基于pid控制的管式電爐溫度控制系統(tǒng)-在線瀏覽
2025-01-15 15:12本頁面
【正文】 院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化 094 學(xué) 號(hào)： 090302118 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起止日期： 本科生課程 設(shè)計(jì)（論文） I 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語 院（系 ）：電氣工程學(xué)院 教研室： 注：成績(jī)：平時(shí) 20% 論文質(zhì)量 60% 答辯 20% 以百分制計(jì)算 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 課程設(shè)計(jì)題目 基于 PID算法的管式電爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù) 課題完成的功能、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù) 實(shí)現(xiàn)功能 實(shí)驗(yàn)用管式電爐可用于實(shí)驗(yàn)室做物理測(cè)定、實(shí)驗(yàn)化學(xué)分析、熱電偶校定及小型機(jī)件熱處理。通過巡回檢測(cè)兩路電爐內(nèi)溫度，根據(jù)測(cè)量到的溫度采樣值與系統(tǒng)給定值進(jìn)行比較來決定是否啟動(dòng)電熱絲加熱，本設(shè)計(jì)要求采用單片機(jī)作為控制器，控制算法采用常規(guī)的 PID控制，由鍵盤進(jìn)行溫度控制值 的選擇，三位 LED顯示爐溫。 撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書一份；設(shè)計(jì)說明書應(yīng)在 4000字以上。隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過單片機(jī)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制日益成為今后自動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。以單片機(jī)為核心控制部件，并通過三位數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)溫度的一種數(shù)字溫度計(jì)。然后針對(duì)電阻爐的特點(diǎn)，利 用實(shí)驗(yàn)室有的設(shè)備，提出了利用 DDZIII 型儀表組合成一套單閉環(huán)負(fù)反饋的控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié) PID 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) PK 、積分系數(shù) fK 和微分系數(shù) DK 來實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻爐溫度的控制?，F(xiàn)在所說的管式電阻爐溫度控制系統(tǒng)，多指采 用電腦或微處理器進(jìn)行智能控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)的發(fā)展史上，稱為第三代控制系統(tǒng)，以 PLC 和 DCS 為代表，從 70 年代開始應(yīng)用以來，在冶金、電力、石油、化工、輕工等工業(yè)過程控制中獲得迅猛發(fā)展。 電阻爐是熱處理工業(yè)中常用的設(shè)備，具有大滯后、參數(shù)時(shí)變、非線性等特點(diǎn)。提高該類對(duì)象的控制品質(zhì)具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。而實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程往往具有非線性和時(shí)變性，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此常規(guī) PID 控制器不能達(dá)到理想的控制效果。將模糊控制和 PID 控制兩者結(jié)合起來的復(fù)合型控制器，對(duì)復(fù)雜控制系統(tǒng)具有良好的控制效果。由前端溫度傳感器及溫度檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)電阻爐溫度，并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過溫度檢 測(cè)電路轉(zhuǎn)換成與爐溫相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，通過液晶顯示屏顯示溫度并判斷是否報(bào)警，同時(shí)將得到的溫度偏差和偏差變化率進(jìn)行模糊化，建立模糊控制規(guī)則表，由設(shè)定的模糊控制算法計(jì)算出控制量，通過控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通和關(guān)閉從而控制電阻絲的導(dǎo)通時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。電爐爐體由角鋼、薄鋼板構(gòu)成。發(fā)熱元件制成螺旋形后繞于爐壁之中。控制器由內(nèi)部分測(cè)量、調(diào)節(jié)控制和電路電源裝置三個(gè)部分構(gòu)成，其中測(cè)量和控制由配置的TDW2020 型溫度指示調(diào)節(jié)儀來完成，電爐電源裝置由接觸器、電流表、電源開頭、端子板等元件組成，因此不但能測(cè)量溫度，而且能自動(dòng)控制溫度在給定范圍內(nèi)。該管式電阻爐溫度控制系統(tǒng)的框圖如圖 所示。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入STC89C52 單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算處理，轉(zhuǎn)換成 ROM 地址，在經(jīng)過線性化標(biāo)度變換計(jì)算出實(shí)際溫度值。同樣，單片機(jī)輸出的為數(shù)字信號(hào)，要使記錄儀顯示結(jié)果，就必須把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，該設(shè)計(jì)中使用 DAC0832進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換。 該 STC 系列單片機(jī)具有如下特點(diǎn)： （ 1）增強(qiáng)型 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期， 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期； （ 2）工作電壓： （ 5V 單片機(jī)） /（ 3V 單片機(jī)）； （ 3）工作頻率范圍： 040MHZ，相當(dāng)于普通 8051 的 080MHZ，實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHZ； （ 4）用戶應(yīng)用程序空間 4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K 字節(jié)； （ 5）片上集成 1280 字節(jié) /512 字節(jié) RAM； （ 6）通用 I/O 口（ 32/36 個(gè)），復(fù)位后為： P0/P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口） P0 口開漏輸出，作為總線擴(kuò)展時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻； （ 7） ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器 /仿真器可通過串口（ ）直接下載用戶程序， 8K 程序 3 秒即可完成一片； （ 8） EEPROM 功能； （ 9）看門狗； （ 10）內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路，外部晶體 20M 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路； （ 11）共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器 0 還可以當(dāng)成兩個(gè) 8 位定時(shí)器使用； （ 12）外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒； （ 13）通用異步串行口（ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART； （ 14）工作溫度范圍： 075 度 /40+85 度； （ 15）封裝： PDIP40， PLCC44， PQFP44。在 800℃ 左右由于鎳鉻合金發(fā)生擇優(yōu)氧化引起的熱電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定。 N 型熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜，不受短程有序化影響等優(yōu)點(diǎn) ,其綜合性能優(yōu)于 K 型熱電偶 ,
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