 年代至今为第三阶段，即智能控制理论阶段[2] 第一阶段：初级阶段。它以经典控制理论为主要控制方案，采用常规气动、液动和电动仪表，对生产过程中的温度、流量、压力和液位进行控制。在诸多控制系统中，以单回路结构、PID 策略为主，同时针对不同的对象与要求，设计了一些专门的控制算法如达林顿算法、Smith 预估器、根轨迹法等。这阶段的 主要任务是稳定系统、实现定值控制。 第二阶段：发展阶段。以现代控制理论为基础，以微型计算机和高档仪器为工具，对复杂现象进行控制。这阶段的建模理论、在线辨识和实时控制已突破前期的形式，继而涌现了大量的先进控制系统和高级控制策略，如克服对象时变和环境干扰等不确定影响的自适应控制，消除因模型失配而产生不良影响的预测控制等。这阶段的主要任务是克服干扰和模型变化，以满足复杂的工艺要求，提高控制质量。 第三阶段：高级阶段。不论从历史和现状，还是从发展的必要性和可能性来看，控制方法主要朝着综合化、智能化方向发展。尤其近些年来人工智能理论的迅速崛起为控制的智能化提供了一个腾飞的工具。智能控制理论中，专家系统、神经网络、模糊控制系统是最有潜力的三种方法。专家系统在工业生产过程、故障诊断和监督控制以及检测仪表有效性检测等方面获得成功应用；神经网络则可为复杂非线性过程的建模提供有效

温度控制pid 过控课程设计

温度控制pid 过控课程设计 摘要 人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色，可以说几乎80%的工业部门都不得不考 虑温度对自身系统的影响，温度是与人类生产生活密切相关的一个物理量，由此便产生了各种各样的温度测量方法。根据测温精度和范围的不同，可选用不同的测温方式。目前常常采用模拟集成温度传感器，该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器的特点是，功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。然而在很多工业应用的场合下，环境非常恶劣，这种以人工的方式直接操作设置仪表很不现实，采用有线数据通信的方式也会受很多环境、质量、功能等方面的限制，在数据记录上也还要靠人工抄写，不能形成自动控制的系统。 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影 响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。 随着单片机技术的日益成熟，单片机在温度控制上的应用也日趋广泛。本文采用STC89C52单片机采用积分分离式PID算法和带死区的PID算法两种控制方式，并通过对试验结果的 比较，发现对控制精度较高的系统和响应速度较慢的系统带死区的PID算法确实不大实用，而前者在应一定程度上若再辅以微分先行则基本上能满足系统要求。 关键字：STC89C52单片机，PID算法，积分分离式，微分先行。 Abstract Man's living environment, the temperature plays a very important role, can be said that almost 80% of the industrial sector had to take into account the effects of temperature on their systems, temperature is closely related to human production and life of a physical quantity, thus given rise to a wide range of temperature measurement method. According to the different temperature measurement accuracy and scope may make use of the temperature in different ways. There is often analog integrated temperature sensor, the sensor is made using silicon semiconductor

基于PID的温度控制系统设计

（2014届） 毕业设计 题目：基于PID的温度控制系统设计学院： ******** 专业：电气工程及其自动化 班级：电气*** 学号： ********** 姓名：某某某 指导教师：某某某 教务处制 年月日

诚信声明 我声明，所呈交的论文是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得＿＿＿＿＿＿或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。我承诺，论文中的所有内容均真实、可信。 论文作者签名：签名日期：年月日

授权声明 学校有权保留送论文交的原件，允许论文被查阅和借阅，学校可以公布论文的全部或部分内容，可以影印、缩印或其他复制手段保存论文，学校必须严格按照授权对论文进行处理，不得超越授权对论文进行任意处置。 论文作者签名：签名日期：年月日

基于PID的温度控制系统设计 摘要 温度是工业上最基本的参数，与人们的生活紧密相关，实时测量温度在工业生产中越来越受到重视，离不开温度测量所带来的好处，因此研究控制和测量温度具有及其重要的意义。 本设计介绍了以AT89C52单片机为主控器件，基于PID的温度控制系统的设计方案和设计的基本原理。由DS18B20收集温度信号，并以数字信号的方式送给单片机进行处理，从而达到温度控制的目标。主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计。硬件电路由主控器件、温测电路、温控电路和显示电路等组成。软件设计部分包括：显示电路、温度信号处理，超温警报、继电器控制、按键处理等程序。 关键词：温度检测，温度控制，PID算法

一种应用于温度控制系统的PID控制电路设计

一种应用于温度控制系统的PID控制电路设计 【摘要】在热分布式质量流量测试系统中，利用恒温差法测量流量，因此对温度控制系统的精确直接关系到流量测试的精确度。本文主要介绍了一种手动调试的PID 控制方法，通过调节PID电路中参数来使得温差信号保持在一个稳定的值，文章中首先对PID控制电路的基本原理做了简单地介绍，设计出电路并且绘制PCB电路板，对电路板进行调试并且将其应用于实际热式质量流量测试系统中，实验证明该电路可以达到控制效果。 【关键词】PID控制;温度控制;流量测试;恒温差 Abstract：In the heat distributed mass flow measurement system ，constant temperature difference method is used to measure flow，so is precise in temperature control system is directly related to the accuracy of the flow test.This paper mainly introduces a kind of manual debugging PID control method，by adjusting the PID parameters to make the difference in temperature signal circuit is kept in a stable value，the article first done to the basic principle of PID control circuit is introduced simply，design circuit and draw PCB circuit boards，circuit board for debugging and applied to the actual thermal type mass flow testing system，the experiment proved that the circuit can achieve the control effect. Keywords：PID control;the temperature control;flowtest;constant difference in temperature 引言 在现代控制领域中，高精度温度控制是最重要的研究课题之一。随着科学技术的飞速发展，各种行业对温度精度的要求越来越高，对温控系统稳定性要求也越来越严格。本文主要研究一种应用于温度控制电路的手动调节PID控制方法，PID控制是一种负反馈控制，是一种比较精确的常规控制，并具有以下优点：原理简单、使用方便;适应性强，可广泛的应用于各种场合和工业部门;鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不太敏感。因此，PID控制已成为日前温度控制中最基本的控制力式[1]。 在热分布式质量流量测量系统中，利用恒温差测量时，常常要求温差信号能够维持在一个比较稳定的值，但是测量得到的温差信号往往会有超前或者滞后的特点，通过采用PID控制方法，调节电路中P、I、D各部分的参数比例可以解决

【完整版】基于SMART200的温度PID控制系统设计与调试毕业论文设计

学号127301116 苏州市职业大学 毕业设计 题目基于SMART200的温度PID 控制系统设计与调试 学生姓名： 专业班级： 12电气自动化技术(1)班 学院 (部)：电子信息工程学院 校内指导教师：（副教授） 校外指导教师： 完成日期：2015年5月

摘要： 温度是工业和科学实验中最常见和最重要的热工参数之一了。现在产品对于温度控制的精度要求越来越高。无论是在科学领域还是我们的生产实践中，温度控制都是极其重要的，特别是像冶金、化工、石油、机械、建材等大型工业中，都占有着极大的比重。而温度控制的系统也有很多种，PLC凭借着它较高的可靠性，较强的抗干扰能力，已经成为许多用户信赖的产品，而且他的操作也较为简单。本文介绍了西门子S7-200smart设计硬件与Smart700IE 7寸触摸屏。PLC是数字控制型的电子计算机，他运用了可编程存储器的储存指令，具有顺序、逻辑、计数、计时等一些功能。可以通过模拟输入、输出和数字输入输出等组件，进行控制各种程序和设备。 关键词：PLC 温度控制PID 触摸屏

Abstract Temperature industrial and scientific experiments, the most common and the most important thermal parameters of. Now products are increasingly temperature control. Whether in science or our production practices, the temperature control is extremely important, especially as the metallurgical, chemical, petroleum, machinery, building materials and other large industry, . The temperature control system there are many, PLC With its is relatively simple. This paper introduces the design of . PLC is a computer numeric control type,

基于单片机的PID温度控制器的设计

毕业设计（论文）课题基于单片机的PID温度控制器的设计 学院电子信息工程学院 专业（方向）应用电子技术（通信电子） 班级电子104 学号 姓名 完成日期2012年11月30号 指导教师

基于单片机的PID温度控制器的设计 摘要 本文从软硬件两方面设计了一个温度自动控制器系统。本设计系统以单片机（STC89C51RC）为控制核心，主要包括按键部分、DS18B20温度采集部分、温度报警部分、1602显示部分、温度控制部分及MAX232通信接口部分等硬件部分，从而实现智能温度控制。 本系统通过按键预设加热的最终保持水温的温度并进行实时显示预设温度和当前温度，并采用PID 算法的控制输出宽度可调的PWM 波来控制双向可控硅的导通和关断用以调整输出加热功率，使之切断或接通加热器，从而控制水温稳定在预设值上。 文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：LCD1602显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、温度控制程序、超温报警程序。 本系统的主要设计思想是以硬件为基础，软件和硬件相结合，最终实现各个模块的功能。 关键词：单片机；DS18B20；PID算法；PWM波；双向可控硅；

Project name The Design of PID Temperature Control System Based on SCM Abstract This article from two aspects of hardware and software design of a temperature automatic controller.This design system with single chip microcomputer (STC89C51RC) as the control core, including the key part, DS18B20 temperature acquisition part, temperature alarm part, 1602 portion of the display, temperature control part and MAX232 communication interface and other hardware components, thereby realizing the intelligent temperature control. This system through the keys to the preset heating ultimately keep water temperature and real-time display preset temperature and the temperature, and PID algorithm is used to control the output with adjustable width PWM to control thyristor turn-on and turn-off is used to adjust the output of the heating power, to cut off or switch on the heater, thereby controlling the temperature stability at a preset value. The article also emphatically introduced the software design part, uses the modular structure in here, the main modules: LCD1602 display program, the keyboard scan and key process, temperature signal processing procedure, temperature control procedures, over-temperature alarm program. This system main design idea is on the base of hardware, software and hardware integration, and ultimately to achieve the functions of each module. Key words：SCM DS18B20 PID Algorithm PWM Waveform Bidirectional controllable silicon

烤箱温度控制系统设计

苏州市职业大学2014─2015学年第1学期试卷 《MATLAB 工程应用》 （分散 A 卷 开卷 设计） 出卷人 宋秦中 出卷人所在学院 电子信息工程学院 使用班级 12电子1,12电子2 班级 12 应用电子技术1 学号 127303110 姓名 施晓蓉 第1页，共21页 一、设计题（满分100分） 请在以下题目中任选一项完成设计 1. 汽车运动控制系统设计； 2. 电烤箱温度控制系统设计 3. 汽车减震系统建模仿真； 4. 汽车自动巡航控制系统的PID 控制； 5. 汽车怠速系统的模糊PID 控制； 6. 双闭环直流调速系统的设计与仿真 7. 自选测控项目（给出你自选的题目） 8. 本份试题选取项目为： 电烤箱温度控制系统设计 附评分细则：

《MATLAB工程应用》期末考试设计报告 第一章概述 本次课题的主要内容是通过对理论知识的学习和理解的基础上，自行设计一个基于MA TLAB 技术的PID控制器设计，并能最终将其应用于一项具体的控制过程中。以下为此次课题的主要内容： (1) 完成PID控制系统及PID调节部分的设计 其中包含系统辨识、系统特性图、系统辨识方法的设计和选择。 (2) PID最佳调整法与系统仿真 其中包含PID参数整过程，需要用到的相关方法有： b.针对有转移函数的PID调整方法 主要有系统辨识法以及波德图法及根轨迹法。 (3) 将此次设计过程中完成的PID控制器应用的相关的实例中，体现其控制功能（初步计划为温度控制器） 第2页，共21页

第二章调试测试 2.1进度安排和采取的主要措施： 前期：1、对于MA TLAB的使用方法进行系统的学习和并熟练运用MA TLAB的运行环境，争取能够熟练运用MA TLAB。 2、查找关于PID控制器的相关资料，了解其感念及组成结构，深入进行理论分析，并同步学习有关PID控制器设计的相关论文，对其使用的设计方法进行学习和研究。 3、查找相关PID控制器的应用实例，尤其是温度控制器的实例，以便完成最终的实际应用环节。 中期：1、开始对PID控制器进行实际的设计和开发，实现在MATLAB的环境下设计PID控制器的任务。 2、通过仿真实验后，在剩余的时间内完成其与实际工程应用问题的结合，将其应用到实际应用中（初步计划为温度控制器）。 后期：1、完成设计定稿。 2、打印以及答辩工作地准备。 2.2被控对象及控制策略 2.2.1被控对象 本文的被控对象为某公司生产的型号为CK-8的电烤箱，其工作频率为50HZ，总功率为600W，工作范围为室温20℃-250℃。设计目的是要对它的温度进行控制，达到调节时间短、超调量为零且稳态误差在±1℃内的技术要求。 在工业生产过程中，控制对象各种各样。理论分析和实验结果表明:电加热装置是一个具有自平衡能力的对象，可用二阶系统纯滞后环节来描述。然而，对于二阶不振荡系统，通过参数辨识可以降为一阶模型。因而一般可用一阶惯性滞后环节来描述温控对象的数学模型。 所以，电烤箱模型的传递函数为： 第3页，共21页

基于PID的恒温箱温度控制系统设计

基于PID的恒温箱温度控制系统设计 （2008届） 2008年6月 摘要 本设计是恒温箱温度控制系统设计。可供各类实验室、医疗机构、食品加工、生产部门等使用。在周围温度不断变化条件下，使用恒温箱，可以使一定范围的温度恒定在特定温度下，从而适应生活和工作。控制的温度范围为50—1200C。恒温箱可以在线设定温度，并对温度进行实时数码显示。

设计内容包括硬件和软件两个部分。硬件主要由AT89S52单片机、DS18B20数字温度传感器、8155片外存储器、继电器，LED数码管和报警器等组成。电原理图包括数据采集、温度显示、键盘设定、温度控制和复位电路等几个模块。软件部分主要对PID算法进行了数学建模和编程。 本设计由键盘电路输入设定温度信号给单片机，温度信号采集电路采集现场温度信号给单片机，单片机根据输入与反馈信号的偏差进行PID计算，输出控制信号给加温控制电路，实现加温和停止。当实际温度比设定温度大2摄氏度以上时，则清P1.3输出口，从而停止对电阻丝的加热。当实际温度比设定温度小2摄氏度以上时，取PID的最大值，实现全功率输出。在它们之间时，实现PID 算法控制，控制可控硅的接触时间，调节电阻丝功率。显示电路实现现场温度的实时监控。 软件部分，采用PID控制和时间最优控制相结合的控制方案，实现了控制速度快、超调小、线性控制精度高和实现成本低等的优点。硬件部分采用单片机来实现温度控制，不仅具有控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度的提高被控温度的技术指标，从而大大提高产品的质量。 关键词：恒温控制，单片机，数字PID算法 ABSTRACT The system of this design is the temperature controller of a constant temperature box.Can be provided as each kind of laboratory, medical treatment organization, food processing and produce the section etc. usage.Under the condition that the surroundings temperature continuously change, the usage constant temperature box, can make the temperature maintaining of the certain scope settle under the particular temperature, thus adapt the life and works.The temperature scope of the control is 50-120, The constant temperature box can with on-line enactment temperature, and carry on the solid hour to the temperature figures manifestation.When be placed in to set the appearance, figures tube manifestation enactment temperature,

基于PID锅炉温度控制系统设计..

基于PID的蒸汽锅炉控制系统设计 摘要：本文是针对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行的分析和设计，而对锅炉过热蒸汽的良好 控制是保证系统输出蒸汽温度稳定的前提。所以本设计采用串级控制系统，这样可以极大地消除控制系统工作中的各种干扰因素，使系统能在一个较为良好的状态下工作，同时锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器管壁温度不超过允许的工作温度。 在本设计用到串级控制系统中，主对象为送入负荷设备的出口温度，副对象为减温器和过热器之间的蒸汽温度，通过控制减温水的流量来实现控制过热蒸汽温度的目的。 关键词：蒸汽锅炉温度PID 串级控制 Boiler Control System Design Based on PID Abstract:This article is for the boiler overheated steam temperature control system analysis and design, and good control of superheated steam boiler steam temperature to ensure that the system output stable premise. This design uses a cascade control system, can greatly eliminate various interference factors in the control system work, so that the system can work in a relatively good state while the boiler superheater outlet steam temperature is within the allowed range, and protect the superheater tube wall temperature does not exceed the permissible operating temperature. In the design used cascade control system, the main object is sent to the load equipment outlet temperature.Vice object between the desuperheater and superheater steam temperature by controlling the flow of warm water reductions to achieve control

基于PLC的PID温度控制系统设计(附程序代码)

基于PLC的PID温度控制系统设计（附程序代码）摘要 自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着PLC技术的飞速发展，通过PLC对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。温度控制系统广泛应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统。而温度控制在许多领域中也有广泛的应用。这方面的应用大多是基于单片机进行PID 控制, 然而单片机控制的DDC 系统软硬件设计较为复杂, 特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处, 然而PLC 在这方面却是公认的最佳选择。根据大滞后、大惯性、时变性的特点，一般采用PID调节进行控制。随着PLC功能的扩充，在许多PLC 控制器中都扩充了PID 控制功能, 因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的。 本设计是利用西门子S7-200PLC来控制温度系统。首先研究了温度的PID调节控制，提出了PID的模糊自整定的设计方案，结合MCGS监控软件控制得以实现控制温度目的。 关键词:PLC;PID;温度控制 沈阳理工大学课程设计论文 目录 1 引言...................................................................... (1)

1.1 温度控制系统的意义...................................................................... .. (1) 1.2 温度控制系统背景...................................................................... .................. 1 1.3 研究技术介绍...................................................................... .. (1) 1.3.1 传感技术...................................................................... (1) 1.3.2 PLC .................................................................... . (2) 上位机...................................................................... ............................1.3.3 3 1.3.4 组态软件...................................................................... ........................ 3 1.4 本文研究对象...................................................................... .. (4)