计算机的控制课程设计(温度控制系统地设计与实现)

题目：温度控制系统的设计与实现学生姓名：

学院：电力学院

系别：自动化

专业：自动化

班级：

指导教师：

二〇一年一月十四日

内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书

课程名称：计算机控制系统课程设计学院：电力学院班级：自动化07-3班学生姓名：石鑫学号： 200710202074 指导教师：刘磊李志明

摘要

温度控制系统是一种典型的过程控制系统，在工业生产中具有极其广泛的应用。温度控制系统的对象存在滞后，它对阶跃信号的响应会推迟一些时间，对自动控制产生不利的影响，因此对温度准确的测量和有效的控制是此类工业控制系统中的重要指标。温度是一个重要的物理量，也是工业生产过程中的主要工艺参数之一，物体的许多性质和特性都与温度有关，很多重要的过程只有在一定温度范围内才能有效的进行，因此，对温度的精确测量和可靠控制，在工业生产和科学研究中就具有很重要的意义。

本文阐述了过程控制系统的概念，介绍了一种温度控制系统建模与控制，以电热水壶为被控对象，通过实验的方法建立温度控制系统的数学模型，采用了PID算法进行系统的设计，达到了比较好的控制目的。

关键词：温度控制；建模；自动控制；过程控制；PID

Abstract

In industrial production with extremely extensive application, temperature control system is a typical process control system.Temperature control system has the larger inertia. It is the response signal to step off some of time.And it produces the adverse effect to the temperature measurement. The control system is the important industrial control index. Temperature is an important parameters in the process of industrial production. Also it is one of the main parameters of objects, many properties and characteristics of temperature, many important process only under certain temperature range can efficiently work. Therefore, the precise measurement of temperature control, reliable industrial production and scientific research has very important significance.

This paper discusses the concept of process control system and introduces a kind of temperature control system .The electric kettle is the controlled object, PID algorithm is used for system design,through experience method to get the model of temperature control system and we can get the controlied response well.

Keywords：Temperature control; Mathematical modeling; Automatic control; Process control; PID

目录

第一章概述 .......................................... 错误！未定义书签。

1.1 题目背景及应用意义............................. 错误！未定义书签。

1.2 本文内容及工作安排 (1)

第二章系统组成及被控对象分析（被控对象数学建模） (3)

2.1 系统组成 (3)

2.1 被控对象分析（被控对象数学建模） (5)

第三章控制策略设计及仿真研究 (11)

3.1 控制策略设计 (11)

3.2 仿真研究 (15)

第四章控制策略实现 (18)

4.1 组态环境下控制策略编程实现 (18)

4.2 力控软件 (18)

4.3 运行结果分析 (20)

第五章总结 (22)

参考文献 (23)

第一章概述

1．1 题目背景及应用意义

在近四十年的时间里，电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电路到大规模集成电路这样四个阶段，尤其是随着半导体集成技术的飞跃发展，七十年代初诞生了一代新型的电子计算机——微型计算机，使得计算机应用日益广泛；目前，计算机应用已渗透到各行各业，达到了前所未有的普及程度。一个由计算机技术为标志，包括新材料、宇航、生物工程、海洋工程等多种学科在内的新技术革命正在兴起。

伴随着科学技术的发展，计算机技术有了更高的飞跃，我们现在完全可以运用计算机和温度传感器对某处进行温度检测，而且我们可以很容易地做到实时温度检测和控制。

温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械等工业中，具有举足重轻的作用，因此,温度控制系统是典型的控制系统。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，对温度的测控方法多种多样。

不同的应用部门对温度控制系统品质有不同的要求，并选用不同类型的调节器。如果精度要求不高，可采用两位调节器，一般情况下多采用PID调节器。高精度温度控制系统则常采用串级控制，串级控制系统由主回路和副回路两个回路构成，具有控制精度高、抗干扰性好、响应快、动态偏差小等优点，常用于干扰强且温度要求精确的生产过程，如化工生产中反应器的温度控制。

1．2 本文内容及工作安排

1．系统组成分析

认真阅读设计中用到的实验装置的实用说明书，分析温度控制系统的组成、工作原理、特性参数。

2．控制方案制定

制定温度控制系统的控制方案，包括采用何种控制策略控制、使用何种软件环境实现、计划达到何种控制效果。

3．温控对象的数学建模

建立电热水壶的数学模型。

4．控制策略设计及仿真研究

设计温度控制系统的控制策略，并在Matlab/Simulink环境下仿真研究，得到较为满意的结果。

5．控制策略实现

将设计的控制策略在组态软件下实现，同时实现输入输出数据显示和曲线绘制、过程动画组态等功能。

课程说明书分五章对本次课设内容进行系统阐述，第一章简略描述了本次课设内容“温度控制系统的设计与实现”知识背景及应用意义，并对本次课设的工作内容进行了详细的介绍。第二章介绍了系统的基本组成以及被控对象的数学建模过程。第三章主要阐述设计控制策略或控制算法的全过程，阐述设计控制策略或控制算法设计好后，在Matlab/Simulink环境下仿真模型建立、从仿真结果分析控制策略的性能、仿真中反映的一些问题及解决措施等主要内容。第四章主要讲述仿真验证后的控制策略或控制算法在力控组态环境下的组态实现过程，对控制策略或控制算法在力控组态环境下的组态实现后，进行实物控制的结果分析。第五章对课设全过程进行总结和分析，进行梳理和整合。

第二章被控对象数学建模

2．1 系统组成

温度控制系统的组成部件：电热水壶----充当被控对象；热电偶----完成壶内温度测试；固态继电器----通过计算机输出的控制信号使其通断，进而使整个加热系统工作或者停止；Pci8333板卡及计算机----整个控制系统的核心部分完成模数转换及PID控制等。实验实物图如图2-1所示。

图2-1 实验实物图

1．电热水壶

额定电压：220V，额定功率：1500W，工作频率：50Hz，直径：24CM，容量：5L。2．热电偶

热电偶是根据热电效应制成的一种测温元件。它结构简单，坚固耐用，使用方便，是应用很广泛的一种测温元件。热电偶由两种不同成份的导体两端经焊接形成回路，直接测温的一端叫工作端，另一端温度保持一定叫冷端，亦称参考端，因为两种不同

金属的自由电子密度不同，当两种金属接触时在两种金属的交界处，就会因电子密度不同而产生电子扩散，扩散结果在两金属接触面两侧形成静电场即接触电势差。这种接触电势差仅与两金属的材料和接触点的温度有关，和热电极的长度、直径无关，温度愈高，金属中自由电子就越活跃，致使接触处所产生的电场强度增加，接触面电动势也相应增高，热电偶的热电动势将随着测量端温升增大。热电偶产生的温差电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势造成的。热电偶原理图如图2-2所示。

图2-2 热电偶原理图

本设计采用WRNK-191型号的热电偶，分度号为K，其中各字母和数字分别代表：W 代表温度仪表，R代表热电偶，N代表测温元件材料，即镍铬-镍硅，K代表铠装式，1代表安装固定形式无固定装置，9代表自由端带补偿导线，1代表工作端形式为绝缘式。在本设计中由于采用TC001温度控制单元作为变送器，因为温度控制单元本身已经集成了冷端补偿器，所以无须再额外增加补偿线路。

3．固态继电器

固态继电器(Solid State Relays,缩写SSR)是一种无触点电子开关，由分立元器件、膜固定电阻网络和芯片，采用混合工艺组装来实现控制回路与负载回路的电隔离及信号耦合，由固态器件实现负载的通断切换功能，内部无任何可动部件。虽然固态继电器型号规格很多，但它们的工作原理基本相似。主要由输入电路，驱动电路和输出电路三部分组成。

4．中泰PCI-8333

PCI-8333 多功能模入模出接口卡适用于提供了PCI 总线插槽的PC系列微机，具有即插即用（PnP）的功能。其操作系统可选用目前流行的 Windows 系列、高稳定性的Unix等多种操作系统以及专业数据采集分析系统LabVIEW 等软件环境。在硬件的安

装上也非常简单，使用时只需将接口卡插入机内任何一个PCI 总线插槽中并用螺丝固定，信号电缆从机箱外部直接接入。

PCI-8333 多功能模入模出接口卡安装使用方便，程序编制简单。其模入模出及I/O 信号均由卡上的37芯D 型插头与外部信号源及设备连接。对于模入部分，用户可根据实际需要选择单端或双端输入方式。对于模出部分，用户可根据控制对象的需要选择电压或电流输出方式以及不同的量程。本卡上的A/D 、D/A 转换均为12位，同时还备有16路数字量输入和16 路数字量输出接口，三路16位字长的计数/定时器，以及1Mhz 的基准时钟。本卡的A/D 转换启动方式可以选用程序触发、定时器自动触发、外同步触发等方式，转换状态可以用程序查询，也可以用中断方式通知CPU 读取转换结果。

2.2 被控对象分析（被控对象数学建模）

1．过程控制系统建模方法

在控制系统的分析和设计中，首先要建立系统的数学模型。控制系统的数学模型是描述系统内部物理量（或变量）之间关系的数学表达式。在静态条件下，描述变量之间关系的代数方程叫静态数学模型；而描述变量各阶导数之间关系的微分方程叫动态数学模型。建立控制系统的数学模型是分析和设计控制系统的首要工作。

建立控制系统数学模型的方法有机理建模法和测试建模法。

（1）机理建模法：对系统各部分的运动机理进行分析，根据它们所依据的物理规律或化学规律分别列写相应的运动方程。例如：基尔霍夫定律、牛顿定律、热力学定律等。

（2）测试建模法：人为的给系统施加某种测试信号，记录其输出响应，并用适当的数学模型区逼近。

2．系统机理建模

本系统的被控对象是电热水壶，通过对其加热过程中热量这一物理量的变化和转移过程，确定其模型。由热力学第一定律得：

i

o r W θθ+= （2-1）

式中，i θ——电热水壶吸收的热量； o θ——电热水壶散发的热量； r W ——给电热水壶加热的总能量

根据热力学知识，有下列关系：

T

i t

d C d θ= （2-2） o T kd θ= （2-3） r d W UIt = （2-4）

式中，C ——水的比热容； T ——水的升温；

U ——电源电压；

k ——水壶散热系数；

I

——流过电热水壶电流；

d t ——总的导通时间

联立（2-1）、（2-2）、（2-3）和（2-4）得：

T

d T

t

d C UIt kd d =- （2-5）

对（2-5）进行拉氏变换，得：

()()()CsT s UIt s kT s =- （2-6）

整理得传递函数：

()()()1

UI

T s UI k G s Cs t s Cs k k

===++ （2-7） 假设 UI

K k

=，C T k = 整理（2-7）得：

()1

K

G s Ts =

+ （2-8） 考虑电热水壶本身固有的延迟时间，得被控对象的传递函数：

()1

s

Ke G s Ts =+-τ （2-9）

3．系统测试建模

阶跃响应与脉冲响应关系：

（2-10）

（2-11）

y(t)为阶跃响应，g(t)为脉冲响应。

首先将y(t)转化为无量纲形式y﹡(t),即

y﹡(t)=错误！未找到引用源。

（2-12）

其中y(∞)是y(t)的稳态值。此时有

K=错误！未找到引用源。

（2-13）

其中，△u为阶跃输入的幅值。

y﹡(t)=错误！未找到引用源。（2-14）为了确定T和错误！未找到引用源。，选择两个时刻错误！未找到引用源。和错误！

未找到引用源。和y﹡(t)的坐标值，其中错误！未找到引用源。

y﹡(错误！未找到引用源。)=错误！未找到引用源。

（2-15）

y﹡(错误！未找到引用源。)=错误！未找到引用源。

（2-16）

对上述两式的两端取自然对数，有

（2-17）

（2-18）联立求解，可得

T=错误！未找到引用源。（2-19）

（2-20）

若选择y﹡(错误！未找到引用源。)=0.39， y﹡(错误！未找到引用源。)=0.63，则可得

T=2(错误！未找到引用源。)

（2-21）

错误！未找到引用源。=2错误！未找到引用源。

（2-22）

有上述两式可以方便的求出时间常数T和错误！未找到引用源。被控对象的数学模型

为：

G(s)=错误！未找到引用源。

（2-23）

其中，错误！未找到引用源。是延迟时间为的纯滞后环节。

4．数据采集

首先，在组态软件力控5.0中，产生PWM脉冲波形克服水温热惯性。将系统接成

开环，即不在计算机中设定稳态温度。当温度升高到87度时，断开电源。从初始温

度一直到最后温度回落到初始值过程中每隔一度记录一组数据，所得数据如表2-1

所示：

表2-1

5．建立模型

在力控组态环境下设定一个周期性的脉冲信号使固态继电器周期性通断，给电水

壶加热。如图2-3所示。

图2-3 加入水壶的脉冲信号

跟据测试建模原理，再输入端施加周期性时钟脉冲激励，得到矩形脉冲响应曲线，再根据阶跃输入与脉冲输入的关系，即线性叠加定理，画出阶跃响应曲线，从而求出对象的数学模型，阶跃响应曲线如图2-4所示：

图2-4 阶跃响应曲线与脉冲响应曲线

由图2-4和实验数据可以得到：

y(∞)=95 y(0)=12

PWM 脉冲波形的占空比为0.8，可以得到脉冲输入△u ，即△u=0.1

可以得到 K= 9512

0.1 错误！未找到引用源。=830

首先将y(t)转化为无量纲形式y ﹡(t),即

y ﹡(t)=错误！未找到引用源。

若选择y ﹡(错误！未找到引用源。)=0.39， y ﹡(错误！未找到引用源。)=0.63，则可得 则有

T=2(错误！未找到引用源。)=4010；错误！未找到引用源。=2错误！未找到引用源。=35

（2-24）

（2-25）

（2-26） （2-27）

计算阶跃响应数据，并画出其曲线，如图2-3所示，

求得数学模型：

（2-28）

21()()u t u t τ=--1211()()()()()u t u t u t u t u t τ=+=--1211()()()()()g t y t y t y t y t τ=+=--11())()

(y g t t y t τ+-=()1

s

Ke G s Ts τ-=

+35830

()40101

s

G s e s -=+

第三章 控制策略设计及仿真研究

3.1 控制策略设计

前一章我们已经对被控对象建立了数学模型，接下来则需对温度对象进行控制算法的设计。在这里我们采用典型I 型系统的设计法。

1．调节器设计基本思路

作为工程设计方法，首先要使问题简化，突出主要矛盾。简化的基本思路是，把调节器的设计过程分两步：

第一步，先选择调节器结构，以确保系统稳定，同时满足所需的稳态精度。 第二步，在选择调节器参数，以满足动态性能指标。

这样做，就把稳、准、快、抗干扰之间相互交叉的矛盾问题分成两步来解决，第一步先解决主要矛盾——动态稳定性和稳态精度，然后在第二步中在进一步满足其他性能指标。

在选择调节器结构时，只采用少量的典型系统，他的参数与系统性能指标的关系都已经事先找到，具体选择参数时只需按现成的公式和表格中的数据计算一下就可以了。

2. 典型系统

自动控制理论已证明，0型系统在稳态时是有差的，而III 型和III 型以上系统很难稳定的。因此，通常为了保证稳定性和一定的稳态精度，多用I 型和II 型系统。

作为典型I 型系统，其开环传递函数选择为

它的闭环系统结构如图3-1所示，而图3-2 表示的它的开环对数频率特性。选择它作为典型系统不仅是因为其结构简单，而且对数幅频特性的中频段为-20dB/dec 的斜率穿越零分贝线，高频段以-40dB/dec 衰减，只要参数的选择能够保证足够的中频段宽度，系统就一定稳定，且有足够的稳定余量。要做到这一点，应该满足：

（3-1）

（3-2） 1c T

ω<1

c T ω<35830

()40101

s

G s e s -=

+

（3-3）

相角裕度为： （3-4） 图3-1 闭环系统结构图

图3-2 开环对数频率特性

由于被控对象模型的形式为： （3-5）

与是可推得到： （3-6）

所以控制算法为：

（3-7）

()1

s

K G s e Ts τ-=?+()1

K G s Ts *

=+'

1(1)()(1)c K Ts G s s T s +=

+145c tg T ω-?<11180909045c c tg T tg T γωω??-?-?

=--=-

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自动控制系统课程设计说明书

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：自动控制理论课程设计 设计题目：直线一级倒立摆控制器设计 院系：电气学院电气工程系 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2016.6.6-2016.6.19 手机： 工业大学教务处

*注：此任务书由课程设计指导教师填写。

直线一级倒立摆控制器设计 摘要：采用牛顿—欧拉方法建立了直线一级倒立摆系统的数学模型。采用MATLAB 分析了系统开环时倒立摆的不稳定性，运用根轨迹法设计了控制器，增加了系统的零极点以保证系统稳定。采用固高科技所提供的控制器程序在MATLAB中进行仿真分析，将电脑与倒立摆连接进行实时控制。在MATLAB中分析了系统的动态响应与稳态指标，检验了自动控制理论的正确性和实用性。 0.引言 摆是进行控制理论研究的典型实验平台，可以分为倒立摆和顺摆。许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，通过倒立摆系统实验来验证我们所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中对所学课程加深了理解。由于倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。 本次课程设计中以一阶倒立摆为被控对象，了解了用古典控制理论设计控制器(如PID控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法，掌握MATLAB仿真软件的使用方法及控制系统的调试方法。 1.系统建模 一级倒立摆系统结构示意图和系统框图如下。其基本的工作过程是光电码盘1采集伺服小车的速度、位移信号并反馈给伺服和运动控制卡，光电码盘2采集摆杆的角度、角速度信号并反馈给运动控制卡，计算机从运动控制卡中读取实时数据，确定控制决策(小车运动方向、移动速度、加速度等)，并由运动控制卡来实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，通过皮带带动小车运动从而保持摆杆平衡。

计算机控制课程设计电阻炉温度控制系统

计算机控制课程设计 报告 设计题目：电阻炉温度控制系统设计 年级专业：09级测控技术与仪器 化工、机械、食品等领域。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。本设计就是利用单片机来控制高温加热炉的温度，传统的以普通双向晶闸管（SCR）控制的高温电加热炉采用移相触发电路改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率，达到自动控制电加热炉温度的目的。这种移相方式输出一种非正弦波，实践表明这种控制方式产

生相当大的中频干扰，并通过电网传输，给电力系统造成“公害”。采用固态继电器控温电路，通过单片机控制固态继电器，其波形为完整的正弦波，是一种稳定、可靠、较先进的控制方法。为了降低成本和保证较高的控温精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零点迁移、冷端补偿功能的温度变送器桥路，使实际测温范围缩小。 1.1电阻炉组成及其加热方式 电阻炉是工业炉的一种，是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化元件或物料的热加工设备。电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成，炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。由于炉子的种类不同，因而所使用的燃料和加

热方法也不同;由于工艺不同，所要求的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同，对控温精度要求不同，因而控制系统的组成也不相同。电气控制系统包括主机与外围电路、仪表显示等。辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，因炉种的不同而各异。电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件， （4）电阻炉温度按预定的规律变化，超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性; （5）具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±1℃; （6）具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。

过程控制工程课程设计

过程控制工程 课程设计任务书 设计名称：扬子烯烃厂丁二烯装置控制模拟设计设计时间：2006.2.20~2006.3.10 姓名：毛磊 班级：自动化0201 学号：05号 南京工业大学自动化学院 2006年3月

1.课程设计内容： 学习《过程控制工程》课程和下厂毕业实习2周后，在对扬子烯烃厂丁二烯装置的实际过程控制策略、实习环节的控制系统以及相应的组态软件有一定的认识和了解的基础上，针对扬子烯烃厂丁二烯装置，设计一个复杂控制系统（至少包含一个复杂回路和3-5个简单回路），并利用组态软件进行动态仿真设计，调节系统控制参数，使控制系统达到要求的控制效果。 1)独立完成设计任务，每个人根据下厂具体实习装置，确定自己的课程设 计题目，每1-3人/组； 2)选用一种组态软件（例如：采用力控组态软件）绘制系统工艺流程图； 3)绘制控制系统原有的控制回路； 4)利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利用组态软 件，对控制系统进行组态； 5)改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态； 6)调节控制参数，使性能指标达到要求； 7)写出设计工作小结。对在完成以上设计过程所进行的有关步骤：如设计 思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出 说明，并对所完成的设计做出评价，对自己整个设计工作中经验教训， 总结收获。 2. 进度安排（时间3周） 1)第1周选用一种组态软件绘制系统工艺流程图；绘制控制系统原有的 控制回路； 2)第2周利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利 用组态软件，对控制系统进行组态； 3)第3周(1-3) 改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态； 调节控制参数，使性能指标达到要求； 4)第3周(4) 书写课程设计说明书 5)第3周(5) 演示、答辩

某加热炉温度控制 过程控制

学号 天津城建大学 过程控制课程设计 设计说明书 某加热炉温度控制 起止日期：2014 年6 月23 日至2014 年6 月27 日 学生姓名 班级 成绩 指导教师(签字) 控制与机械工程学院 2014年6月27 日

天津城建大学 课程设计任务书 2013 -2014学年第2学期 控制与机械工程学院电气工程及其自动化专业班级13电气11班 姓名学号 课程设计名称：过程控制 设计题目：某加热炉温度控制 完成期限：自2014 年6 月23 日至2014 年 6 月27 日共1 周设计依据、要求及主要内容： 一、设计任务 某温度过程在阶跃扰动1/ ?=作用下，其温度变化的数据如下： q t h 试根据实验数据设计一个超调量25% δ≤的无差控制系统。具体要求如下： p （1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型； （2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3）根据设计方案选择相应的控制仪表； （4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。 二、设计要求 采用MATLAB仿真；需要做出以下结果： （1）超调量 （2）峰值时间 （3）过渡过程时间 （4）余差 （5）第一个波峰值 （6）第二个波峰值 （7）衰减比 （8）衰减率 （9）振荡频率 （10）全部P、I、D的参数 （11）PID的模型 （12）设计思路

三、设计报告 课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。 四、参考资料 [1] 何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社，2004 [2] 邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2000 [3] 过程控制教材 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期：年月日

单片机课程设计(温度控制器)

基于单片机的温度控制器设计 内容摘要：该温度报警系统以AT89C51单片机为核心控制芯片，实现温度检测报警功能的方案。该系统能实时采集周围的温度信息，程序内部设定有报警上下限，根据应用环境不同可设定不同的报警上下限。该系统实现了对温度的自动监测和自动调温功能。 关键词：AT89C51ADC0808 温度检测报警自动调温 Abstract：The temperature alarm system AT89C51 control chip, realize temperature detection alarm function scheme. The system can collect real-time temperature information around that internal procedures set alarm equipped, according to different application environment can be set different alarm upper. The system realizes the automatic monitoring of temperature. The instrument can achieve the automatic thermostat function. Keywords：AT89C51 ADC0808Temperature detectingalarmautomatic thermostat 引言：本课题是基于单片机的温度控制器设计，经过对对相关书籍资料的查阅确定应用单片机为主控模块通过外围设备来实现对温度的控制。实现高低温报警、指示和低温自加热功能（加热功能未在仿真中体现）。 1．设计方案及原理 1.1设计任务 基于单片机设计温度检测报警，可以实时采集周围的温度信息进行显示，并且可以根据应用环境不同设定不同的报警上下限。 1.2设计要求 (1)实时温度检测。 (2)具有温度报警功能。 (3)可以设报警置温度上下限。 (4)低于下限时启动加热装置。 1.3总体设计方案及论证

温度控制系统课程设计

前言 温度是一种最基本的环境参数,日常生活和工农业生产中经常要检测温度。传统的方式是采用热电偶或热电阻,但是由于模拟温度传感器输出为模拟信号，必须经过AD 转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口,使得硬件电路结构复杂,制作成本较高。近年来，美国DALLAS公司生产的DSI18B20为代表的新型单总线数字式温度传感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。 随着科学技术的不断进步与发展，温度传感器的种类日益繁多，数字温度传感器更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优点，被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中.其中，比较有代表性的数字温度传感器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等. 智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE_）的结晶.目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路.有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU),并且可通过软件来实现测试功能,即智能化取决于软件的开发水平。 为了准确获取现场的温度和方便现场控制，本系统采用了软硬件结合的方式进行设计，利用LED数码管显示温度,利用DS18B20检测当前的温度值，通过和设定的参数进行比较，若实测温度高于设定温度，则通过555定时器产生频率可变的报警信号，若实测温度低于设定温度，则加热电路自动启动，到达设定温度后停止。在软件部分，主要是设计系统的控制流程和实现过程，以及各个芯片的底层驱动设计已达到所要求的功能。在近端与远端通信过程中，采用串行MAX232标准，实现PC机与单片机间的数据传输。

自动控制课程设计~~~

指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学 移通学院 自动控制原理课程设计报告 系部： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间：2013年12 月 重庆邮电大学移通学院制

目录 一、设计题目 二、设计报告正文 摘要 关键词 设计内容 三、设计总结 四、参考文献

一、设计题目 《自动控制原理》课程设计（简明）任务书——供2011级机械设计制造及其自动化专业（4-6班）本科学生用 引言：《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，更不同于课堂教学。它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。 一设计题目：Ｉ型二阶系统的典型分析与综合设计 二系统说明： 该Ｉ型系统物理模拟结构如图所示。 系统物理模拟结构图 其中：Ｒ＝1MΩ；C =1uF；R0=41R 三系统参量：系统输入信号：x(t)； 系统输出信号：y(t)；

四设计指标： 设定：输入为x(t)=a×1（t）（其中：a=5） 要求动态期望指标：M p﹪≤20﹪；t s≤4sec； 五基本要求： a)建立系统数学模型——传递函数； b)利用根轨迹方法分析和综合系统（学号为单数同学做）； c)利用频率特性法分析和综合系统（学号为双数同学做）； d)完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验； 六课程设计报告： 1.按照移通学院课程设计报告格式写课程设计报告； 2.报告内容包括：课程设计的主要内容、基本原理； 3.课程设计过程中的参数计算过程、分析过程，包括： （1）课程设计计算说明书一份； （2）原系统组成结构原理图一张（自绘）； （3）系统分析，综合用精确Bode图一张； （4）系统综合前后的模拟图各一张（附实验结果图）； 4.提供参考资料及文献 5.排版格式完整、报告语句通顺； 6.封面装帧成册。

温度控制器的设计

目录 第一章课程设计要求及电路说明 (3) 1.1课程设计要求与技术指标 (3) 1.2课程设计电路说明 (4) 第二章课程设计及结果分析 (6) 2.1课程设计思想 (6) 2.2课程设计问题及解决办法 (6) 2.3调试结果分析 (7) 第三章课程设计方案特点及体会 (8) 3.1 课程设计方案特点 (8) 3.2 课程设计心得体会 (9) 参考文献 (9) 附录 (9)

第一章课程设计要求及电路说明 1.1课程设计要求与技术指标 温度控制器的设计 设计要求与技术指标： 1、设计要求 （1）设计一个温度控制器电路； （2）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图； （3）撰写设计报告。 2、技术指标 温度测量范围0—99℃，精度误差为0.1℃；LED数码管直读显示；温度报警指示灯。

1.2课程设计电路说明 1.2.1系统单元电路组成 温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。 1.2.2设计电路说明 主控制器：CPU是整个控制部分的核心,由STC89C52芯片连同附加电路构成的单片机最小系统作为数据处理及控制模块. 显示电路：显示电路采用4个共阳LED数码管，用于显示温度计的数值。报警电路：报警电路由蜂鸣器和三极管组成，当测量温度超过设计的温度时，该电路就会发出报警。 温度传感器：主要由DS18B20芯片组成，用于温度的采集。 时钟振荡：时钟振荡电路由晶振和电容组成，为STC89C52芯片提供稳定的时钟频率。

第二章课程设计及结果分析 2.1课程设计 2.1.1设计方案论证与比较 显示电路方案 方案一：采用数码管动态显示 使用一个七段LED数码管，采用动态显示的方法来显示各项指标，此方法价格成本低，而且自己也比较熟悉，实验室也常备有此元件。 方案二：采用LCD液晶显示 采用1602 LCD液晶显示，此方案显示内容相对丰富，且布线较为简单。 综合上述原因，采用方案一，使用数码管作为显示电路。 测温电路方案 方案一：采用模拟温度传感器测温 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。 方案二：采用数字温度传感器 经过查询相关的资料，发现在单片机电路设计中，大多数都是使用传感器，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。 综合考虑，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。 2.1.2设计总体方案 根据上述方案比较，结合题目要可以将系统分为主控模块，显示模块，温度采集模块和报警模块，其框图如下：

反应釜温度过程控制课程设计

过程控制系统课程课题：反应釜温度控制系统 系另I」：电气与控制工程学院 专业：自动化_____________ 姓名： ________ 彭俊峰_____________ 学号：__________________ 指导教师： _______ 李晓辉_____________ 河南城建学院 2016年6月15日

反应器是任何化学品生产过程中的关键设备，决定了化工产品的品质、品种和生产能力。釜式反应器是一种最为常见的反应器，广泛的应用于化工生产的各个领域。釜式反应器有一些非常重要的过程参数，如：进料流量（进料流量比）、液体反应物液位、反应压力、反应温度等等。对于这些参数的控制至关重要，其不但决定着产品的质量和生产的效率，也很大程度上决定了生产过程的安全性。 由于非线性和温度滞后因素很多，使得常规方法对釜式反应器的控制效果不是很理想。本文以带搅拌釜式反应器的温度作为工业生产被控对象，结合PID 控制方式，选用FX2N-PLC 调节模块，同时为了提高系统安全性，设计了报警和紧急停车系统，最终设计了一套反应釜氏的温度过程控制系统。

1系统工艺过程及被控对象特性选取 被控对象的工艺过程 本设计以工业常见的带搅拌釜式反应器（CSTR）为过程系统被控对象。 反应器为标准3盆头釜，反应釜直径1000mm,釜底到上端盖法兰高度1376mm, 反应器总容积，耐压。为安全起见，要求反应器在系统开、停车全过程中压力不超过。反应器压力报警上限组态值为。反应器的工艺流程如图1-1所示。 S8Q A a珑厲娜口 图1-1釜式反应器工艺流程图 该装置主要参数如表1-1所示。各个阀门的设备参数如表1-2所示，其中，D g为阀门公称直径、K v为国际标准流通能力。 表1-1主要测控参数表

反应釜温度过程控制课程设计

过程控制系统课程设计 课题：反应釜温度控制系统 系别：电气与控制工程学院 专业：自动化 姓名：彭俊峰 学号：092413238 指导教师：李晓辉 河南城建学院 2016年6月15日

引言 (1) 1系统工艺过程及被控对象特性选取 (2) 1.1 被控对象的工艺过程 (2) 1.2 被控对象特性描述 (4) 2 仪表的选取 (5) 2.1过程检测与变送器的选取 (5) 2.2执行器的选取 (6) 2.2.1执行器的选型 (7) 2.2.2调节阀尺寸的选取 (7) 2.2.3调节阀流量特性选取 (7) 2.3控制器仪表的选择 (8) 3.控制方案的整体设定 (10) 3.1控制方式的选择 (10) 3.2阀门特性及控制器选择 (10) 3.3 控制系统仿真 (12) 3.4 控制参数整定 (13) 4 报警和紧急停车设计 (14) 5 结论 (15) 6 体会 (16) 参考文献 (17)

反应器是任何化学品生产过程中的关键设备，决定了化工产品的品质、品种和生产能力。釜式反应器是一种最为常见的反应器，广泛的应用于化工生产的各个领域。釜式反应器有一些非常重要的过程参数，如：进料流量（进料流量比）、液体反应物液位、反应压力、反应温度等等。对于这些参数的控制至关重要，其不但决定着产品的质量和生产的效率，也很大程度上决定了生产过程的安全性。 由于非线性和温度滞后因素很多，使得常规方法对釜式反应器的控制效果不是很理想。本文以带搅拌釜式反应器的温度作为工业生产被控对象，结合PID 控制方式，选用FX2N-PLC温度调节模块，同时为了提高系统安全性，设计了报警和紧急停车系统，最终设计了一套反应釜氏的温度过程控制系统。

自动控制原理课程设计实验

上海电力学院 自动控制原理实践报告 课名：自动控制原理应用实践 题目：水翼船渡轮的纵倾角控制 船舶航向的自动操舵控制 班级： 姓名： 学号：

水翼船渡轮的纵倾角控制 一．系统背景简介 水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行，Foilborne)，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。 水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。 航向自动操舵仪工作时存在包括舵机（舵角）、船舶本身（航向角）在内的两个反馈回路：舵角反馈和航向反馈。 当尾舵的角坐标偏转错误!未找到引用源。，会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误!未找到引用源。。传递函数中带有一个负号，这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。有此动力方程可以看出，船只的转动速率会逐渐趋向一个常数，因此如果船只以直线运动，而尾舵偏转一恒定值，那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。 二．实际控制过程 某水翼船渡轮，自重670t，航速45节（海里/小时），可载900名乘客，可混装轿车、大客车和货卡，载重可达自重量。该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力，全靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求该系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。

上图：水翼船渡轮的纵倾角控制系统 已知，水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型，执行器模型为F（s）=1/s。 三．控制设计要求 试设计一个控制器Gc（s），使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D （s）存在下也能达到优良的性能指标。假设海浪扰动D（s）的主频率为w=6rad/s。 本题要求了“优良的性能指标”，没有具体的量化指标，通过网络资料的查阅：响应超调量小于10%，调整时间小于4s。 四．分析系统时域 1.原系统稳定性分析 num=[50]; den=[1 80 2500 50]; g1=tf(num,den); [z,p,k]=zpkdata(g1,'v'); p1=pole(g1); pzmap(g1) 分析：上图闭环极点分布图，有一极点位于原点，另两极点位于虚轴左边，故处于临界稳定状态。但还是一种不稳定的情况，所以系统无稳态误差。 2.Simulink搭建未加控制器的原系统（不考虑扰动）。

武汉理工大学模电课设温度控制系统设计

课程设计任务书 学生姓名：张亚男专业班级：通信1104班 指导教师：李政颖 工作单位：信息工程学院 题目: 温度控制系统的设计 初始条件：TEC半导体制冷器、UA741 运算放大器、LM339N电压比较器、稳压管、LM35温度传感器、继电器 要求完成的主要任务: 一、设计任务：利用温度传感器件、集成运算放大器和Tec(Thermoelectric Cooler， 即半导体致冷器)等设计一个温度控制器。 二、设计要求：（1）控制密闭容器内空气温度 （2）控制容器容积>5cm*5cm*5cm （3）测温和控温范围0℃~室温 （4）控温精度±1℃ 三、发挥部分：测温和控温范围：0℃~（室温+10℃） 时间安排：19周准备课设所需资料，弄清各元件的原理并设计电路。 20周在仿真软件multisim上画出电路图并进行仿真。 21周周五前进行电路的焊接与调试，周五答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日

温度控制系统的设计 1.温度控制系统原理电路的设计 (3) 1.1 温度控制系统工作原理总述 (3) 1.2 方案设计 (3) 2.单元电路设计 (4) 2.1 温度信号的采集与转化单元——温度传感器 (4) 2.2 电压信号的处理单元——运算放大器 (5) 2.3 电压值表征温度单元——万用表 (7) 2.4 电压控制单元——迟滞比较器 (8) 2.5 驱动单元——继电器 (10) 2.6 TEC装置 (11) 2.7 整体电路图 (12) 3.电路仿真 (12) 3.1 multisim仿真 (12) 3.2 仿真分析 (14) 4.实物焊接 (15) 5.总结及体会 (16) 6.元件清单 (18) 7.参考文献 (19)

过程控制课程设计报告

北华航天工业学院 课程设计报告（论文） 设计课题：前馈反馈控制系统的 设计与整定 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 设计时间：2013年12月06日

北华航天工业学院电子工程系 过程控制课程设计任务书 指导教师：教研室主任： 2013年12月06日 注：本表下发学生一份，指导教师一份，栏目不够时请另附页。 课程设计任务书装订于设计计算说明书（或论文）封面之后，目录页之前。

内容摘要 液位控制是工业中常见的过程控制，例如在饮料食品加工、化工生产、锅炉汽泡液位等多种行业的生产加工过程中都需要对液位进行适当的控制，它对生产的影响不容忽视。对于液位控制系统的方法，目前有常规的PID控制，但是PID 控制采用固定的参数，难以保证控制适应系统的参数变化和工作条件变化，得不到理想效果。而且，对于一些控制精度要求较高的场合，例如核电厂的蒸汽生成器中的液位控制，某些化工原料厂的化学溶液液位等问题，不允许在有扰动的情况下出现太大的超调量和过程的调节时间。 目前为了达到精度较高要求的先进控制策略的发展有：预测控制、自适应控制、智能控制、模糊控制等。具体采用的方法如将模糊控制和传统的PID控制两者结合，用模糊控制理论来整定PID控制器的比例，积分，微分系统；以负荷为前馈扰动量构成一个串级加前馈的三冲量闭环控制系统等。目前各种锅炉汽包水位控制绝大多数采用三冲量水位控制策略。 本文针对液位控制系统中较为基础的单容水箱作为控制对象，单容液位控制系统具有非线性，滞后，耦合等特征，能够很好的模拟工业过程特征。而对于控制系统的选择为前馈——反馈系统。一般的控制系统都属于反馈控制, 这种控制作用总是落后于扰动作用。对于时滞较大、扰动幅度大而频繁的过程控制往往不能满足生产要求。引入前馈控制可以获得显著的控制效果。前馈控制是按照扰动作用的大小进行控制, 所以控制是及时的。如果补偿作用完善可以使被控变量不产生偏差。 索引关键词：前馈—反馈控制PID 自动控制液位控制

温度控制器课程设计要点

郑州科技学院 《模拟电子技术》课程设计 题目温度控制器 学生姓名 专业班级 学号 院（系）信息工程学院 指导教师 完成时间 2015年12月31日

郑州科技学院 模拟电子技术课程设计任务书 专业 14级通信工程班级 2班学号姓名 一、设计题目温度控制器 二、设计任务与要求 1、当温度低于设定温度时，两个加热丝同时通电加热，指示灯发光； 2、当水温高于设定温度时，两根加热丝都不通电，指示灯熄灭； 3、根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，并写出详细的设计过程； 4、利用Multisim软件画出一套完整的设计电路图，并列出所有的元件清单； 5、安装调试并按规定格式写出课程设计报告书. 三、参考文献 [1]吴友宇.模拟电子技术基础[M]. 清华大学出版社,2009.52~55. [2]孙梅生.电子技术基础课程设计[M]. 高等教育出版社,2005.25~28. [3]徐国华.电子技能实训教程[M]. 北京航空航天大学出版社,2006.13 ~15. [4]陈杰,黄鸿.传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社,2008.22~25. [5]翟玉文等.电子设计与实践[M].北京:北京中国电力出版社,2005.11~13. [6]万嘉若,林康运.电子线路基础[M]. 高等教育出版社,2006.27 ~29. 四、设计时间 2015 年12月21 日至2015 年12 月31 日 指导教师签名： 年月日

本设计是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、使用寿命长、具有一定的实用性等优点的温度控制电路。本文设计了一种温度控制器电路，该系统采用模拟技术进行温度的采集与控制。主要由电源模块，温度采集模块，继电器模块组成。 现代社会科学技术的发展可以说是突飞猛进，很多传统的东西都被成本更低、功能更多、使用更方便的电子产品所替代，本课程设计是一个以温度传感器采用LM35的环境温度简易测控系统，用于替代传统的低精度、不易读数的温度计。但系统预留了足够的扩展空间，并提供了简单的扩展方式供参考，实际使用中可根据需要改成多路转换，既可以增加湿度等测控对象，也能减少外界因素对系统的干扰。 首先温度传感器把温度信号转换为电流信号，通过放大器变成电压信号，然后送入两个反向输入的运算放大器组成的比较器电路，让电位器来改变温度范围的取值，最后信号送入比较器电路，通过比较来判断控制电路是否需要工作。此方案是采用传统的模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值与给定的温度值比较后，决定是否加热。 关键词：温度传感器比较器继电器

自动控制原理课程设计报告

自控课程设计课程设计(论文) 设计（论文）题目单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称Z Z Z Z学院 专业名称Z Z Z Z Z 学生姓名Z Z Z 学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师Z Z Z Z Z 设计（论文）成绩

单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(0 0++= s s s K s G （ksm7） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。 （2）相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 （3）系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。 1）、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。故起于0、-1、-2，终于无穷处。 2）、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。

热交换器温度控制系统课程设计报告书

热交换器温度控制系统 一．控制系统组成 由换热器出口温度控制系统流程图1可以看出系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵，变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。 图1换热器出口温度控制系统流程图 控制过程特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。被调参数（换热器出口温度）经检验元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号c，测量值c与给定值r的差值e送入调节器，调节器对偏差信号e进行运算处理后输出控制作用u。 二、设计控制系统选取方案 根据控制系统的复杂程度，可以将其分为简单控制系统和复杂控制系统。其中在换热器上常用的复杂控制系统又包括串级控制系统和前馈控制系统。对于控制系统的选取，应当根据具体的控制对象、控制要求，经济指标等诸多因素，选用合适的控制系统。以下是通过对换热器过程控制系统的分析，确定合适的控制系统。

换热器的温度控制系统工艺流程图如图2所示，冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体加热炉加热到某温度，通过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。冷流体通过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体的大小。在冷流体出口设置一个电功调节阀，可以根据输入信号自动调节冷流体流量的大小。多级离心泵的转速由便频器来控制。 换热器过程控制系统执行器的选择考虑到电动调节阀控制具有传递滞后大，反应迟缓等缺点，根具离心泵模型得到通过控制离心泵转速调节流量具有反应灵敏，滞后小等特点，而离心泵转速是通过变频器调节的，因此，本系统中采用变频器作为执行器。 图2换热器的温度控制系统工艺流程图 引起换热器出口温度变化的扰动因素有很多，简要概括起来主要有： （1）热流体的流量和温度的扰动，热流体的流量主要受到换热器入口阀门的开度和循环泵压头的影响。热流体的温度主要受到加热炉加热温度和管路散热的影响。 （2 ）冷流体的流量和温度的扰动。冷流体的流量主要受到离心泵的压头、转速

过程控制系统课程设计报告

过程控制系统课程设计报告 题目：温度控制系统设计 姓名： 学号： 班级： 指导教师：

温度控制系统设计 一、设计任务 设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。 二、预期实现目标 通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。 三、设计方案 （一）系统数学模型的建立 要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。 在本系统中，被控量是温度。被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。在整个实验过程中，水量是不变的。 经过试验，得到下表所示的时间-温度表： 表1 采样时间和对应的温度值

以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线： 图1 时间-温度曲线 采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。 从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。因此我们选用 ()1s ke G s Ts τ-= + （式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内胆温度系统的数学模型结构。 （1）k 的求法：k 可以用下式求得： ()(0) y y k x ∞-= （x ：输入的阶跃信号幅值）

自动控制原理课程设计

扬州大学水利与能源动力工程学院 课程实习报告 课程名称：自动控制原理及专业软件课程实习 题目名称：三阶系统分析与校正 年级专业及班级：建电1402 姓名：王杰 学号： 141504230 指导教师：许慧 评定成绩： 教师评语： 指导老师签名： 2016 年 12月 27日

一、课程实习的目的 （1）培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力； （2）掌握自动控制原理的时域分析法、根轨迹法、频域分析法，以及各种校正装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标； （3）学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试； （4）学会使用硬件搭建控制系统； （5）锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力，为今后从事控制相关工作打下较好的基础。 二、课程实习任务 某系统开环传递函数 G(s)=K/s(0.1s+1）（0.2s+1） 分析系统是否满足性能指标： （1)系统响应斜坡信号r(t)=t,稳态误差小于等于0.01； （2）相角裕度y>=40度； 如不满足，试为其设计一个pid校正装置。 三、课程实习内容 （1）未校正系统的分析： 1）利用MATLAB绘画未校正系统的开环和闭环零极点图 2）绘画根轨迹，分析未校正系统随着根轨迹增益变化的性能（稳定性、快速性）。 3）作出单位阶跃输入下的系统响应，分析系统单位阶跃响应的性能指标。 4）绘出系统开环传函的bode图，利用频域分析方法分析系统的频域性能指标（相角裕度和幅值裕度，开环振幅）。 （2）利用频域分析方法，根据题目要求选择校正方案，要求有理论分析和计算。并与Matlab计算值比较。 （3）选定合适的校正方案（串联滞后/串联超前/串联滞后-超前），理论分析并计算校正环节的参数，并确定何种装置实现。

过程控制课程设计--加热器温度控制

课程设计任务书 设计依据、要求及主要内容： 一、设计任务 加热器出口温度在阶跃扰动DC作用下，其输出响应数据如下： t/s012345678 y 4.0 4.0 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 5.8 t/s91011 y 5.85 5.9 6.0 6.0 试根据实验数据设计一个超调量的无差控制系统。具体要求如下：（1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型； （2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）； （3）根据设计方案选择相应的控制仪表； （4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。 二、设计要求 采用MATLAB仿真；需要做出以下结果： （1）超调量 （2）峰值时间 （3）过渡过程时间 （4）余差 （5）第一个波峰值 （6）第二个波峰值 （7）衰减比 （8）衰减率 （9）振荡频率 （10）全部P、I、D的参数 （11）PID的模型 （12）设计思路 三、设计报告 课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。 四、参考资料

[1] 何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社，2004 [2] 邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2000 [3] 过程控制教材 目录 一 设计内容 1.1总体思路 1.2.设计要求 二 数学模型的建立 2.1 PID参数K、T、Τ的确定 2.2传递函数的确定 三 控制系统的设计 3.1原系统方框图 3.2 PID温度控制器原理 3.3 控制规律与控制变量的确定 3.4 过程控制系统设备的选择 四 系统仿真及其分析 4.1仿真波形图 4.2系统的性能指标 五 课程设计心得体会 六 参考文献

自动控制原理课程设计

金陵科技学院课程设计目录 目录 绪论 (1) 一课程设计的目的及题目 (2) 1.1课程设计的目的 (2) 1.2课程设计的题目 (2) 二课程设计的任务及要求 (3) 2.1课程设计的任务 (3) 2.2课程设计的要求 (3) 三校正函数的设计 (4) 3.1理论知识 (4) 3.2设计部分 (5) 四传递函数特征根的计算 (10) 4.1校正前系统的传递函数的特征根....... 错误！未定义书签。 4.2校正后系统的传递函数的特征根....... 错误！未定义书签。五系统动态性能的分析.. (13) 5.1校正前系统的动态性能分析 (13) 5.2校正后系统的动态性能分析 (15) 六系统的根轨迹分析 (19) 6.1校正前系统的根轨迹分析 (19) 6.2校正后系统的根轨迹分析 (21) 七系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.1校正前系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.2校正后系统的奈奎斯特曲线图 (244) 八系统的对数幅频特性及对数相频特性 (24) 8.1校正前系统的对数幅频特性及对数相频特性 (25) 8.2校正后系统的对数幅频特性及对数相频特性错误！未定义书签。总结 (267) 参考文献................................ 错误！未定义书签。

绪论 在控制工程中用得最广的是电气校正装置，它不但可应用于电的控制系统，而且通过将非电量信号转换成电量信号，还可应用于非电的控制系统。控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。校正装置可以补偿系统不可变动部分（由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分）在特性上的缺陷，使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。常用的性能指标形式可以是时间域的指标，如上升时间、超调量、过渡过程时间等（见过渡过程），也可以是频率域的指标，如相角裕量、增益裕量（见相对稳定性）、谐振峰值、带宽（见频率响应）等。 常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示，此外也常采用频率响应的波德图来表示。不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用，以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中，串联校正装置采用有源网络的形式，并且制成通用性的调节器，称为PID（比例-积分-微分）调节器,它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。

单片机智能温控器课程设计

单片机课程设计 说明书 专业：机械设计制造及其自动化 设计题目：智能温控器 设计者： 指导老师： 设计时间：

一、课题名称：一个基于51单片机的智能温控器课程 设计 二、主要技术指标及工作内容和要求：本设计以MCS-51系列单片机为核心，采用常用电子 器件设计，一个电源开关，两个控制温度设定按键（增大/减小），四位数码管分别显示设 定温度和实际温度，量程为0~99度，打开电源开关后设定温度初始化为26度。 1，按键输入采用中断方式，两个按键分别接INT0和INT1。 2，采用铂电阻（Pt100)温度传感器进行温度测量，模数转换采用ADC0809。 3，单片机根据设定温度S和实测温度P控制继电器R的动作，死区设为2度：当P<=S-1时，控制R接通电加热回路; 当P>S+1时，控制R断开电加热回路； 当S-1