【正文】 制精確(本系統(tǒng)恒溫期間溫度波動可不大于177。由于模擬儀表本身的測量精度差，加上交流接觸器的壽命短，通斷比例低，故溫度控制精度低，且無法實現(xiàn)按程序設(shè)定的升溫曲線升溫和故障自診斷功能。此方法存在某些固有的缺點，如溫度與儀表值不符，溫度延遲等問題。 隨著計算機運算速度的大幅度提高和存儲信息的大量增加，PID 調(diào)節(jié)在工業(yè)過程控制、航空航天領(lǐng)域內(nèi)將得到廣泛的應(yīng)用，因此研究 PID 控制具有較高的工程實踐意義，具有廣泛的應(yīng)用前景 [13]。而且當(dāng)對象特性變化時，又要重新整定，并且在現(xiàn)代工業(yè)控制過程中，許多被控對象機理復(fù)雜，具有多輸入多輸出的強耦合性、參數(shù)時變性、嚴(yán)重的非線性特性、滯后性等特點。在工業(yè)過程控制中，由于控制對象的精確數(shù)學(xué)模型難以建立，系統(tǒng)的參數(shù)又經(jīng)常發(fā)生變化，運用現(xiàn)代控制理論分析綜合要耗費很大代價進(jìn)行模型辨識，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型十分困難，應(yīng)用直接數(shù)字控制方法比較困難，甚至根本不可能，所以人們經(jīng)常采用 PID 調(diào)節(jié)器，并根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行在線整定，即用實驗和分析的方法來確定數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器的參數(shù)。在模擬控制系統(tǒng)中，其過程控制是將被測參數(shù)，如溫度、壓力、流量、成分、液位等由傳感器變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號后輸入調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器中與給定值進(jìn)行比較，再把比較出的差值經(jīng) PID 運算后送到執(zhí)行機構(gòu)，改變進(jìn)給量，以達(dá)到自動調(diào)節(jié)的目的。因此，用數(shù)字 PID 完全可以代替模擬調(diào)節(jié)器，而且可以得到比較滿意的效果。PID 控制器把設(shè)定值與實際輸出值相減,得到控制偏差，偏差值經(jīng)過比例、積分、微分運算后通過線性組合構(gòu)成控制量,然后對對象進(jìn)行控制。PID 調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟，且應(yīng)用最廣泛的一種控制方法。與常規(guī) PID 三個參數(shù)調(diào)整相比，省時、高效，為實現(xiàn)簡易的自整定控制帶來方便。硬件電路選用 8051 單片機，軟件程序采用中斷查詢方式。另一個問題是它的訓(xùn)練樣本如何從專家那里取來，如何表達(dá)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能接收的知識，怎么知道它們是否可靠和具有代表性，還不清楚，有用的信息是如何存儲在網(wǎng)絡(luò)中的各神經(jīng)元之中的，其機理尚不清楚，因此關(guān)于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇缺乏充分的理論分析，究竟選擇幾層，每層有多少個神經(jīng)元為可行，對此目前只能憑經(jīng)驗。兩者之間存在必然、密切的聯(lián)系。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從模仿人腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā)，試圖在模擬推理、自動學(xué)習(xí)等方面更接近人腦的自組織和并行處理能力，它在模式識別、聚類分析和專家系統(tǒng)等方面已顯出很好的前景。如果查詢表構(gòu)造得不合理或量化因子和比例因子選擇不當(dāng)，都會導(dǎo)致振蕩現(xiàn)象。這是因為模糊控制器對某些參數(shù)變化不敏感，只能說明具有魯棒性，而不能講具有自適應(yīng)能力。這主要是由于模糊控制表的檔級有限而造成，通過增加量化等級數(shù)目雖可提高精度，但查詢表將過于龐大，往往受物理條件限制。另外，量化因子和比例因子的選擇也影響著整個系統(tǒng)的品質(zhì)，這些因素致使簡單模糊控制器存在一些缺陷。假如某系統(tǒng)可由一組線性微分方程很好地加以描述，那么也就沒必要使用模糊控制了。 控制算法 模糊控制模糊控制利用隸屬度函數(shù)和模糊合成法則等思想巧妙地綜合了人們的直覺經(jīng)驗，從而在其他經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論不太奏效的場合，如具有純滯后、大慣性、參數(shù)漂移大的非線性不確定分布參數(shù)系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)較滿意的控制，所以它至少應(yīng)是一種有效的補充控制手段。今后隨著電力工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展和加工業(yè)和加工高度化與比重的擴大，電阻爐、感應(yīng)爐和電阻絲加熱等將不斷發(fā)展。同時對加熱質(zhì)量較易控制和保證，可按需要進(jìn)行整體、局部或表面加熱，從而質(zhì)量高和熱效率高。電阻爐是一類量大而廣的工業(yè)設(shè)備，利用單片機實現(xiàn)爐內(nèi)溫度的實時控制、數(shù)字顯示，對于提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源等都有著積極意義。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量與數(shù)量，節(jié)約能源，改善勞動環(huán)境，已逐步采用微機控制技術(shù)。不同爐窯的加熱方法與所用燃料有所差異，但被控對象都可歸于有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)。 電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)的目的和意義在工業(yè)領(lǐng)域，如冶金、機械、建材及化工等部門，都大量使用各種爐窯，如用于熱處理的加熱爐，用于熔化金屬的塔鍋電阻爐等。隨著電力工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展和機械、電子和食品等工業(yè)的發(fā)展，電阻爐的比重和功能亦將不斷增加。電阻加熱爐的溫度控制具有升溫單向性，大慣性、大滯后、時變性等特點。）III電阻爐溫度控制系畢業(yè)設(shè)計目 錄第 1 章 概 述 1 電阻加熱爐介紹 .................................................1 電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)的目的和意義 .............................1 電阻加熱爐的特點與展望 .........................................1 控制算法 .......................................................2 模糊控制 ...................................................2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ...................................................3 PID 控制算法 ....................................................3 電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的指導(dǎo)思想 ...........................5 系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù) ...............................................5第 2 章 方案論證 6 單片機的選擇 ...................................................7 溫度傳感器的選擇 ...............................................7 熱電阻 .....................................................8 集成溫度傳感器 .............................................8 熱電偶 .....................................................8 檢測放大電路的選擇 ............................................10 采用差分放大電路 ..........................................10 電壓比較器方案 ............................................10 使用普通集成運算放大電路 ..................................10 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的選擇 ............................................11 采用 V/F 轉(zhuǎn)換器 ............................................11 采用雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器 MC14433.............................11 采用逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 AD574A............................12 鍵盤的設(shè)計 ....................................................12 獨立式按鍵接口 ............................................12 矩陣式鍵盤接口 ............................................13 顯示器的選擇 ..................................................15 接口芯片 8255A .................................................17）IV第三章 硬件電路設(shè)計 20 主控制器 8051 單片機 ...........................................20 8051 單片機的主要功能如下 ..................................20 8051 單片機的優(yōu)點 ..........................................20 8051 單片機的時鐘和復(fù)位電路 ................................21 8051 單片機的引腳圖 ........................................22 前向通道的設(shè)計 ................................................23 溫度檢測電路 ..............................................23 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 ..............................................25 后向通道的設(shè)計 ................................................28 接口電路的設(shè)計 ................................................30第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 32 PID 計算程序 ...................................................32 程序設(shè)計 ......................................................34 主程序設(shè)計 ................................................34 中斷程序的設(shè)計 ............................................35 鍵盤輸入子程序流程圖 ......................................38 顯示子程序流程圖 ..........................................39 數(shù)字濾波子程序 ................................................40 數(shù)字濾波的優(yōu)點 ............................................40 數(shù)字濾波的常用方法 ........................................40 幾種濾波方法的比較 ........................................44總 結(jié) 45致 謝 46參考文獻(xiàn) 47附錄 1:電阻爐溫度控制硬件電路 49附錄 2:程序清單 50）1第 1 章 概 述 電阻加熱爐介紹電阻加熱爐和一般燃燒爐相比具有占地小，無污染，操作管理方便，易于控制質(zhì)量和熱效率高等優(yōu)點。電阻加熱爐是熱處理生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的加熱設(shè)備，這樣在加熱時均溫過程的測量與控制就成為關(guān)鍵性的技術(shù)，促使人們更加積極地研究控制熱加工工藝過程的方法。其升溫、保溫是依靠電阻絲加熱，降溫則是依靠環(huán)境自然冷卻。電阻加熱爐是典型的工業(yè)過程控制對象，在我國有著廣泛的應(yīng)用。爐窯運行時，溫度是需要測控的最基本參數(shù)。溫度以往多采用常規(guī)儀表加接觸器式的斷續(xù)控制，存在不少固有的缺點。本文將應(yīng)用目前性能價格比較高的 8051 單片機，對電阻爐進(jìn)行溫度控制。 電阻加熱爐的特點與展望 ）2在電力穩(wěn)定的供應(yīng)條件下，電熱爐和燃料爐相比有許多優(yōu)點，特別是不需要燃料貯存、輸送及燃燒后灰渣和龐大的煙氣排放、凈化等裝置，從而有占地小、裝置簡單、操作管理方便和無 COSO2 等污染的優(yōu)點。由于以上特點，電熱爐適合于高級材料和零部件的制造，節(jié)能效果亦好，從而在汽車、電機、家電和電子等機電加工組裝工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。在鋼鐵工業(yè)、金屬制品和窯業(yè)等高能耗部門，隨著深度加工、高質(zhì)量產(chǎn)品和陶瓷材料等的開發(fā)，加上對節(jié)能和對 CO2等的控制，電阻加熱爐比重亦將擴大。反過來也就是說，模糊控制也并非是一味放之任何系統(tǒng)均有效的“萬應(yīng)藥” ?？梢?，模糊控制應(yīng)用于工業(yè)過程控制領(lǐng)域相對來講更為合適些。）3。由于以上缺點，不采用模糊控制算法。模糊理論突出對人的外在表達(dá)方式的描述，以模糊邏輯為基礎(chǔ)，抓住人腦思維的模糊性特點，用以模仿人的模糊綜合判斷推理來處理一般數(shù)學(xué)控制難以解決的模糊綜合控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點之一是不依賴于控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，它是通過學(xué)習(xí)，將輸入與輸出以權(quán)值的方式編碼，將它們關(guān)聯(lián)起來，但以網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)權(quán)值難以理解為代價換取的，從權(quán)值很難知道網(wǎng)絡(luò)編碼的內(nèi)容是什么。 PID 控制算法本文對工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)電阻爐爐溫進(jìn)行研究，設(shè)計了硬件電路和軟件程序。提出了一種PID 控制的方法，即只調(diào)節(jié) Kp 一個參數(shù)，來實現(xiàn) PID 控制。電阻爐爐溫為一階慣性純滯后系統(tǒng)，調(diào)節(jié) Kp 的值，可得到較為理想的階躍響應(yīng)曲線。它結(jié)構(gòu)靈活，不僅可以采用常規(guī)的 PID 調(diào)節(jié)，而且可以根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用各種 PID的變種，如 PI、 PD 控制，不完全微分控制，積分分離式 PID 控制，帶死區(qū)的）4PID 控制，變速積分 PID 控制，比例 PID 控制等等。雖然計算機控制是離散的，但對于時間常數(shù)比較大的系統(tǒng)來說，其近似于連續(xù)變化。所以，用數(shù)字方式模擬 PID 調(diào)節(jié)器仍