【正文】 國外，目前國內(nèi)成熟的溫度控制系統(tǒng)以常規(guī)PID和各種改進(jìn)PID控制為主，商品化的智能控制系統(tǒng)少，在智能控制算法和控制軟件的開發(fā)方面投入人力、物力也較少。總體上說，智能控制在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。隨后更多的學(xué)者開始關(guān)注智能控制技術(shù)，近年來我國也越來越重視智能控制理論的研究和應(yīng)用，從1993到1995連續(xù)三年國內(nèi)都召開了與智能控制有關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議。在20世紀(jì)90年代，美國、英國相繼發(fā)表《智能控制專輯》，日本、德國等國也連續(xù)發(fā)表多篇智能控制方面的論文，涉及到軍事、工業(yè)、家用電器等眾多領(lǐng)域，包括智能溫度控制在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。 智能溫度控制技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)的PID控制及改進(jìn)型PID控制原理簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、可靠性高、魯棒性強(qiáng)，曾在電阻爐溫度控制系統(tǒng)中得到了普遍的采用，其缺點(diǎn)是必須預(yù)先建立控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，因而其對(duì)于一些大滯后、多輸入、時(shí)變性電阻爐系統(tǒng)，控制效果難以滿意。 控制理論的發(fā)展?fàn)顩r隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，控制理論也在不斷地發(fā)展，控制理論的發(fā)展過程可以分為 “經(jīng)典控制理論”時(shí)期、“現(xiàn)代控制理論”時(shí)期、以及“智能控制理論”時(shí)期三個(gè)階段。占主導(dǎo)地位的是儀表控制，這種系統(tǒng)的控制參數(shù)由人工選擇，需要配置專門的儀表調(diào)試人員，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且不準(zhǔn)確；控制精度依賴于實(shí)驗(yàn)者的調(diào)節(jié)，控制精度不高，一旦生產(chǎn)環(huán)境發(fā)生變化就需要重新設(shè)置；操作不方便，控制數(shù)據(jù)無法保存。其主要特點(diǎn)是新型的、現(xiàn)代化的測(cè)溫技術(shù)不斷出現(xiàn)；溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換與處理趨于數(shù)字化、微機(jī)化、智能化；智能控制理論與技術(shù)日漸成為溫度控制的基本理論與技術(shù)；爐溫控制己進(jìn)入了智能化的新時(shí)代。鑒于電阻爐爐溫特性的復(fù)雜性，其爐溫的測(cè)量和控制顯得更為重要和復(fù)雜。隨著工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，對(duì)熱處理的要求越來越高，高精度、全自控、低污染、節(jié)能型的熱處理爐已成為發(fā)展方向。應(yīng)用廣泛的溫度智能控制方法有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制等，具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自協(xié)調(diào)等能力，保證了控制系統(tǒng)的控制精度、抗干擾能力、穩(wěn)定性等性能。目前國內(nèi)成熟的電阻爐溫度控制系統(tǒng)是以PID控制器為主，PID控制對(duì)于小型實(shí)驗(yàn)用的電阻爐控制效果良好，但對(duì)于大型工業(yè)電阻爐就難以保證電阻爐控制系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性等。PID控制溫度的效果主要取決于P、I、D三個(gè)參數(shù)，對(duì)于控制大滯后、大慣性、時(shí)變性溫度系統(tǒng)，控制品質(zhì)難以保證。定值開關(guān)控制方法的原理是若所測(cè)溫度比設(shè)定溫度低，則開啟控制開關(guān)加熱，反之則斷開控制開關(guān)。因此各個(gè)領(lǐng)域?qū)﹄娮锠t溫度控制的精度、穩(wěn)定性、可靠性等要求也越來越高，溫度控制技術(shù)也成為現(xiàn)代科技發(fā)展中的一項(xiàng)重要技術(shù)。 PID control。s software routine design and the initialization, electric circuits and so on success debugging temperature setting, display, PID control and overstep warning. Key words: resistance furnace。s hardware schematic diagram, the signal recuperation electric circuit as well as temperaturecontrol circuit39。s foundation, this design has mainly pleted temperature control system39。關(guān)鍵詞：電阻爐；溫度；單片機(jī)；PID控制Based on singlechip microputer 39。在論文中詳細(xì)闡述了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及PID控制方法。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）畢業(yè)論文基于單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要電阻爐被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，它的溫度控制效果直接影響到生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，因而設(shè)計(jì)一個(gè)控制精度高、運(yùn)行穩(wěn)定的電阻爐溫度控制系統(tǒng)具有很高的應(yīng)用價(jià)值。本系統(tǒng)以電阻爐為被控對(duì)象，K型熱電偶為溫度傳感器，ATmega128單片機(jī)為核心，采用PID控制方法，設(shè)計(jì)了一種控制精度較高的溫度控制系統(tǒng)。在對(duì)電阻爐溫度控制方法深入研究的基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)主要完成了溫度控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的硬件原理圖、信號(hào)調(diào)理電路以及由隔離功放和雙向晶閘管組成的溫度控制電路的設(shè)計(jì)，同時(shí)完成了系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)及其初始化，成功的調(diào)試出了溫度設(shè)定、顯示、PID控制及越限報(bào)警等電路。s resistance furnacetemperature control system designAbstractResistance furnace was widely used in industrial production, the effect of the temperature control of Resistance furnace has a direct impact on productivity and product , the design of a highprecision control and stable operation of the resistance furnace temperature control system has a high application value.This system take the resistance furnace as the controlled plant, the K thermoelement is the temperature sensor, the ATmega128 singlechip microputer for the core part, uses the PID control method, has designed one kind of highprecision control of temperature control systems. In detail elaborated the control system hardware design, the software design as well as the PID control method in the paper.To the resistance furnace temperature control method deep research39。s overall concept design, system39。s design which is posed of the isolation power amplifier and the bidirectional thyristor,at the same time has pleted system39。 temperature 。singlechip microputer目錄摘要 IAbstract II第一章 緒論 1 課題研究的背景及意義 1 國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì) 1 電阻爐國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài) 1 控制理論的發(fā)展?fàn)顩r 2 智能溫度控制技術(shù)的發(fā)展 2第二章 電阻爐溫度控制總體方案設(shè)計(jì) 4 基于虛擬儀器的電阻爐溫度控制 4 基于單片機(jī)的電阻爐溫度控制 4 模糊控制 5 模糊自整定PID控制 5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 6 專家控制系統(tǒng) 6 單片機(jī)與FPGA綜合實(shí)現(xiàn)電阻爐的溫度控制 7 電阻爐溫度控制系統(tǒng)硬件原理圖 8第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 9 溫度檢測(cè)電路 9 溫度傳感器 9 冷端溫度補(bǔ)償 10 放大處理 11 ATMEGA128單片機(jī) 11 概述 11 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 17 晶體振蕩器 17 復(fù)位電路 18 控溫電路 18 隔離放大器 18 晶閘管電路 19 人機(jī)接口電路 20 鍵盤 20 4位LED顯示 21 越限報(bào)警電路 22第四章 軟件設(shè)計(jì) 24 主程序設(shè)計(jì) 24 子程序設(shè)計(jì) 25 A/D采樣子程序 25 數(shù)字濾波子程序 26 線性化及標(biāo)度變換子程序 28 控制運(yùn)算子程序 30 雙向晶閘管控制 34 鍵盤掃描子程序 35 顯示子程序 36第五章 系統(tǒng)調(diào)試 37總結(jié) 40參考文獻(xiàn) 41附錄A 硬件原理圖 43附錄B 源程序 44致謝 54V第一章 緒論 課題研究的背景及意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電阻爐被廣泛的應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油化工、電力等工業(yè)生產(chǎn)中，在很多生產(chǎn)過程中，溫度的測(cè)量和控制與生產(chǎn)安全、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、能源節(jié)約等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)緊緊相連。溫度控制技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：定值開關(guān)控制；PID控制；智能控制。其控溫方法簡(jiǎn)單，沒有考慮溫度變化的滯后性、慣性，導(dǎo)致系統(tǒng)控制精度低、超調(diào)量大、震蕩明顯。電阻爐是由電阻絲加熱升溫，靠自然冷卻降溫，當(dāng)電阻爐溫度超調(diào)時(shí)無法靠控制手段降溫，因而電阻爐溫度控制具有非線性、滯后性、慣性、不確定性等特點(diǎn)。智能控制是一類無需人的干預(yù)就能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)智能機(jī)械而實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制，隨著科學(xué)技術(shù)和控制理論的發(fā)展，國外的溫度測(cè)控系統(tǒng)發(fā)展迅速，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的智能控制[1]。 國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì) 電阻爐國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)電阻爐是熱處理生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的加熱設(shè)備，通過布置在爐內(nèi)的電熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能并借助輻射與對(duì)流的傳熱方式加熱工件[2]。20世紀(jì)70年代以來，發(fā)達(dá)國家隨著機(jī)械制造技術(shù)的高速發(fā)展，以及新材料和控制技術(shù)的應(yīng)用，熱處理技術(shù)的傳熱理論、高溫材料、爐體結(jié)構(gòu)及控制手段都有了徹底變化，形成了專門的工程技術(shù)，從而又促進(jìn)了整個(gè)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)、智能控制理論技術(shù)的飛速發(fā)展，爐溫參數(shù)的測(cè)量和控制己進(jìn)入了微機(jī)化、智能化的新時(shí)代。目前，我國的電阻爐控制系統(tǒng)與國外發(fā)達(dá)國家相比還比較落后。因而，對(duì)生產(chǎn)工藝的研究很困難，因此造成產(chǎn)品質(zhì)量低、廢品率高、工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)效率低，這些都影響了企業(yè)的效益?！爸悄芸刂啤笔茄芯颗c模擬人類智能活動(dòng)及其控制與信息傳遞過程的規(guī)律，研制具有某些仿人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)[3]。自智能控制理論發(fā)展以來，智能控制技術(shù)開始逐漸應(yīng)用于工業(yè)控制。我國傅京孫教授提出的把人工智能中的直覺推理方法用于學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)，奠定了國內(nèi)智能控制發(fā)展的基礎(chǔ)。由于溫度控制設(shè)計(jì)到冶金、化工、機(jī)械等眾多領(lǐng)域，因而溫度智能控制技術(shù)也是國內(nèi)學(xué)者研究的重要內(nèi)容，越來越多與智能溫度控制有關(guān)的論文在科技刊物上發(fā)表[4]。目前，國外已研制出商品化、智能化、精度高、小型化的智能溫度控制系統(tǒng)，開發(fā)出成熟的智能控制算法和控制軟件。第二章 電阻爐溫度控制總體方案設(shè)計(jì) 基于虛擬儀器的電阻爐溫度控制LabVIEW是一種強(qiáng)大的圖形化編程虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)，通過此法實(shí)現(xiàn)電阻爐溫度控制系統(tǒng)，可以將整個(gè)系統(tǒng)分解為兩個(gè)部分：溫度信號(hào)采集系統(tǒng)和PID控制器。溫度信號(hào)采集系統(tǒng)由硬件和軟件兩個(gè)部分組成?？刂破骺梢圆捎没谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的PID控制器，運(yùn)用Matlab編程語言編寫相應(yīng)的程序，通過LabVIEW中的 MatlallscriPt節(jié)點(diǎn)建立與溫度信號(hào)采集系統(tǒng)的連接。綜合智能控制系統(tǒng)，將智能控制與傳統(tǒng)控制模式有機(jī)結(jié)合、綜合應(yīng)用，以便取長補(bǔ)短，獲取互補(bǔ)特性，提高整體優(yōu)勢(shì)，從而獲得人類、人工智能和控制理論高度緊密結(jié)合的智能控制。它適用于控制不易取得精確數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型不確定或經(jīng)常變化的對(duì)象。對(duì)溫度誤差采樣的精確量模糊化，經(jīng)過數(shù)學(xué)處理輸入計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)根據(jù)模糊規(guī)則推理做出模糊決策，求出相應(yīng)的控制量，變成精確量去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)整輸入從而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度，使之穩(wěn)定的目的。 模糊自整定PID控制模糊自整定PID控制是在一般PID控制的基礎(chǔ)上，加上一個(gè)模糊控制規(guī)則環(huán)節(jié)，利用模糊控制規(guī)則在線對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行修改的一種自適應(yīng)控制系統(tǒng)，以誤差和誤差變化作為輸入，來滿足不同時(shí)刻的誤差和誤差變化對(duì)參數(shù)自整定的要求。當(dāng)采樣周期到達(dá)，與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，由比較后的誤差大小來決定控制系統(tǒng)的控制方式，再作運(yùn)算。 模糊自整定PID電阻爐溫度控制系統(tǒng)框圖用模糊自整定PID控制來提高電阻爐煅燒零件控制精度的方法，改善了系統(tǒng)的響應(yīng)，使系統(tǒng)具有比較理想的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)，溫度控制精度在177。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以其高度的非線性映射，自組織，自學(xué)習(xí)和聯(lián)想記憶等功能，可對(duì)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)建模，將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略引入電阻爐的爐溫控制系統(tǒng),通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬實(shí)現(xiàn)PID控制器參數(shù)在線調(diào)整[7]。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)PID的三個(gè)參數(shù)快速擬合，建立參數(shù)kp，ki，kd自學(xué)習(xí)的PID控制器，不需要根據(jù)模型或工程實(shí)驗(yàn)方法選取控制器參數(shù)，克服了傳統(tǒng)PID控制器操作的困難，提高了系統(tǒng)的智能化程度。因而，專家系統(tǒng)是一種人工智能的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，這些程序軟件具有相當(dāng)于某個(gè)專門領(lǐng)域的專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)水平，以及解決專門問題的能力。二、推理機(jī)制——按照類似專家水平的問題求解方法，調(diào)用知識(shí)庫中的條目進(jìn)行推理、判斷和決策。其工作原理為：特征識(shí)別模塊對(duì)控制對(duì)象輸出的性能指標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，通知推理機(jī)制；性能識(shí)別模塊對(duì)輸入的信息進(jìn)行識(shí)別，也傳輸給推理機(jī)制；推理機(jī)制根據(jù)所得信息計(jì)算出實(shí)際性能指標(biāo)，并與期望的性能指標(biāo)相比較，作出決策，判斷是否進(jìn)行參數(shù)調(diào)整；若需要，推理機(jī)制則根據(jù)采集的信息判斷響應(yīng)類型，告知知識(shí)庫，啟動(dòng)相應(yīng)的調(diào)整規(guī)則，計(jì)算出新的量化因子數(shù)值，使控制特性能向期望的性能逼近?？刂葡到y(tǒng)具有下述特點(diǎn)：（1）高可靠性及長期運(yùn)行的連續(xù)性。（3）優(yōu)良的控制性能和抗干擾性。 專家控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)與FPGA綜合實(shí)現(xiàn)電阻爐的溫度控制隨著信息技術(shù)革命的深入和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一門關(guān)鍵的技術(shù)學(xué)科。但在實(shí)時(shí)性要求高和數(shù)據(jù)量大的情況下，由于單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)處理