基于大林算法的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設計_畢業(yè)設計論文(編輯修改稿)
2024-10-02 14:35 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 單片熱電偶數(shù)字轉換器 。 其工作原理如下： K 型熱電偶產(chǎn)生的熱電勢，經(jīng)過低噪聲電壓放大器 A1 和電壓跟隨器 A2放大、緩沖后，得到熱電勢信號 U1，再經(jīng)過 S4 送至 ADC。對于 K型熱電偶，電壓變化率為（ 41μV/ ℃ ），電壓可由 如下公式來近似熱電偶的特性。 U1=（ 41μV/ ℃ ） （ TT0） 上式中， U1 為熱電偶輸出電壓（ mV）， T 是測量點溫度； T0 是周圍溫度。 在將溫度電壓值轉換為相應的溫度值之前，對熱電偶的冷端溫度進行補償，冷端溫度即是 MAX6675 周圍溫度與 0℃ 實際參考值之間的差值。通過冷端溫度補償二極管，產(chǎn)生補償電壓 U2 經(jīng) S4 輸入 ADC 轉換器。 U2=（ 41μV/ ℃ ） T0 在數(shù)字控制器的控制下， ADC 首先將 U U2 轉換成數(shù)字量，即獲得輸出電壓 U0 的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)就代表測量點的實際溫度值 T。這就是 MAX6675 進行冷端溫度補償和測量溫度的原理 如圖 32所示 。 圖 溫度采集 電路 合肥學院自動化專業(yè)計算機控制技術課程設計報告 9 3 驅動電路 圖 驅動 電路 4 鍵盤模塊 在本次設計當中，輸入設備采用矩陣鍵盤： 圖 34鍵盤模塊電路 當“設定”鍵按下時觸發(fā)鍵盤中斷服務程序，由程序程控掃描法確定那個鍵按下并執(zhí)行相應的動作。程控掃描的任務是： (1)首先判斷是 否有鍵按下。 方法：使所有的行輸出均為低電平，然后從端口 A 讀入列值。如果沒有鍵按下，則讀人值為 FFH．如果有鏈按下．則不為 FFH。 合肥學院自動化專業(yè)計算機控制技術課程設計報告 10 （ 2） 去除鍵抖動。 方法：延時 10— 20 ms，再一次判斷有無鍵按下，如果此時仍有鍵按下，則認為鍵盤上確實有鍵處于穩(wěn)定閉合期。 （ 3）若有鍵閉合，則求出閉合鍵的鍵值。 方法：對鍵盤逐行掃描。 （ 4）程序中需等閉合鍵釋放后才對其進行處理。 5 LED 顯示模塊 圖 35 LM016L 液晶模塊 LM016L 液晶模塊采用 HD44780 控制器。 HD44780 具有簡單而 功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動、閃爍等功能。 LM016L 與單片機 MCU（ Microcontroller Unit）通訊可采用 8位或者 4位并行傳輸兩種方式。 HD44780 控制器由兩個 8位寄存器、指令寄存器（ IR）和數(shù)據(jù)寄存器（ DR）、忙標志（ BF）、顯示數(shù)據(jù) RAM（ DDRAM）、字符發(fā)生器 ROM（ CGROM）、字符發(fā)生器 RAM（ CGRAM）、地址計數(shù)器（ AC）。IR 用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出； DR 用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入 DDRAM 和 CGRAM，或者暫存從 DDRAM 和 CGRAM 讀出的數(shù)據(jù)。 BF為 1時，液晶模塊處于內(nèi)部處理模式，不響應外部操作指令和接受數(shù)據(jù)。 DDRAM 用來存儲顯示的字符，能存儲 80 個字符碼。 CGROM 由 8 位字符碼生成 5*7 點陣字符 160種和 5*10 點陣字符 32種， 8 位字符編碼和字符的應關系 。 合肥學院自動化專業(yè)計算機控制技術課程設計報告 11 四、軟件設計 1 系統(tǒng)軟件設計 控制系統(tǒng)的軟件主要包括：溫度的采樣和處理 、控制計算、控制輸出、中斷、顯示、調(diào)節(jié)參數(shù)修改、溫度設定及修改。其中控制算法采用最小拍無紋波控制算法，以達到更好的控制效果。 考慮到電加熱爐是一個非線性、時變和分布參數(shù)系統(tǒng)，所以本文采用一種新型的智能控制算法。它充分吸取數(shù)學和自動控制理論成果，與定性知識相結合，做到取長補短，在實時控制中取得較好的成果。其中，系統(tǒng)的軟件流程圖如圖 系統(tǒng)軟件流程圖 2 大 林算法的系統(tǒng)設計 大 林 算法中 D(z)的基本形式 設被控對象為帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)分別為： 其中 t1 為被控對象的時間常數(shù)， 為被控對象的純延遲時間，為了簡 合肥學院自動化專業(yè)計算機控制技術課程設計報告 12 化，設其為采樣周期的整數(shù)倍，即 N 為正整數(shù)。 由于大林算法的設計目標是使整個閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相當于一個帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即 ，其中 由于一般控制對象均與一個零階保持器相串聯(lián)，所以相應的整個閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)是 （ 23） 于是數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)為 （ 24） D(z)可由計算機程序實現(xiàn)。由上式可知，它與被控對象有關。下面對一階純滯后環(huán)節(jié)進行討論。 一階慣性環(huán)節(jié)的大林算法的 D(z)基本形式 當被控對象是帶有純滯后 的一階慣性環(huán)節(jié)時，由式（ 21）的傳遞函數(shù)可知，其脈沖傳遞函數(shù)為 ： 將此式代入（ 24），可得 （ 25） 式中 ： T—— 采樣周期 350 秒 ： ——— 被控對象的時間常數(shù) 50； ——— 閉環(huán)系統(tǒng)的時間常數(shù) 10秒 。 合肥學院自動化專業(yè)計算機控制技術課程設計報告 13 3 程序控制流程圖 程序流程 基本思路 ： 控制過程：手動輸入一個溫度設定值，需要調(diào)用鍵盤掃
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