【正文】 .........17 偶測溫誤差分析 .............................................................................................................18第四章 PID 控制算法簡介 .....................................................................................................20 PID 控制和智能控制的介紹 ..........................................................................................20 數(shù)字 PID 控制算式 .........................................................................................................23 數(shù)字 PID 控制算式的改進 .............................................................................................26 增量式 PID 控制器的程序流程圖 ................................................................................30第五章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 .........................................................................32 控制系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu) .................................................................................................32 數(shù)據(jù)采集卡 .....................................................................................................................33 系統(tǒng)設(shè)計原則 .................................................................................................................35內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）IV第六章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 .............................................................................36 軟件模塊化設(shè)計方法概述 .............................................................................................36 電阻爐溫度控制系統(tǒng)軟件總體設(shè)計 .............................................................................37 密碼驗證模塊 .................................................................................................................37 數(shù)據(jù)采集模塊 .................................................................................................................38 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換 ......................................................................................................38 數(shù)據(jù)采集 ...................................................................................................................39 信號處理模塊 .................................................................................................................40 PID 控制器模塊 ...........................................................................................................42第七章 系統(tǒng)調(diào)試 .....................................................................................................................44參考文獻 ...................................................................................................................................47附錄 A： ...................................................................................................................................49附錄 B： ...................................................................................................................................52致 謝 .......................................................................................................................................53內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）1第一章 引言 本課題的背景及意義隨著工業(yè)的發(fā)展，對金屬材料的性能提出了更多更高的要求，因而熱處理技術(shù)也向著優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、無公害方向發(fā)展。本文把虛擬儀器與智能溫度控制相結(jié)合，用 LabVIEW 開發(fā)了一套自整定的 PID 控制算法的溫度控制系統(tǒng)。但是工業(yè)電阻爐的溫度控制具有非線性、大慣性、大滯后等特點，難以對其建立精確的數(shù)學(xué)模型，因而常規(guī) PID控制難以取得良好的控制效果；本文采用增量式 PID 控制算法來進行 PID 參數(shù)的自動整定。s Resistance furnace with temperature control of nonlinear, large inertia, the characteristics of large time delay, it is difficult to establish its precise mathematical model of conventional PID control , thus it is difficult to achieve good control effect。電阻爐是一種具有純滯后的大慣性系統(tǒng)，開關(guān)爐門、加熱材料、環(huán)境溫度以及電網(wǎng)電壓等都影響控制過程，傳統(tǒng)的電阻爐控制系統(tǒng)大多建立在一定的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，對被控對象中的非線性、時變性及隨機干擾無能為力。按傳熱方式，電阻爐分為輻射式電阻爐和對流式電阻爐。最常用的電熱體是鐵鉻鋁電熱體、鎳鉻電熱體、碳化硅棒和二硅化鉬棒。這些溫度控制方法大都是在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場安裝溫度控制儀表，通過提前設(shè)定溫度控制的上下限值或 PID 控制參數(shù)，然后再將控制儀表投入使用，進行各種預(yù)定的控制。為了解決以上溫度控制方法中存在的問題，本論文提出一種基于虛擬儀器 LabVIEW 的溫度控制系統(tǒng)，本控制系統(tǒng)具有簡單易懂的控制界面，能夠?qū)崟r顯示溫度的變化曲線，容易修改控制算法控制精度高等特點，很容易適應(yīng)各種溫度控制系統(tǒng)。(6)電阻爐溫度控制系統(tǒng)軟件整體設(shè)計方案，及各個子模塊設(shè)計過程。 虛擬儀器的概念所謂虛擬儀器(VirtualInstent，簡稱 VI)，就是用戶在通用計算機平臺上，根據(jù)需求定義和設(shè)計儀器的測試功能，使得使用者在操作計算機時，就像是在操作他自己設(shè)計的測試儀器一樣。軟面板上具有與實際儀器相似的旋鈕、開關(guān)、指示燈及其它控制部件。虛擬儀器特點可以歸結(jié)為以下四個方面：(l)豐富和增強了傳統(tǒng)儀器的功能。(5)便于構(gòu)成復(fù)雜的測試系統(tǒng)，經(jīng)濟性好。其中，I/O 接口設(shè)備完成被測信號的采集、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等。⑤串口系統(tǒng):以 Serial 標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。這些軟件開發(fā)平臺提供了強大的儀器軟面板設(shè)計工具和各種數(shù)據(jù)處理工具，再加上虛擬儀器硬件廠商提供的各種硬件驅(qū)動程序模塊，大大地簡化了虛擬儀器設(shè)計工作。LabVIEW 的程序包括前面板(FrontPanel)、流程圖(BlockDiagram)以及圖標(biāo)/連接器三部分。(4)完整的開發(fā)環(huán)境 LabVIEW 軟件包中包含了功能強大的數(shù)據(jù)采集、分析和表達的能力，使用戶可以在該平臺上實現(xiàn)一個完整的解決方案。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）9 LabVIEW 的程序構(gòu)成LabVIEW 的程序由前面板(frontpanel)和流程圖(bloekdiagram)兩部分組成，整個程序是基于多線程的設(shè)計，前面板和流程圖各占用一個線程。虛擬儀器與之不同，它可以通過在幾個分面板上的操作來實現(xiàn)比較復(fù)雜的功能。在任何一種情況下，軟件界面可按照用戶的需求進行設(shè)計，以使用戶操作方便和快捷。虛擬儀器技術(shù)先進，十分符合國際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢，因而常被稱作“軟件儀器” 。許多生產(chǎn)第一線的工程師熟悉設(shè)備與工藝流程，但是不具備程序員的專門編程能力，往往控制系統(tǒng)軟件使交給研究人員或大學(xué)程序員編寫的軟件設(shè)計與使用脫節(jié)。目前，像數(shù)字示波儀，頻譜分析儀和邏輯分析儀等中高檔儀器還依賴于進口。利用虛擬儀器技術(shù)，我們可以設(shè)計出與實際儀器在原理、功能和操作等方面完全一樣的全軟件虛擬儀器。虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)化是指將工作于試驗現(xiàn)場的虛擬儀器通過網(wǎng)絡(luò)擴展到遠程應(yīng)用領(lǐng)域。經(jīng)比較，取 m=0，n=2 時所獲得的傳遞函數(shù) ()52 143()9 061GSss???作為系統(tǒng)的模型。得出了比例(P)控制下系統(tǒng)處于無法穩(wěn)定收斂的振蕩狀態(tài)時，仿真結(jié)果與實際控制結(jié)果比較得出了一階慣性加純滯后模型內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）16 ()150()8sGse???和 m=3，n=4 時的多項式模型： ()13 8 24 .75. 10. 3()4705681ssss?????圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖這兩種情況與實際情況接近。由于冷端溫度變化而導(dǎo)致電橋輸出電壓的變化，熱電勢相反，而大小則取決于熱電偶冷端作為工作端，而零度作為自由端時輸出電壓值，從而達到冷端溫度補償?shù)淖饔?。上述傳感器溫度的變化一般表現(xiàn)為電壓的變化，因而不宜在有強電磁干擾環(huán)境中實現(xiàn)信號傳送，采用溫度變送器價格又昂貴，但是半導(dǎo)體集成溫度傳感器可以解決這類問題。本系統(tǒng)采用 級內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）19K 型熱電偶。LabVIEW 軟件開發(fā)系統(tǒng)是用工程人員所熟悉的術(shù)語和圖形化符號代替常規(guī)的文本語言編程，界面友好，操作方便，可大大縮短系統(tǒng)的開發(fā)周期和開發(fā)人員的負擔(dān)，使其將主要精力集中投入到系統(tǒng)設(shè)計中，而不再是具體軟件細節(jié)的推敲上。運行測溫軟件，設(shè)定溫度值為 100℃+n X△t ，△t=5℃ ， n=0， 1，2……18，每隔一段時間，按下前面板的“顯示結(jié)果”按鍵進行測量。為了解決這種由熱傳導(dǎo)引起的誤差，必須保證熱電偶有足夠的插入深度，而插入深度又與保護管材質(zhì)有關(guān)。接觸法測溫的基本原理是測溫元件要與被測對象達到熱平衡。在高溫下使用的熱電偶，如果被測介質(zhì)為氣態(tài)，那么保護管表面沉積的灰塵等將燒熔在表面上，使保護管的熱阻抗增大；如果被測介質(zhì)是熔體，在使用過程中將有爐渣沉積，不僅增加熱電偶的響應(yīng)時間，而且還使指示溫度偏低。因此，在注意控制各種熱電偶測溫條件的同時，也要定期對熱電偶進行檢定。但是考慮到本軟件所具有的特點：對象比較簡單，非線性程度不高，大多數(shù)不具有時變性和模糊不確定性，而且設(shè)備的投資成本要求較低，比較適合采用常規(guī) PID 控制，故本課題中的 PID 控制算式就確定為虛擬儀器結(jié)合常規(guī)的 PID 控制算式。PID 控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、易于實現(xiàn)和內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）24可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。智能控制的對象通常存在嚴重的不確定性，其不