【正文】 當(dāng)然 ， 由于自身所學(xué)的知識(shí)的限制 以及對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握程度，設(shè)計(jì)中也有需要改進(jìn)的地方，這為以后的其他設(shè)計(jì)與實(shí)習(xí)制作等提供了一些經(jīng)驗(yàn)和改進(jìn)的方法，對(duì)于培養(yǎng)我們學(xué)習(xí)的態(tài)度與思維習(xí)慣都有很大的幫助 。 本次設(shè)計(jì)基本上完成了對(duì)電爐的溫度檢測(cè)與控制、對(duì)溫度信號(hào)的處理、輸入、運(yùn)算到單片機(jī)對(duì)繼電器的自 動(dòng)控制操作的過程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)爐溫的控制目的。通過溫度傳感器對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集，以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制理論為基礎(chǔ)，采用放大處理、數(shù)字控制、 A/D 轉(zhuǎn)換、 PID 算法處理、單片機(jī)控制、數(shù)碼管顯示等，達(dá)到實(shí)用方便、操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的改進(jìn)與擴(kuò)展 在設(shè)計(jì)中，由于使用的放大器在放大過程會(huì)產(chǎn)生噪音，對(duì)電路會(huì)產(chǎn)生一定的干擾信號(hào)，因此可以在放大器的輸出端接入一個(gè)濾波電容以消除干擾。 經(jīng)過硬件、軟件單獨(dú)調(diào)試后，即可進(jìn)人硬件、軟件聯(lián)合仿真調(diào)試階段，找出硬件、軟件之間不相匹配的地方，反復(fù)修改和調(diào)試。 ② 動(dòng)態(tài)調(diào)試 用示波器觀察電爐兩端電壓輸入波形和通斷比例。 （ 3）輸出信號(hào)的 調(diào)試 ① 靜態(tài)調(diào)試 用仿真器在 上輸出低電平， 繼電器通電，產(chǎn)生的電磁場(chǎng)使電爐的開關(guān)吸合， 電爐開始加熱；在 上輸出高電平， 繼電器斷電，電磁場(chǎng)消失，電爐停止加熱。 （ 2）輸入信號(hào)的 調(diào)試 ① 靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整 溫度控制器設(shè)計(jì) — 課程設(shè)計(jì)說明書 23 改變電爐的溫度， 測(cè)出任一溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓， 并作 溫 度 ～輸出電壓關(guān)系曲線，觀察該曲線，應(yīng)呈線性關(guān)系。如面板、顯示、報(bào)警 等等。一般先后寫人 55H,AAH，再讀出比較，以此判斷是否正常因?yàn)檫@樣 RAM,ROM 的各位均寫人過‘ 01,`1’代碼。一般是由部分譯碼或全譯碼電路構(gòu)成，如是部分譯碼設(shè)計(jì)，則排除地址重疊故障。 ②檢查 ABUS/DBUS 的分時(shí)復(fù)用功能的地址鎖存是否正常。 硬件電路調(diào)試的一般順序是 : ①檢查 CPU 的時(shí)鐘電路。通常的方法是，先編調(diào)試軟件，逐一檢查調(diào)試硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確 性。 脫機(jī)檢查 : 用萬能表或邏輯測(cè)試筆逐步按照邏輯圖檢查機(jī)中各器件的電源及各引腳的連接是否正確，檢查數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線是否有短路等故障。 單片機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試 硬件調(diào)試： 根據(jù)設(shè)計(jì)的原理電 路做好實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，便進(jìn)人硬件調(diào)試階段。即 Δ u(k)=u(k)u(k1) =Kc[e(k)e(k1)]+Kie(k)+Kd[e(k)2e(k1)+e(k2)] =KcΔ e(k)+Kie(k)+KdΔ 2e(k) 而 u(k)可由遞推算式獲得 u(k)= u(k1)+ Δ u(k) 溫度控制器設(shè)計(jì) — 課程設(shè)計(jì)說明書 22 系統(tǒng)硬件調(diào)試 硬件電路的調(diào)試按照系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試的原則進(jìn)行，依次對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)、人機(jī)交互通道分別進(jìn)行調(diào)試。 令 : ∫ t0e(t)dt≈θ ∑ i=0 e(i) (θ為采樣周期 ) d(de(t)/dt)≈ [e(k)e(k1)]/ θ 可得第 k次計(jì)算機(jī)輸 出的位置型 PID 控制算式為 : U(k)=Kc{e(k)+(θ /T i)∑ i=0 e(i)+Td/θ [e(k)e(k1)]} 式中： Ki— 積分增益或積分系數(shù)， Ki=Kcθ /Ti。 溫度控制器設(shè)計(jì) — 課程設(shè)計(jì)說明書 21 PID 控制的一般算式 模擬控制系統(tǒng)的 PID 控制規(guī)律表達(dá)式為 : U(t)=Kc[e(t)+1/Ti∫ t0 e(t)dt+Td(de(t)/dt)] 式中： u（ t） — 控制器的輸出； e(t)偏差，設(shè)定值與反饋值之差； Kc— 控制器的放大系數(shù)； Ti控制器的積分時(shí)間常數(shù)： Td控制器的微分時(shí)間常數(shù)。溫控箱在出廠前要 進(jìn)行 PID 的參數(shù)設(shè)置，這些都是 圖 根據(jù)負(fù)載進(jìn)行調(diào)試的，一定要知 道負(fù)載的功率，加熱到穩(wěn)定狀態(tài)所需時(shí)間。 PID 控制： 圖 由于比例動(dòng)作，積分動(dòng)作，微分 動(dòng)作各有較大的缺點(diǎn)，所以，就 將三者組合在一起控制，也就是 PID 控制，對(duì)于溫度的控制具有 良好的效果。反應(yīng)速度很快， 但是不能單獨(dú)控制。其波形如 圖 所示（右圖）： 圖 微分動(dòng)作（ D）： 比例動(dòng)作和積分動(dòng)作，可以修正 控制結(jié)果，但是，速度較慢。把積分 動(dòng)作和比俄例動(dòng)作組合使用，隨著 時(shí)間的推移，偏移會(huì)消除，從而讓 控制溫度和設(shè)定值趨于一致。 其波形如圖 。實(shí)測(cè) 溫度 小于 比 例帶 時(shí)，控制輸出 量為 100%；進(jìn)入比例帶時(shí)，操作量逐漸 減小，當(dāng)實(shí)測(cè)值和設(shè)定值一致的時(shí) 候，控制輸出量為 50%?？刂坪?jiǎn)單，不會(huì)發(fā)生偏移，但 是會(huì)產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，且震蕩。當(dāng)實(shí)測(cè)溫度比設(shè)定值 大時(shí)，加熱器就不通電。 控制算法設(shè)計(jì) 溫度控制系統(tǒng)中，一般認(rèn)為溫度被控對(duì)象 Gc(S)為純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為 : G c(S)=Kets/(T1s+l) 式中 K為對(duì)象增益， T1為對(duì)象的時(shí)間常數(shù)， t為對(duì)象的純滯后時(shí)間。溫度過程對(duì)象變化比較緩慢且?guī)в屑儨蟓h(huán) 節(jié)。 溫度控制器設(shè)計(jì) — 課程設(shè)計(jì)說明書 19 4 系統(tǒng)的調(diào)試與驗(yàn)證 確定 PID算法 普通 PID 控制算法中引入積分環(huán)節(jié)的目的，是為了消除靜差，提高控制精度。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。 本次設(shè)計(jì)中，我采用電磁繼電器來對(duì)電爐的開關(guān)進(jìn)行 控制， 選用 SH22F 型繼電器 ，其性能參數(shù)如下所示： 觸點(diǎn)形式： 1a,1b,1c 觸點(diǎn)負(fù)載（阻性）： 15A:125VAC/28VDC ； 12A: 250VAC 線圈電壓 (v)：直流 5~48 線圈功率： (w) (w) 吸合電壓 (額定電壓 )： ≤75% 釋放電壓 (額定電壓 )： ≥10% 介質(zhì)耐壓：觸點(diǎn)與觸點(diǎn)間 1000， 觸點(diǎn)與線圈間 1500 觸點(diǎn)接觸電阻 (mΩ) ： ≤50 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。 繼電器動(dòng)作原理 （圖）： 圖 繼電器動(dòng)作原理 圖 為 直流無極繼電器，當(dāng)電流通過線圈時(shí)，鐵芯吸動(dòng)銜鐵，使推桿向上移動(dòng)，帶動(dòng)中簧片斷開后接點(diǎn)，而與前接點(diǎn)閉合；當(dāng)電源切斷后，鐵芯失磁，銜鐵自行釋放，使推桿下降，中簧片斷開前接點(diǎn)，而與后接點(diǎn)閉合。繼電器之所以能起自動(dòng)控制作用，是因?yàn)楫?dāng)它的控制系統(tǒng)中輸入的某信號(hào) (輸入量 )，如電、磁、光、熱等物理量，達(dá)到某一定值時(shí)，能使輸出回路的被控制量 (輸出量 )跳躍式的由零變化到一定值(或由一定位突跳到零 )。例如電車的快、慢、起、?？刂疲黄囖D(zhuǎn)彎的指示等都是繼電器在工作。所以，它是一種自動(dòng)、遠(yuǎn)動(dòng)電器元件。 繼電器是相當(dāng)重要且常見的電子元件，在許多機(jī)械控制上都相當(dāng)有用。低