计算机控制课程设计---基于PID算法的电加热炉温度控制系统设计

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1、 成绩成绩 计算机控制技术计算机控制技术 课程设计课程设计 题目：题目： 基于数字基于数字 PID 的电加热炉温度控制系统设计的电加热炉温度控制系统设计 班级：班级： 自动化自动化 09-1 姓名：姓名： 学号：学号： 2013 年年 1 月月 1 日日 基于数字基于数字 PIDPID 的电加热炉温度控制系统设计的电加热炉温度控制系统设计 摘摘 要要：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

2、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 50350范围内，并 能够实时显示当前温度值。 关键词关键词：电加热炉；PID ； 功率；温度控制； 1.1.课程设计方案课程设计方案 1.1 1.1 系统组成中体结构系统组成中体结构 电加热炉温度控制系统原理图如下，主

3、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。 2.2.控制系统的建模和数字控制器设计控制系统的建模和数字控制器设计 2.1 2.1 数字数字 PIDPID 控制算法控制算法 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

4、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。 在数字计算机中，PID 控制规律的实现，也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，用差商代替微商，使 PID 算法离散化，将描述连续时间 PID 算法的微分方程，变为 描述离散-时间 PID 算法的差分方程。 k j i s je T T de T 0 t 0 )()( 1 用矩形积分时，有 )1()( )( keke T T dt tde T S D d (1) 用差分代替微分 0 0 )1()()()()(ukeke T T je T T keKku S D k j i s p （2） 由上式得 0 0 1 )1()()()()(uukekeKkeKkeKk D k j