计算机控制技术课程设计-温度控制系统设计

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1、 课课 程程 设设 计计 题题 目目 温度控制系统设计 学学 院院 自动化学院 专专 业业 自动化专业 班班 级级 姓姓 名名 指导教师指导教师 2014 年 6 月 24 日 课程设计任务书课程设计任务书 题 目: 温度控制系统设计 要求完成的主要任务要求完成的主要任务: 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，对象的特性为二阶惯性系统，惯性时间常数为 T120秒，滞后时间常数为10秒。 1）设计温度控制系统的计算机

2、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）通过数据分析Ti改变时对系统超调量的影响。 4）撰写设计说明书。 时间安排：时间安排： 6 月 9 日 查阅和准备相关技术资料，完成整体方案设计 6 月 10 日6 月 12 日 完成硬件设计 6 月 13 日6 月 15 日 编写调试程序 6 月 16 日6 月 17 日 撰写课程设计说明书 6 月 18 日 提交课程设计说明书、图纸、电子文档 指导教师签名：指导教师签名： 年年 月月 日日 系主任（或责任教师）签名：系主任（或责任教师）签名： 年年 月月 日日 摘要摘要 本次课程设计我设计的题

3、目是温度控制系统。通过专业课程的学习，我将引 入计算机，单片机，传感器，以及 PID 算法来实现电炉温度的自动控制，完成课 程设计的任务。计算机的自动控制是机器和仪表的发展趋势，它不仅解放了劳动 力，也比以往的人为监控更准确，更及时。一旦温度发生变化，计算机监控系统 可以立即检测到并通过模拟量数字通道传送到计算机。 计算机接收到信号后通过 与给定值进行比较后，计算出偏差，再通过 PID 控制算法给出下一步将要执行的 指令。最后通过模拟量输出通道将指令传送到生产过程，实现机器仪表的智能控 制。 本次课程设计用到了 MATLAB 这一软件， 通过编写程序， 将被控系统离散化。 再通过 MATLAB

4、 中的 simulink 仿真功能，可以看到随着 Ki，Kp，Kd 改变波形发 生的改变，从而可以通过波形直观地看出 PID 参数对系统动态性能的影响。 关键字关键字：温度控制 A/D 转换 D/A 转换 Simulink 仿真 目录目录 1.设计任务及分析. 1 2.方案设计. 2 3.系统硬件设计. 3 3.1 系统硬件结构. 3 3.2 系统硬件的选择 3 3.3 系统硬件连接图. 4 4 系统软件设计 6 4.1 确定程序流程. 6 4.2 程序控制算法介绍. 8 4.3 PID 控制算法 10 5 系统仿真. 11 5.1 仿真程序及图形设计. 11 心得体会 13 参考文献 14

5、附录 1 芯片资料 15 附录 2 程序清单. 17 本科生课程设计成绩评定表错误错误!未定义书签。未定义书签。 1 温度控制系统设计温度控制系统设计 1.1.设计任务及分析设计任务及分析 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，对象的特性为二阶惯性系统，惯性时间常数为 T120 秒，滞后时间常 数为 10 秒。 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

6、Kp、Ti、Td、T 及的值； 3）通过数据分析 Ti改变时对系统超调量的影响。 4）撰写设计说明书。 本次设计是对电炉的温度控制， 而电炉的温度是通过放在其中的热阻丝来控 制的，而热阻丝的电流由可控硅控制器控制热阻丝两端所加电压来控制。对电炉 温度的控制是个动态的过程，不可能一下子就达到我们想要的温度，需要用到一 些仪器比如热电偶来测量电路的温度，通过传感器将炉温转换成电压信号，送入 A/D 转换器，通过采样和模数转换，所检测到的电压信号和炉温给定值的电压信 号送入计算机程序中作比较，得出给定值与实际值之间的偏差，单片机对偏差进 行运算，将运算结果送给晶闸管调压器来调节热阻丝的电流，以此来调节电电炉 的温度。 2 2.2.方案设计方案设计 电炉的温度控制是个动态的控制过程，需要借助计算机，单片机等很多器件 的硬件连接来实现。而电炉温度的直接控制是通过热阻丝的加热来实现的，热阻 丝的加热是由流经热阻丝的电