1、 1 基于基于 PIDPID控制的淬火炉炉温控制系统设计控制的淬火炉炉温控制系统设计 1总体方案设计 这次课程设计针对 PID 控制的淬火炉进行温度控制，设计步骤分为以下几步。 首先进行控制系统的建模和数字控制器设计，设计方案为：选用 Ziegler-Nichols 方法 进行 PID 参数整定，建立闭环控制系统，用 MATLAB 仿真，得到达到要求的 PID 参数。 硬件的设计与实现，单片机选用 AT89C52，温度采集用热电偶，配合 MAX6675 使用， DA 转换用 DAC0802 实现，LCD 用来显示温度。系统框图如图 1-1。 图 1-1 系统框图 软件设计，先编写子程序，包括
2、A/D 转换和温度检测子程序，延迟子程序，D/A 转换 子程序，PID 控制程序，最后系统初始化并编写主程序。 最后用 protues 进行硬件连线和仿真，看能否达到系统要求，对温度进行控制。 AT89C52 单片机 D/A 转换 加热电路 温度采集 A/D 转换 显示温度 2 2 控制系统建模和数字控制器设计 2.1 设计内容 淬火是生产过程中的一道关键工序，其温度控制的精度直接影响到产品的质量。淬火 炉温度控制通常由多个温区。本设计针对一个温区进行温度控制，要求控制温度范围 600-800，控制精度在 1。温度探头选用热电偶。输出 0-10mA 电流信号通过双向可控 硅控制器控制加热电阻两
3、端的电压， 输入电流输出电压线性关系。 其对象温控数学模型为： （2-1） 其中：时间常数 T400 秒，放大系数 K100/mA，滞后时间 =10 秒，控制算法选用 PID 控制。 2.2PID 控制器的原理 PID 控制器是按照偏差的比例、积分、微分进行控制的调节器的简称，主要针对控制 对象进行参数调节。当被控对象的结构和参数不能被完全掌握，或得不到精确的数学模型 时，应用 PID 控制技术最为方便。PID 控制器就是根据设定值与实际值的误差，利用比例、 积分、微分等基本控制规律，或者把它们适当配合形成有 PI，PD 和 PID 等的复合控制规 律，使控制系统满足性能指标要求。 典型 PI
4、D 控制系统结构图如图 2-1， 对误差信号分别进行比例、 积分、 微分、 组合控制。 图 2-1 PID 控制系统结构图 PID 控制算法模拟表达式为： 1Ts Ke sG s- ）（ P K s I P T K D TK P 被控对象 U C （s） R （s） E(s + - + + + 3 （2-2） 对应的模拟 PID 调节器的传递函数为： （2-3） 在计算机控制系统中，PID 控制规律的实现必须用数值逼近的方法。当采样周期相当 短时，用求和代替积分，用后向差分代替微分，是模拟 PID 离散化变为差分方程。 数字 PID 位置型控制算式为： （2-4） 数字 PID 增量型控制算式为： （2-5） 其中 称为比例增益； 称为积分系数； 称为微分系数。 如果单纯的用数字 PID 控制器去模仿模拟调节器，不会获得更好的效果。因此必须发 挥计算机运算速度快、逻辑判断功能强、编程灵活等优势、才能在控制性能上超过模拟调 节器。 在单回路控制系统中，由于扰动作用使被控参数偏离给定值，从而产生偏差。自动控 制系统的调节单元将来自变送器的测量值
