【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ........................................................................10 圖 AD7705引腳圖 ...............................................................................................................................................13 圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路 ................................................................................................................................................14 圖 相位控制調(diào)功電壓波形 ........................................................................................................................14 圖 通斷控制調(diào)功電壓波形 ........................................................................................................................15 圖 交流 SSR 工作原理框圖 ........................................................................................................................16 圖 可控硅輸出電路 ......................................................................................................................................17 圖 鍵盤電路 .......................................................................................................................................................18 圖 顯示電路 .......................................................................................................................................................19 圖 保護(hù) 電路 .......................................................................................................................................................19 圖 前后臺(tái)系統(tǒng) ....................................................................................................................................................22 圖 主程序流程圖 ..............................................................................................................................................23 圖 數(shù)據(jù)采集模塊程序流程圖 ..................................................................................................................23 圖 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程 圖 ...............................................................................................................................23 圖 去極值平均濾波程序流程圖 .............................................................................................................25 圖 PID 控制系統(tǒng)原理框圖 .........................................................................................................................27 圖 增量式 PID控制算法程序流程圖 ..................................................................................................29 圖 通斷時(shí)間比為 10%的響應(yīng)曲線 ........................................................................................................32 圖 通斷時(shí)間比為 30%的響應(yīng)曲線 ........................................................................................................32 圖 PID 控制仿真的 Simulink 框圖 .......................................................................................................33 圖 階躍信號(hào)曲線 ..............................................................................................................................................34 圖 階躍、誤差響應(yīng)曲線 ..............................................................................................................................34 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 1 第一章 緒論 概述 溫度是生活及生產(chǎn)中最基本的物理量，它表征的是物體的冷熱程度。自然界中任何物理、化學(xué)過(guò)程都緊密的與 溫度相聯(lián)系。在很多生產(chǎn)過(guò)程中，溫度的測(cè)量和控制都直接和安全生產(chǎn)、提高 生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。因此 ,溫度的測(cè)量與控制在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中均受到了相當(dāng)程度的重視。 在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，由于系統(tǒng)內(nèi)部與外界的熱交換是難以控制的，其他熱源的干擾也是無(wú)法精確計(jì)算的，因此溫度量的變化往往受到不可預(yù)測(cè)的外界環(huán)境擾動(dòng)的影響。為了使系統(tǒng)與外界的能量交換盡可能的符合人們的要求，就需要采取其他手段來(lái)達(dá)到這樣一個(gè)絕熱的目的，例如可以讓目標(biāo)系統(tǒng)外部環(huán)境的溫度與其內(nèi)部溫度同步變化。根據(jù)熱力學(xué) 第二定律，兩個(gè)溫度相同的系統(tǒng)之間是達(dá)到熱平衡的，這樣利用一個(gè)與目標(biāo)系統(tǒng)溫度同步的隔離層，就可以把目標(biāo)系統(tǒng)與外界進(jìn)行熱隔離。 另外，在大部分實(shí)際的環(huán)境中，增溫要比降溫方便得多。因此，對(duì)溫度的控制精度要求比較高的情況下，是不允許出現(xiàn)過(guò)沖現(xiàn)象的，即不允許實(shí)際溫度超過(guò)控制的目標(biāo)溫度。特別是隔熱效果很好的環(huán)境，溫度一旦出現(xiàn)過(guò)沖，將難以很快把溫度降下來(lái)。這是因?yàn)楹芏鄳?yīng)用中只有加熱環(huán)節(jié)，而沒(méi)有冷卻的裝置。同樣道理，對(duì)于只有冷卻沒(méi)有加熱環(huán)節(jié)的應(yīng)用中，實(shí)際溫度低于控制的目標(biāo)溫度，對(duì)控制效果的影響也是很大的。 鑒于上述這些特點(diǎn)，高精度溫度控制的難度比較大，而且不同的應(yīng)用環(huán)境也需要不同的控制策略。下面就簡(jiǎn)要的討論一下溫度測(cè)控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀。 溫度測(cè)控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 近年來(lái)，溫度的檢測(cè)在理論上發(fā)展比較成熟，但在實(shí)際測(cè)量和控制中，如何保證快速實(shí)時(shí)地對(duì)溫度進(jìn)行采樣，確保數(shù)據(jù)的正確傳輸，并能對(duì)所測(cè)溫度場(chǎng)進(jìn)行較精確的控制，仍然是目前需要解決的問(wèn)題。 溫度測(cè)控技術(shù)包括溫度測(cè)量技術(shù)和溫度控制技術(shù)兩個(gè)方面。 在溫度的測(cè)量技術(shù)中，接觸式測(cè)溫發(fā)展較早，這種測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)是 :簡(jiǎn)單、可靠、低廉、測(cè)量精度 較高，一般能夠測(cè)得真實(shí)溫度 。但由于檢測(cè)元件熱慣性的影響，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)熱容量小的物體難以實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)量，并且該方法不適宜于對(duì)腐蝕性介質(zhì)測(cè)溫，不能用于超高溫測(cè)量，難于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度。另外的非接觸式測(cè)溫方法是通過(guò)對(duì)輻射能量的檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的方法，其優(yōu)點(diǎn)是 :不河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 2 破壞被測(cè)溫場(chǎng)，可以測(cè)量熱容量小的物體，適于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度，還可以測(cè)量區(qū)域的溫度分布，響應(yīng)速度較快。但也存在測(cè)量誤差較大，儀表指示值一般僅代表物體表觀溫度，測(cè)溫裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。因此，在實(shí)際的溫度測(cè)量中，要根據(jù)具體的測(cè)量對(duì)象選擇合適的 測(cè)量方法，在滿足測(cè)量精度要求的前提下盡量減少投入。 溫度控制技術(shù)按照控制目標(biāo)的不同可分為兩類 :動(dòng)態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制。動(dòng)態(tài)溫度跟蹤實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)是使被控對(duì)象的溫度值按預(yù)先設(shè)定好的曲線進(jìn)行變化。在工業(yè)生產(chǎn)中很多場(chǎng)合需要實(shí)現(xiàn)這一控制目標(biāo)，如在發(fā)酵過(guò)程控制，化工生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)溫度控制，冶金工廠中燃燒爐中的溫度控制等 。恒值溫度控制的目的是使被控對(duì)象的溫度恒定在某一給定數(shù)值上，且要求其波動(dòng)幅度 (即穩(wěn)態(tài)誤差 )不能超過(guò)某允許值。本文所討論的 基于 PID 控制的溫度控制系統(tǒng) 就是要實(shí)現(xiàn)恒值溫度控制要求，故以下僅對(duì)恒 值溫度控制進(jìn)行討論。 從工業(yè)控制器的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，溫度控制技術(shù)大致可分以下幾種 : 定值開關(guān)控溫法 所謂定值開關(guān)控溫法，就是通過(guò)硬件電路或軟件計(jì)算判別當(dāng)前溫度值與設(shè)定目標(biāo)溫度值之間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)加熱裝置 (或冷卻裝置 )進(jìn)行通斷控制。若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值高，則關(guān)斷加熱器，或者開動(dòng)制冷裝置 。若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值低，則開啟加熱器并同時(shí)關(guān)斷制冷器。這種開關(guān)控溫方法比較簡(jiǎn)單，在沒(méi)有計(jì)算機(jī)參與的情況下，用很簡(jiǎn)單的模擬電路就能夠?qū)崿F(xiàn)。目前，采用這種控制方法的溫度控制器在我國(guó)許多工廠的老 式工業(yè)電爐中仍被使用。由于這種控制方式是當(dāng)系統(tǒng)溫度上升至設(shè)定點(diǎn)時(shí)關(guān)斷電源，當(dāng)系統(tǒng)溫度下降至設(shè)定點(diǎn)時(shí)開通電源，因而無(wú)法克服溫度變化過(guò)程的滯后性，致使被控對(duì)象溫度波動(dòng)較大，控制精度低，完全不適用于高精度的溫度控制。 PID線性控溫法 這種控溫方法是基于經(jīng)典控制理論中的 PID 調(diào)節(jié)器控制原理， PID 控制是最早發(fā)展起來(lái)的控制策略之一，由于其算法簡(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用工業(yè)過(guò)程控制中，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)。由于PID調(diào)節(jié)器模型中考慮了系統(tǒng)的誤差、誤差變化及誤差 積累三個(gè)因素，因此，其控制性能大大地優(yōu)越于定值開關(guān)控溫。其具體控制電路可以采用模擬電路或計(jì)算機(jī)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn) PID 調(diào)節(jié)功能。前者稱為模擬 PID 控制器，后者稱為數(shù)字 PID 控制器。其中數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)可以在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)在線整定，因此具有較大 的靈活性，可以得到較好的控制效果。采用這種方法實(shí)現(xiàn)的溫度控制器 , 其控制品質(zhì)的好壞主要取決于三個(gè) PID 參數(shù) (比例值、積分值、微分值 )。只要 PID 參數(shù)選取河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 3 的正確，對(duì)于一個(gè)確定的受控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其控制精度是比較令人滿意的。但是，它的不足也恰恰在于此，當(dāng)對(duì)象特性一旦發(fā)生改變，三個(gè)控 制參數(shù)也必須相應(yīng)地跟著改變，否則其控制品質(zhì)就難以得到保證。 智能溫度控制法 為了克服 PID 線性控溫法的弱點(diǎn)，人們相繼提出了一系列自動(dòng)調(diào)整 PID 參數(shù)的方法，如 PID 參數(shù)的自學(xué)習(xí)，自整定等等。并通過(guò)將智能控制與 PID 控制相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)溫度的智能控制。智能控溫法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)為理論基礎(chǔ)，并適當(dāng)加以專家系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化。其中應(yīng)用較多的有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專家系統(tǒng)等。尤其是模糊控溫法在實(shí)際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。目前已出現(xiàn)一種高精度模糊控制器，可以很好的模擬人的操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)改善 控制性能，從理論上講，可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。所謂第三代智