基于pid電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)word格式(已修改)
2024-12-15 01:12 本頁(yè)面
【正文】 武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 基于 PID 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(lèi)工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用，并且在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。對(duì)于這樣一個(gè)具有非線(xiàn)性、大滯后、大慣性、時(shí)變性、升溫單向性等特點(diǎn)的控制對(duì)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(jià)格比、控制方便簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，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(dòng)化水平。 在本控制對(duì)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(jì)針對(duì)一個(gè)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(jì)算機(jī)輸出信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后通過(guò)雙向可控硅控制器控制加熱電阻兩端的電壓。其對(duì)象問(wèn)溫控?cái)?shù)學(xué)模型為： 1)( ???sT eKsG dsd ? 其中：時(shí)間常數(shù) Td=350 秒 放大系數(shù) Kd=50 滯后時(shí)間?=10 秒 控制算法選用改 PID 控制 武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 2 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 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(duì)象組成。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如下： 圖 21 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 看門(mén)狗 報(bào)警提醒 通信接口 LED 顯示 鍵盤(pán) 微型控制機(jī) AT89S52 溫度檢測(cè)PT100 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 8 路 D/A 轉(zhuǎn)換器 DAC0832 測(cè)量變送 8 路 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 加熱電阻 溫度 武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 圖 22 系統(tǒng)電路圖 武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 電源部分 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)?所需要的電壓值，然后通過(guò)整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過(guò)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(dòng)（一般有 +10%左右的波動(dòng)）、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(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，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(cè)量電路和驅(qū)動(dòng)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(guò)控制雙向可控硅的導(dǎo)通與截止來(lái)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(guò)過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)交流電的過(guò)零點(diǎn)，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。 采樣測(cè)量部分 在檢測(cè)裝置中，溫度檢測(cè)用 WZP231鉑熱電阻（ Pt100），采用三線(xiàn)制接法，采樣電路為橋式測(cè)量電路，其輸入量程為 50~350176。 C，經(jīng)測(cè)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(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)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(cè)量中。 PT100是一種廣泛應(yīng)用的測(cè)溫元件，在 50~600℃ 范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，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(xiàn)性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線(xiàn)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(duì)應(yīng)起來(lái)后存入 EEPROM中，根據(jù)電路中實(shí)測(cè)的 AD值以查表方式計(jì)算相應(yīng)溫武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 度值。 常用的 Pt 電阻接法有三線(xiàn)制和兩線(xiàn)制，其中三線(xiàn)制接法的優(yōu)點(diǎn)是將 PT100的兩側(cè)相等的的導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度分別加在兩側(cè)的橋臂上，使得導(dǎo)線(xiàn)電阻得以消除。常用的采樣電路有兩種：一為橋式測(cè)溫電路，一為恒流源式測(cè)溫電路。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用了第一種方法，即橋式測(cè)溫。 測(cè)溫原
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