基于pid電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(已修改)
2025-06-30 15:55 本頁面
【正文】 武漢理工大學(xué)《計算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書基于PID電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 1概述 電加熱爐隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)水平的提高，已經(jīng)在冶金、化工、機(jī)械等各類工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用，并且在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。對于這樣一個具有非線性、大滯后、大慣性、時變性、升溫單向性等特點的控制對象，很難用數(shù)學(xué)方法建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此用傳統(tǒng)的控制理論和方法很難達(dá)到好的控制效果。 單片機(jī)以其高可靠性、高性能價格比、控制方便簡單和靈活性大等優(yōu)點，在工業(yè)控制系統(tǒng)、智能化儀器儀表等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。采用單片機(jī)進(jìn)行爐溫控制，可以提高控制質(zhì)量和自動化水平。在本控制對象電阻加熱爐功率為800W，由220V交流電供電，采用雙向可控硅進(jìn)行控制。本設(shè)計針對一個溫度區(qū)進(jìn)行溫度控制，要求控制溫度范圍50~350C，保溫階段溫度控制精度為正負(fù)1度。選擇合適的傳感器，計算機(jī)輸出信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后通過雙向可控硅控制器控制加熱電阻兩端的電壓。其對象問溫控數(shù)學(xué)模型為： 其中：時間常數(shù)Td=350秒 放大系數(shù)Kd=50 滯后時間=10秒控制算法選用改PID控制 2系統(tǒng)硬件的設(shè)計本系統(tǒng)的單片機(jī)爐溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由單片機(jī)控制器、可控硅輸出部分、熱電偶傳感器、溫度變送器以及被控對象組成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如下：看門狗報警提醒通信接口LED顯示鍵盤微型控制機(jī)AT89S52溫度檢測PT100驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)8路D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832測量變送8路A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809加熱電阻溫度 圖21 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 圖22 系統(tǒng)電路圖本系統(tǒng)所需電源有220V交流市電、直流5V電壓和低壓交流電，故需要變壓器、整流裝置和穩(wěn)壓芯片等組成電源電路。電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動（一般有+10%左右的波動）、負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后,還需要接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。整流裝置采用二極管橋式整流，穩(wěn)壓芯片采用78L05,配合電容將電壓穩(wěn)定在5V，供控制電路、測量電路和驅(qū)動執(zhí)行電路中弱電部分使用。除此之外，220V交流市電還是加熱電阻兩端的電壓，通過控制雙向可控硅的導(dǎo)通與截止來控制加熱電阻的功率。低壓交流電即變壓器二次側(cè)的電壓，通過過零檢測電路檢測交流電的過零點，送入單片機(jī)后，由控制程序決定雙向可控硅的導(dǎo)通角，以達(dá)到控制加熱電阻功率的目的。在檢測裝置中，溫度檢測用WZP231鉑熱電阻（Pt100），采用三線制接法，采樣電路為橋式測量電路，其輸入量程為50~350176。C，經(jīng)測量電路采樣后輸出2~5V電壓，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)字量后送入單片機(jī)進(jìn)行分析處理。 鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器,由于其測量準(zhǔn)確度高、測量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等,被廣泛用于中溫(200℃～650℃)范圍的溫度測量中。PT100是一種廣泛應(yīng)用的測溫元件，在50~600℃范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無可比擬的優(yōu)勢，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線性校正。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將Pt電阻的電阻值和溫度對應(yīng)起來后存入EEPROM中，根據(jù)電路中實測的AD值以查表方式計算相應(yīng)溫度值。 常用的Pt電阻接法有三線制和兩線制，其中三線制接法的優(yōu)點是將PT100的兩側(cè)相等的的導(dǎo)線長度分
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