温度控制系统设计.doc
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1、(完整word版)温度控制系统设计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
2、单片机进行炉温控制,可以提高控制质量和自动化水平。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05伏时对应电炉温度0300,温度传感器测量值对应也为05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T130秒,滞后时间常数为10秒。其对象问温控数学模型为: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及的值; 3
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秒目录1 系统硬件设计51.1 系统硬件结构框图51.2电源部分51.3 采样测量部分61.4 驱动执行部分62 积分分离PID算法72.1 积分分离PID控制72.2流程图73 系统测试及数据分析83.1 数据分析Kp改变时对系统超调量的影响83.2 数据分析Td改变时对系统超调量的影响83.3 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10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
4、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:通信接口键盘微型控制机AT89C51温度检测PT100驱动执行机构8路D/A转换器DAC0832测量变送8路A/D转换器ADC0809加热电阻温度 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
5、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。1.3采样测量部分
6、在检测装置中,温度检测用WZP-231铂热电阻(Pt100),采用三线制接法,采样电路为桥式测量电路,其输入量程为50350C,经测量电路采样后输出05V电压,再经模数转换芯片ADC0809进行转换,变为数字量后送入单片机进行分析处理。测温原理:电路采用TL431和电位器VR1调节产生4.096V的参考电源;采用R1、R2、VR2、Pt100构成测量电桥(其中R1R2,VR2为100精密电阻),当Pt100的电阻值和VR2的电阻值不相等时,电桥输出一个mV级的压差信号,这个压差信号经过运放LM324放大后输出期望大小的电压信号,该信号可直接连AD转换芯片。差动放大电路中R3R4、 R5R6、放
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