【正文】 用熱阻絲加熱，利用大功率可控硅控制器控制熱阻絲兩端所加的電壓大小，來(lái)改變流經(jīng)熱阻絲的電流，從而改變電爐爐內(nèi)的溫度?？煽毓杩刂破鬏斎霝?～5伏時(shí)對(duì)應(yīng)電爐溫度0－300℃，溫度傳感器測(cè)量值對(duì)應(yīng)也為0～5伏，對(duì)象的特性為一階積分加慣性系統(tǒng)，慣性時(shí)間常數(shù)為T(mén)1＝40秒。5. 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。時(shí)間安排：6月20日—7月22日 查閱和準(zhǔn)備相關(guān)技術(shù)資料，完成整體方案設(shè)計(jì)6月23日—6月24日 完成硬件設(shè)計(jì)6月27日—6月28日 編寫(xiě)調(diào)試程序6月29日—6月30日 撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)7月1日 提交課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、圖紙、電子文檔指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日摘要電阻爐在化工、冶金等行業(yè)應(yīng)用廣泛，溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動(dòng)化的重要任務(wù)，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中具有重要意義。采用單片機(jī)進(jìn)行爐溫控制，具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、精度高、控制效果好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科技進(jìn)步等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵字：8051 PID 積分加慣性 積分分離 simulink仿真目錄1 設(shè)計(jì)要求 1 初始條件 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 12總體方案論證 1 2 2 23 系統(tǒng)工作原理及流程圖 24 硬件選擇 3 8051芯片功能 3 A/D與D/A轉(zhuǎn)換器 5 ADC0809芯片功能 5 DAC0832芯片功能 5 鎳鉻銅鎳熱電偶 6 65 積分分離PID算法 7 積分分離PID算法原理 7 PID算法介紹 8 系統(tǒng)仿真 9心得與體會(huì) 13參考文獻(xiàn) 14附錄：程序清單 1527溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)要求 初始條件 被控對(duì)象為電爐，采用熱阻絲加熱，利用大功率可控硅控制器控制熱阻絲兩端所加的電壓大小，來(lái)改變流經(jīng)熱阻絲的電流，從而改變電爐爐內(nèi)的溫度。 設(shè)計(jì)任務(wù)1．設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，畫(huà)出框圖；2．編寫(xiě)積分分離PID算法程序，從鍵盤(pán)接受Kp、Ti、Td、T及β的值；3．計(jì)算機(jī)仿真被控對(duì)象，編寫(xiě)仿真程序；4．通過(guò)數(shù)據(jù)分析β改變時(shí)對(duì)系統(tǒng)超調(diào)量的影響。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)包括：設(shè)計(jì)任務(wù)及要求；方案比較及認(rèn)證；系統(tǒng)濾波原理、硬件原理，電路圖，采用器件的功能說(shuō)明；軟件思想，流程，源程序；調(diào)試記錄及結(jié)果分析；參考資料；附錄：芯片資料，程序清單；總結(jié)。由電阻網(wǎng)絡(luò)講電流信號(hào)變成電壓信號(hào)，送入A/D轉(zhuǎn)換器，通過(guò)采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換，所檢測(cè)到的電壓信號(hào)和爐溫給定值的電壓信號(hào)送入計(jì)算機(jī)程序中作比較，得出給定值與實(shí)際值之間的偏差，并與β進(jìn)行比較，從而確定算法。這兩個(gè)方案都是采用單片機(jī)控制，兩個(gè)方案的比較部分為溫度檢測(cè)部分。由于熱電偶屬于非線性器件，因此每個(gè)溫度值都必須通過(guò)分度表，查表才能獲得，這給軟件編程和數(shù)據(jù)處理增加了難度。它具有直接輸出數(shù)字信號(hào)和數(shù)據(jù)處理，并且它和單片機(jī)接口只需要一位I/O口，因此由它構(gòu)成的系統(tǒng)簡(jiǎn)單使用。但溫度測(cè)量范圍從。但構(gòu)成系統(tǒng)復(fù)雜，抗干擾能力不強(qiáng)。但溫度測(cè)量范圍從。3 系統(tǒng)工作原理及流程圖用熱電偶來(lái)檢測(cè)爐的溫度，將爐溫轉(zhuǎn)變成毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，經(jīng)溫度變送器放大并轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。由以上分析控制過(guò)程，：顯示電路鍵盤(pán)控制電爐傳感器數(shù)據(jù)采集控制電路計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：開(kāi)始系統(tǒng)初始化設(shè)置數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換求出溫度值信號(hào)比較PID調(diào)節(jié)可控硅調(diào)節(jié)加熱爐 程序的主流程圖4 硬件選擇控制芯片采用8051，要求傳感器測(cè)量的電壓范圍和可控硅控制器的電壓在05℃，所以A/D與D/A轉(zhuǎn)換芯片采用ADC080和9DAC0832。 8051芯片功能 8051單片機(jī)由以下幾部分組成：1. 時(shí)鐘振蕩器2. 8位的CPU3. 128B的RAM是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4. 4KB的ROM程序存儲(chǔ)器5. 48位的并行I/O端口6. 一個(gè)雙全工異步串行通信口（UART）7. 兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器8. 5個(gè)中斷源，兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu) 選擇8051單片機(jī)構(gòu)成爐溫控制系統(tǒng)，它的溫度是通過(guò)可控硅調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，系統(tǒng)工作過(guò)程中能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息，不受系統(tǒng)掉電或斷電等突發(fā)情況的影響。 8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，但封裝之后，只有引腳是面向用戶(hù)的，所以使用者需要熟悉各引腳的用途。1/2LSB，采用28腳雙立直插式封裝，ADC0809由8通道模擬開(kāi)關(guān)、通道選擇邏輯、8位A/D轉(zhuǎn)換器及三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成。地址鎖存允許信號(hào)（ALE、正脈沖）用于通道選擇信號(hào)C、B、A的鎖存。 8位A/： ADC0809管腳圖 DAC0832芯片功能D/A轉(zhuǎn)換器的功能是把二進(jìn)制數(shù)字量電信號(hào)轉(zhuǎn)換為與其數(shù)值成正比的模擬量電信號(hào)。DAC0832工作在單緩沖寄存器方式，即當(dāng)信號(hào)來(lái)時(shí)，～數(shù)據(jù)線送來(lái)的數(shù)據(jù)直通進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，當(dāng)變高時(shí)，則此數(shù)據(jù)便被鎖存在寄存器中，因此D/A轉(zhuǎn)換的輸出也保持不變。DAC0832是雙列直插式8位D/A轉(zhuǎn)換器。圖4為DAC0832的引腳圖。1LSB，參考電壓為(+10?/span10)V，供電電源為(+5～+15)V，邏輯電平輸入與TTL兼容。： DAC0832管腳圖 鎳鉻銅鎳熱電偶本設(shè)計(jì)采用熱電偶鎳絡(luò)銅硅熱電偶(線性度較好，熱電勢(shì)較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性較好，抗氧化性強(qiáng)，價(jià)格便宜)對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)。綜合以上分析，： 系統(tǒng)總電路圖5 積分分離PID算法 積分分離PID算法原理在一般的PID控制中，當(dāng)有較大的擾動(dòng)或大幅度改變給定值時(shí)，由于此時(shí)有較大的偏差，以及系統(tǒng)有慣性和滯后，故在積分項(xiàng)的作用下，往往會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)和長(zhǎng)時(shí)間的波動(dòng)。亦即 當(dāng)時(shí)，采用PD控制； 當(dāng)時(shí)，采用PID控制。若值過(guò)大時(shí)，則達(dá)不到積分分離的目的；若值過(guò)小，則一旦被控量無(wú)法跳出個(gè)積分分離區(qū)，只進(jìn)行PD控制，將會(huì)出現(xiàn)殘差，為了實(shí)現(xiàn)積分分離，編寫(xiě)程序時(shí)必須從數(shù)字PID差分方程式中分離出積分項(xiàng)，進(jìn)行特殊處理。 在計(jì)算機(jī)控制中，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，必須對(duì)式上式進(jìn)行離散化處理。設(shè)系統(tǒng)的采樣周期為T(mén)，在t=kT時(shí)刻進(jìn)行采樣，式中e(k)：根據(jù)本次采樣值所得到的偏差； e（k1）：由上次采樣所得到的偏差。選擇合適的Kp，Ki，Kd使系統(tǒng)的仿真效果趨于理想狀態(tài)。close all。 %采樣時(shí)間2ssys=tf([1],[40,1,0])。zoh39。 %將sys離散化[num,den]=tfdata(dsys,39。)。ki=0。set(0,39。,39。)。color39。w39。 ： Simulink仿真圖經(jīng)仿真后，當(dāng)β=： β=當(dāng)β=： β=當(dāng)β=： β=1時(shí)的仿真圖 由以上