【正文】 職 稱（簽章）： 日 期： 答辯委員會意見答辯成績： 鑒定意見： 院 長（簽章）： 副院長（簽章）： 日 期： 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 摘要摘要 本文先分析了塑料焊接機(jī)溫度控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)，設(shè)計(jì)出了以單片機(jī)為核心，溫度傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換器、放大補(bǔ)償電路、多路開關(guān)、硬件看門狗和鍵盤 LCD 等為主要部件的硬件電路。關(guān)鍵詞：塑料焊接機(jī)、溫度控制、PID、SMITH、MATLAB山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 摘要ABSTRACTThis paper first analyses the aim of the temperature control system of the plasticsoldering and designs the hardware circuit using SCM as it’s core and using temperature conductor 、A/D convertor 、magnifying and equalizing circuit 、serial switch 、 watching dog and keyboardLCD as it’s parts .At the base of hardware circuit ,then designed the software of the system .In allusion to the character of the control of the temperature system，this paper adopts the PID control arithmetic and uses the SMITH arithmetic . PID is used as the most popular arithmetic rule in the project fact. The PID controller is publicized for seventy years to this day. It has became into one of the most technology in the project design .After the design of the hardware and software of the system，this paper emulates the system’s math model and adding the PID controller system using the MATLAB soft and observes the curve of the stepping and springing response. After the emulating by the SIMULINK ,we will get the parameters of the P 、I 、D. Finally，the system is going to be stabilizing .Key words: plasticsoldering、temperature control、 PID、SMITH、MATLAB山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 目錄目錄1 緒論…………………………………………………………...1 設(shè)計(jì)背景……………………………………………………………1 塑焊機(jī)簡介…………………………………………………………1 PID 控制簡介 ……………………………………………………3 PID 控制參數(shù)整定簡介 …………………………………………42 塑焊機(jī)溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) …………………………6 溫度控制的系統(tǒng)目標(biāo)………………………………………………6 系統(tǒng)的總體構(gòu)成及硬件框圖………………………………………7 系統(tǒng)各硬件部分設(shè)計(jì)………………………………………………8 本章小結(jié)……………………………………………………………233 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ……………………………………………24 系統(tǒng)主程序軟件模塊………………………………………………24 系統(tǒng)分模塊軟件設(shè)計(jì) ……………………………………………26 本章小結(jié)……………………………………………………………364 系統(tǒng)控制算法的實(shí)現(xiàn) ………………………………………37 被控對向的數(shù)學(xué)模型………………………………………………37 數(shù)字 PID 控制算法…………………………………………………37 PID 控制的局限及解決方法 ……………………………………41 PID 參數(shù)整定………………………………………………………41山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 目錄 SMITH預(yù)估控制……………………………………………………43 數(shù)字 PID 算法的實(shí)現(xiàn)及程序流程………………………………45 本章小結(jié)…………………………………………………………475 MATLAB 仿真 ………………………………………………48 被控對象模型仿真………………………………………………48 系統(tǒng) PID 控制仿真………………………………………………51 本章小結(jié)…………………………………………………………556 總結(jié)與展望 ………………………………………………56 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)……………………………………………………56 后續(xù)工作的展望…………………………………………………57附錄山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論11 緒論 設(shè)計(jì)背景隨著工業(yè)自動化的普及與發(fā)展，要求有更加先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠的監(jiān)控設(shè)備加入到控制系統(tǒng)中，以完成數(shù)據(jù)的采集并控制輸出設(shè)備安全運(yùn)行。隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展，在工業(yè)控制中，使用單片機(jī)對于溫度進(jìn)行控制系統(tǒng)，比較靈活，并且成本低。(3) 按鈕的數(shù)量塑焊機(jī)的機(jī)頭上共有定位按鈕、壓鉗按鈕、自動焊接按鈕、急停按鈕、加熱開頭、設(shè)置單動聯(lián)動開頭和設(shè)置溫度按鈕（包括減小和增加兩個） 。 。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error） 。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前” ，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 塑焊機(jī)溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)62 塑焊機(jī)溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 溫度控制的系統(tǒng)目標(biāo)溫度檢測與控制系統(tǒng)是塑料焊接機(jī)的重要的組成部分，是反映塑料焊接機(jī)性能的重要方面，對于塑料焊接機(jī)產(chǎn)品成型質(zhì)量的提高起著決定性的作用。 因?yàn)樗芰虾附訖C(jī)的操作人員多為普通工人，因此除了上面提到的問題外，系統(tǒng)中還應(yīng)該包括簡單明了的溫度參數(shù)顯示。在通往通道的后面采用了 4 位半的 AD7135 作為 A/D 轉(zhuǎn)換芯片來進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，使之轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)輸出到單片機(jī)構(gòu)成轉(zhuǎn)換通道。功能特性概述：AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K 字節(jié) Flash 閃速存儲器，256 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個 I/O 口線，3 個 16 位定時/計(jì)數(shù)器，一個 6 向量兩級中斷結(jié)圖 AT89C52 管腳圖山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 塑焊機(jī)溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)9構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片機(jī)振蕩器及時鐘電路。本系統(tǒng)中看門狗起兩個作用： 5V，單片機(jī)正常工作電壓為 ，因此，當(dāng)外界干擾疊加在電源線上時，使電壓產(chǎn)生了幅度超過負(fù) 尖峰干擾脈沖時，單片機(jī)就可能會發(fā)生程序跑飛等故障，以至使整個系統(tǒng)癱瘓。它的存儲器部分是CMOS 的 4096 位串行 E2PROM，內(nèi)部按512X8（4 字節(jié)頁方式）來組織；并且把看門狗定時器，電壓監(jiān)控和 E2PROM 組合在單個封裝之內(nèi)，降低了系統(tǒng)成本，并減少了對電路板空間的要求；25045 具有允許簡單的三線總紅工作串行外設(shè)接口（Serial Perpheral Interface,SPI）和軟件協(xié)議。它的一些參數(shù)如下：測溫范圍：K 型熱電偶 0~1023℃測溫精度：177。3 ℃的校準(zhǔn)準(zhǔn)確度。高阻抗差動輸入BBBB8 是 BCD 碼數(shù)據(jù)輸出線。以往使用 7135 是利用它具有多重動態(tài)掃描的 BCD 碼輸出來讀取 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，這樣既費(fèi)時、又占用較多口線。需要的結(jié)果是對應(yīng)于參考電壓的積分時間內(nèi)的 CLK 周期數(shù) N , 實(shí)際計(jì)數(shù)值比 N 大 10 000 ,將計(jì)數(shù)值減去 10 000 即得到所需要的結(jié)果,或者在計(jì)數(shù)器賦初值時將 10 000 寫入計(jì)數(shù)器,忽略計(jì)數(shù)器的溢出即自動得到所需要的結(jié)果。當(dāng)施加輸入信號后，其主回路呈導(dǎo)通狀態(tài)，無信號時呈阻斷狀態(tài)。有些輸入控制電路還具有與 TTL/CMOS 兼容，正負(fù)邏輯控制和反相等功能。在相當(dāng)程度上可取代傳統(tǒng)的“線圈—簧片觸點(diǎn)式”繼電器(簡稱“MER”)。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。1. 判斷鍵盤中有無鍵按下 將全部行線 Y0Y3 置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。一般用于電子行業(yè)的 LCD 液晶主要分為兩大類，一類是采用并行方式傳輸數(shù)據(jù)，另外一類是采用串行通信傳輸數(shù)據(jù)。BUSY也可以連接到用戶單片機(jī)系統(tǒng)的中斷輸入端(例如8051系統(tǒng)中的INT0),當(dāng)BUSY由1變?yōu)?時,產(chǎn)生下降沿中斷,在中斷服務(wù)程序中向終端發(fā)送一個字節(jié)。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)243 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)整個控制系統(tǒng)的軟件包括以下幾部分：溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時采集，電加熱板輸出功率的控制，PID算法的控制，LCD液晶顯示，鍵盤掃描等功能。3 : 字符方向?yàn)橄蛏?4 : 坐標(biāo)原點(diǎn)為左上角 , 系統(tǒng)坐標(biāo)為(0 , 0)。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)28n=0A1H , A2H , A3H , A4H 顯示字符集1 , 2 , 3 , 4。//ESC Q n 液晶清屏幕LCMbusy()。 //清收發(fā)標(biāo)志}/***********給液晶傳輸數(shù)據(jù)***************/void LCMwritedate(uchar LCMdata){csh()。//把所采集的高位送AD7135_value_l=TL0。TL0=0。} 數(shù)字濾波程序設(shè)計(jì) 數(shù)字濾波是一種數(shù)字處理方法，是由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，也稱為軟件濾波，它的主要優(yōu)點(diǎn)及方法如下:主要優(yōu)點(diǎn) (1)數(shù)字濾波器是由程序?qū)崿F(xiàn)的，不需增加硬件設(shè)備，而且可以多個輸入通道共川(使用時調(diào)用濾波子程序即可)，因而成本低。電阻太大時，濾波器穩(wěn)定性差，電容太大時，體積太大。該方法能較好的濾除脈沖干擾。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)34其程序流程圖，如下所示： 開 始S1=S2S1與 S2進(jìn) 行 數(shù) 據(jù) 交換S3=S1S3=S2S4=2返 回YNYYNN S4=1S4=3圖 數(shù)字濾波程序流程圖圖 輸出模塊電路圖山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)35 PWM程序設(shè)計(jì)本文利用脈沖寬度調(diào)制(PWM)原理來實(shí)現(xiàn)對溫度箱的加熱功率進(jìn)行連續(xù)控制以得到高精度溫控。send_data(0x0f)。下一章中，我們將詳細(xì)的介紹本系統(tǒng)的控制算法。不山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)控制算法的實(shí)現(xiàn)38過，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)PID控制，不是簡單地把模擬PID控制規(guī)律數(shù)字化，而是進(jìn)一步與計(jì)算機(jī)的邏輯判斷功能結(jié)合，使PID控制更加靈活，更能滿足生產(chǎn)過程提出的要求。只有在偏差 e (t) =0 時，它的積分才會為一個常數(shù)，控制作用才是一個不會增大的常數(shù)。e(t)變化的作用越