【正文】 參考文獻(xiàn) 。 其他控制算法和設(shè)計(jì)程序如間隔狀態(tài)也可以被運(yùn)用到這種溫度控制器中。這種溫度控制器的另一優(yōu)點(diǎn)是它能夠讓學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)單片機(jī)，而單片機(jī)被廣泛應(yīng)用于智能電子控制項(xiàng)目中。設(shè)計(jì)的目標(biāo)是讓學(xué)生學(xué)到除了在教室里學(xué)到的理論知識(shí)外，還可以讓學(xué)生學(xué)到理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。伴隨著軟件包的實(shí)用性和有效性，將花費(fèi)更少的時(shí)間去調(diào)節(jié) PID控制器。使用 Zieglerichols 方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是會(huì)有一個(gè)非常滿意的回復(fù)并且?guī)缀醪粫?huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。 比例積分控制系統(tǒng)的相應(yīng)如圖 7 所示。 圖 6：連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程 PID 控制系統(tǒng)框圖 在 S 域范圍內(nèi)， PID 控制也可以寫成： （ 9） PID 控制算法的離散形式可以將等式（ 9）轉(zhuǎn)換為 z 形式： （ 10） 等式（ 10）通?？梢詫懗桑? （ 11） 其中： 比例積分控制 比例積分控制的 Zieglerichols 參數(shù)如 下： 和 取采樣時(shí)間 T=20s，通過(guò)等式（ 10）我們可以計(jì)算出 a=， b= 單片機(jī)的比例積分算法流程如下所示： 開始： 計(jì)算控制的參數(shù) a 和 b 設(shè)定最大值和最小值 設(shè)定參考溫度值 初始化 A/D 轉(zhuǎn)換器 執(zhí)行： 讀入給定值 r（ KT） 讀入水的溫度 y（ KT） 計(jì)算出偏差 e（ KT） = r（ KT） y（ KT） 計(jì)算出比例項(xiàng) q（ KT） =a* e（ KT） 計(jì)算出積分項(xiàng) p（ KT） =b* e（ KT） + p（ KTT） 計(jì)算出輸出值 u（ KT） =p（ KT） +q（ KT） 假如 u（ KT） MAX p（ KT） =p（ KTT） u（ KT） =MAX 或者假如 u（ KT） MIN p（ KT） =p（ KTT） u（ KT） =MIN 結(jié)束假如 保存到下一個(gè)循環(huán) p（ KTT） =p（ KT） e（ KTT） =e（ KT） 等待下一個(gè)循環(huán) 結(jié)束 這一算法主要是運(yùn)用了 C 語(yǔ)言。我們可以找到很多很多用來(lái)描述連續(xù)的和數(shù)字形式的控制器的參考書，比如它的性能評(píng)價(jià)，使用的工具和自動(dòng)化的形式。開環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)如下所示： （ 7） 該系統(tǒng)的遲滯時(shí)間為 180 秒，時(shí)間常量是 1800 秒。該軟件包含了圖形選擇，它能夠繪畫出測(cè)量值的圖形。這張小卡片里面內(nèi)置了傳感器，該傳感器可以測(cè)量許多物理量，比如光密度，聲音的水平，電壓，濕度和溫度。這兩種產(chǎn)品都是由 Pico 技術(shù)制造的。為此，反饋循環(huán)是打開的，脈寬調(diào)節(jié)輸入一個(gè)脈沖與單片機(jī)啟動(dòng)加熱器是一致的。 溫度傳感器的數(shù)學(xué)模型： 溫度傳感器是一種半導(dǎo)體裝置，該裝置中電壓與溫度成線性關(guān)系，具體的值為 10mV/，即 （ 6） 其中 Vo 是傳感器的輸出電壓，單位是伏特， T 是溫度，單位是攝氏度。 在這個(gè)項(xiàng)目中， 因此，從等式（ 4）中我們可以得到加熱器的傳遞函數(shù)為： 或者， (5) 其中 PAV的單位是瓦特， M 的單位是秒。 波形的頻率必須與控制系統(tǒng)的帶寬相一致，因此改過(guò)程只被波形的平均水平影響。 通過(guò)加熱器的電流的有效值可以用以下公式來(lái)計(jì)算： 或者是： （ 3） 圖 4： PWM 加熱器波形 假設(shè)加熱器有一個(gè)恒定的電阻，阻值為 R，則電熱器消耗的平均功率可以用以下公式進(jìn)行計(jì)算： 假如我們令 ，那么 PAV= Ma* （ 4） 等式（ 4）表明平均功率幾乎與信號(hào)的觸發(fā)時(shí)間（ M）成線性關(guān)系。 T=M+S。微型控制器產(chǎn)生的脈寬調(diào)節(jié)信號(hào)輸出如圖 4所示。 因此，系統(tǒng)的輸入熱量為： E=(m1*c1+m2*c2) dtdT + h*A*(TTa) （ 1） 假如我們假定周圍環(huán)境的溫度是一個(gè)常量，那么 Tq=TTa 我們就可以把等式（ 1）寫為： E=(m1*c1+m2*c2) dtdTq + h*A*Tq 或者是，我們令 k1= m1*c1+m2*c2 ， k2= h*A 則)( )(sEsTq=21* 1 kks ? （ 2） 加熱器的數(shù)學(xué)模型： 放大器的電壓和電熱器件產(chǎn)生的能量?jī)烧咧g的關(guān)系是非線性的。整個(gè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型會(huì)在這里進(jìn)行詳細(xì)地描述。 工業(yè)上大的溫度控制系統(tǒng)都是基于交流電的控制技術(shù)，它們采用電子半導(dǎo)體閘流管和本文中教給學(xué)生的一些準(zhǔn)確的理論。當(dāng)加熱裝置的溫度達(dá)到合適的下降點(diǎn)時(shí)，這種 MOSFET 能夠驅(qū)散高達(dá) 200W的能量。這放大器能夠提供許多標(biāo)準(zhǔn)的功能，比如支持浮點(diǎn)算法。在工業(yè)生產(chǎn)中，它是最受歡迎的微型控制器之一，因?yàn)樗哂幸韵绿卣鳎? 8Kx14 的閃存 368bytes 的 RAM 存儲(chǔ) 256bytes 的 EEPROM 存儲(chǔ) 8x10 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器 脈寬輸出調(diào)節(jié)（ PWM） 支持高級(jí)語(yǔ)言 FEDC 放大器程序擴(kuò)大。浮點(diǎn)算術(shù)的發(fā)展歷程是非常復(fù)雜的，它需要使用的是匯編語(yǔ)言，因此決定用高級(jí)語(yǔ)言來(lái)編寫微型控制器中的程序，這種語(yǔ)言同樣支持浮點(diǎn)算術(shù)。因此需要大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的微型控制器。 微型控制器： 為了能使成本降到最低，我們需要一個(gè)微型控制器來(lái)建立一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)化器。傳感器的輸出端與微控制器中的 A/D 轉(zhuǎn)換器的一個(gè)輸入引腳相連接。LM35DZ 是模擬的半導(dǎo)體溫度傳感器， PIC16F877 是微控制器， IRL1004 是 MOSFET 電源開關(guān)，它能夠啟動(dòng)加熱器件。 圖 2：溫度控制器的實(shí)物圖 圖 3 顯示的是溫度控制器的電路圖。實(shí)驗(yàn)室電源供應(yīng)商提供如此高功率的通常價(jià)格比較昂貴，因此標(biāo)準(zhǔn)的 350W 的計(jì)算機(jī)電源被花費(fèi)不多于 50 美元的電源取代了。這種加熱器件被用于野營(yíng)或者是其他戶外活動(dòng)，能夠用來(lái)加熱杯子里的液體，比如沖咖啡。加熱元件和傳感器浸入容器中。這一器件非常簡(jiǎn)單，僅有低成本的材料組成。這一信號(hào)會(huì)和參考溫度信號(hào)進(jìn)行比較，然后單片機(jī)會(huì)啟動(dòng) PID 算法會(huì)完成所要求的溫度控制。這一實(shí)驗(yàn)的工作原理是在一個(gè)小容器里使用低壓電加熱元件和一個(gè)簡(jiǎn)單的基于 MOSFET 的電源控制電路來(lái)加熱水。在不久的將來(lái)，我希望有更多的教師和學(xué)生能夠參與到控制試驗(yàn)中來(lái)。過(guò)程控制在自動(dòng)控制工程中是一個(gè)非常重要的領(lǐng)域，于是就決定做一個(gè)基于單片機(jī)的數(shù)字溫度控制實(shí)驗(yàn)的。在教室里為學(xué)生提供一些實(shí)用的實(shí)驗(yàn)是非常有必要的，它可以為理論概念的學(xué)習(xí)提供一種支持。 Near East 大學(xué)為工程課程和控制工程的學(xué)生提供了一個(gè)學(xué)期的時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)這一課題。 Elettronica公司制造了 G34/EV，這 G34/EV是基于 PID 控制的教學(xué)溫度控制單元。 PROCON 是一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，它包括了高度，流量，溫度和 PH值控制等裝置。 TCL1可以說(shuō)是一個(gè)溫度控制程序的培訓(xùn)者，它打算呈現(xiàn)一個(gè)加熱系統(tǒng)中的溫度是怎么樣被控制的。 溫度控制器 件 教學(xué)溫度控制器件現(xiàn)在已經(jīng)非常普遍。這種儀器的總共花費(fèi)不到 200 美元，價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于市場(chǎng)上相類似的教學(xué)溫度控制器件。 本文描述的是一種低損耗的溫度控制儀器，這種儀器是在東方的一所大學(xué)的工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)出來(lái)，正在被使用中。一些儀器是需要經(jīng)常校準(zhǔn)和像儀器中元器件的損壞或者到達(dá)使用期限錢的一些保養(yǎng)服務(wù)。仿真器應(yīng)該作為一種互補(bǔ)的工具而不是工程課題中的唯一工具。根據(jù)作者的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)學(xué)生們能夠親眼看到實(shí)驗(yàn)的各種現(xiàn)象時(shí)，他們會(huì)更好地學(xué)習(xí)工程課題。盡管仿真器是一個(gè)非常有用的工具，但是他們和現(xiàn)實(shí)社會(huì)中的器件還是存在一定得差別的。比如，學(xué)生能夠在幾分鐘的時(shí)間內(nèi)就可以精確地指出一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，而不是幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間。其中一些軟件包（像MATLAB 和 program CC）現(xiàn)在也已經(jīng)提供了較低花費(fèi)的版本，學(xué)生能都購(gòu)買并且在自己的電腦上使用這些軟件，而不僅僅是在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室里。早期的盒裝仿真器像 ACSL 是為了大型的中央處理器而設(shè)計(jì)的，因此只有那些大型的機(jī)構(gòu)組織才有能力購(gòu)買和使用這樣的盒裝仿真器。數(shù)字模擬技術(shù)已經(jīng)取代了相類似的仿真器。 關(guān)鍵詞 ：基于單片機(jī)控制；教學(xué)數(shù)字控制；溫度控制 伴隨著低損耗計(jì)算機(jī)和單片機(jī)的有效性、實(shí)用性，數(shù)字控制已經(jīng)變得越來(lái)越受歡迎，當(dāng)前最流行的控制都是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的。由于使用了單片機(jī)，這一系統(tǒng)可以使學(xué)生能夠控制各種各樣的溫度。 temperature control With the availability of lowcost puters and microcontrollers, digital control has gained popularity and most current control systems are based on digital techniques. The same is true for simulation. Digital simulation techniques have replaced analogue simulators. These simulators are in the form of interactive puter packages used in the industry, in research laboratories, colleges and universities. Early simulation packages such as ACSL were designed for large mainframe puters and only large anizations could afford to purchase and use such packages. Currently, software packages such as TUTSIM,