基于大林算法的电阻炉温度控制系统的设计
基于大林算法的温度控制系统设计说明
计算机控制技术课程设计2015/2016学年第二学期设计课题：基于大林算法的电路温度控制系统的设计专业：__ __班级： __ _学号：___ _______姓名：_______ _ _____2016年5月目录第一章课题简介 (1)1.1课题的目的 (1)1.1.1 本机实现的功能 (1)1.1.2 扩展功能： (1)1.2课题的任务及要求 (1)第二章系统方案设计 (2)2.1 水温控制系统的总体介绍 (2)2.2 系统框图 (2)2.3 闭环系统的工作原理 (2)第三章系统硬件设计 (3)3.1 系统原理图 (3)3.2 单片机最小系统设计 (3)第四章大林控制算法设计 (5)4.1 大林控制算法原理： (5)4.2 控制器的设计及公式推导过程 (6)4.3 采样周期的选择： (7)第五章水温控制系统的仿真 (7)5.1振铃现象 (7)5.2 Matlab仿真 (9)5.2 大林算法控制系统编程设计： (10)5.3各模块子程序设计 (11)5.3.1主程序设计 (11)5.3.2读出温度子程序 (12)5.5.3数码管显示模块 (13)5.5.4温度处理程序 (14)第六章小结与体会 (15)第七章参考文献 (16)第八章附录 (17)第一章课题简介1.1课题的目的1.1.1 本机实现的功能（1）利用温度传感器采集到当前的温度，通过AT89S52单片机进行控制，最后通过LED数码管以串行口传送数据实现温度显示。
（2）可以通过按键任意设定一个恒定的温度。
（3）将水环境数据与所设置的数据进行比较，当水温低于设定值时，开启加热设备，进行加热；当水温高于设定温度时，停止加热，从而实现对水温的自动控制。
（4）当系统出现故障，超出控制温度围时，自动蜂鸣报警。
1.1.2 扩展功能：（1）具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备。
（2）采用适当的控制方法实现当设定温度或环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。
大林算法在温度控制中的应用.ppt
引言随着现代科学技术水品格发展，与其是近年来，电力工业的迅速发展，工业电阻炉尤其是钟罩式真空电阻炉越来越受人们的青睐。
工业钟罩式真空电阻炉是一种重要的热处理设备，它能使被加热零件脱气、脱氧、脱硫，以及能使有害杂质蒸发分离，避免零件氧化污染，而且它的温度容易调节，相对其它电阻炉来讲热惯性小升温时间短，它在工业中被广泛采用。
他一般具有较大的时间常数和一定的纯滞后时间，且滞后时间比较长，我们知道这样的系统村不利于现代化工业生产自动化水平提高，不利于产品质量和生产效率的提高。
但是一般来讲，对这样的系统在工业生产中要求没有超调量或超调量很小，调节时间希望在确定的采样时间内结束（虽然也希望尽快结束过渡过程，但是这是第二位的）。
因此超调试主要的设计目标，用一般的控制系统设计方法是不行的，用模拟仪表控制算法效果也欠佳。
IBM公司的大林于1968年提出一种针对工业生产过程中含有纯滞后的控制对象的控制算法，即大林算法。
它具有良好的效果，采用大林算法的意义在于大林控制算法能在一些具有纯滞后环节的系统中兼顾动静两方面的性能，可做到小超调小稳态误差。
控制效果比较理想。
对工程实际应用具有很大的意义。
第一章钟罩式真空电阻炉1.1钟罩式真空电阻炉钟罩式真空电阻炉所谓钟罩式系指炉膛位于工作台面以上，钟罩可以升降，由侧面装卸工件，所以又称侧装式。
图1-1所示为双位钟罩式真空炉。
这种型式的炉子其加热器有两种安装方式：一种是装在钟罩内，随钟罩升降，这时，固定在炉盖上的电极汇流排5也要随盖运动。
另一种是固定在静止的台面板上，电极汇流排需从机架下方引入。
钟罩式真空电阻炉的基本参数见表1-1所示。
图1-1 双位钟罩式真空电阻炉1-机架；2-真空系统；3-观察孔；4炉体；5-汇流排；6-电气部分；7-变压器；8-升降机构。
表1-1 钟罩式真空电阻炉的基本参数（SJ861-74）最高温度（℃）炉膛尺寸（工位直径高）（毫米）热态真空度（毫米汞柱）额定功率及相数恒温区尺寸及温差功率（千瓦）相数恒温区尺寸（沿高度方向）（毫米）温差（℃）100030020025101103 100 20350250215130030020025101153 100 203502502201.2钟罩式真空电阻炉的结构1.2.1钟罩式真空电阻炉的隔热屏隔热屏是一种炉衬形式，常用于周期作业真空电阻炉，其特点是热惯性很小而透热性很大。
电阻炉的温度控制系统设计(课程设计)
电阻炉的温度控制系统设计摘要电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展。
电阻加热炉是典型的工业过程控制对象。
其温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性等特点，且其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。
温度是工业对象中主要的被控参数之一。
尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。
由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。
但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。
但对于电阻加热炉来说，当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数。
而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID 的控制方案很难达到理想的控制效果。
为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化，等等。
因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。
在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。
关键词：恒温；热处理；控温系统Design for Temperature Control System of Resistance FurnaceAbstractThe resistance furnace in metallurgical industry is widely application, its temperature parameters in the production process of automatic control system with single-chip microcomputer control technology in the field of industrial silicon, the popularization and application in high precision, high stability, high intelligent direction. Resistance furnace is typical of industrial process control object. The temperature control with temperature mono-direction and large inertia, the lag and time-varying characteristics, such as temperature, heat preservation and heat resistance wire depend on environment, cooling is natural cooling.Temperature is the main objects of accused of parameters. Especially in metallurgy, chemical, machinery, widely used in various industries of heating furnace, heat treatment furnace, reactors. Because of the different kinds of heating method is adopted, and the fuel is not identical also, such as coal gas, natural gas etc. But control system dynamic characteristics of itself, all belong to a first-order lagging pure, in the same basic control algorithm, PID control or other pure lag compensation algorithm. But for resistance furnace, when the temperature once overshoot cannot use control means that the cooling, so it is difficult to use mathematical method to establish precise model and parameters. While the traditional PID control is an established in classical control theory, the control strategy based on its design depend on mathematical model of the controlled objects, so this kind of control for furnace adopts the traditional PID control object to achieve the ideal control scheme.In order to guarantee the normal production process, improve product safely quantity and quality and to reduce the labor intensity, energy saving, with all kinds of electric heating requirements under certain conditions, not with remains constant voltage fluctuations or furnace changes, or some objects according to the technical requirement of electric furnace temperature or a designated in accordance with the law and heat changes, etc.Therefore, in industrial and agricultural production and scientific experiments to constantly measuring temperature will not only, and to control System.In the resistance furnace temperature control system design, should try to consider how to effectively avoid distractions and USES a better control scheme, select the appropriate chip and control algorithm is necessary to the design with a single-chip microcomputer temperature control system of resistance furnace.Keywords: temperature；Heat treatment；Temperature control system目录摘要 (1)Abstract (2)一、总体方案设计 (4)1、设计内容及要求 (4)2、工艺要求 (4)3、要求实现的系统基本功能 (5)4、对象分析 (5)5、系统功能设计 (5)二、硬件的设计和实现 (5)1、计算机机型 (5)2、设计支持计算机工作的外围电路 (5)3、设计输入输出通道 (8)4、元器件的选择 (10)三、数字控制器的设计 (7)1、控制算法 (10)2、计算过程 (11)四、软件设计 (12)1、系统程序流程图 (12)2、程序清单 (15)五、完整的系统电路图 (27)六、系统调试 (27)七、设计总结 (27)八、参考文献 (27)附录 (28)一、总体方案设计设计任务：用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，并使系统达到工艺要求的性能指标。
大林算法在温度控制中的应用.ppt
大林算法在温度控制中的应用.ppt————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：引言随着现代科学技术水品格发展，与其是近年来，电力工业的迅速发展，工业电阻炉尤其是钟罩式真空电阻炉越来越受人们的青睐。
工业钟罩式真空电阻炉是一种重要的热处理设备,它能使被加热零件脱气、脱氧、脱硫，以及能使有害杂质蒸发分离,避免零件氧化污染,而且它的温度容易调节，相对其它电阻炉来讲热惯性小升温时间短，它在工业中被广泛采用。
他一般具有较大的时间常数和一定的纯滞后时间，且滞后时间比较长，我们知道这样的系统村不利于现代化工业生产自动化水平提高，不利于产品质量和生产效率的提高。
但是一般来讲，对这样的系统在工业生产中要求没有超调量或超调量很小，调节时间希望在确定的采样时间内结束(虽然也希望尽快结束过渡过程，但是这是第二位的）.因此超调试主要的设计目标，用一般的控制系统设计方法是不行的,用模拟仪表控制算法效果也欠佳。
IBM公司的大林于1968年提出一种针对工业生产过程中含有纯滞后的控制对象的控制算法，即大林算法。
它具有良好的效果,采用大林算法的意义在于大林控制算法能在一些具有纯滞后环节的系统中兼顾动静两方面的性能，可做到小超调小稳态误差。
控制效果比较理想。
对工程实际应用具有很大的意义。
第一章钟罩式真空电阻炉1。
1钟罩式真空电阻炉钟罩式真空电阻炉所谓钟罩式系指炉膛位于工作台面以上，钟罩可以升降，由侧面装卸工件，所以又称侧装式。
图1—1所示为双位钟罩式真空炉。
这种型式的炉子其加热器有两种安装方式:一种是装在钟罩内，随钟罩升降，这时，固定在炉盖上的电极汇流排5也要随盖运动.另一种是固定在静止的台面板上,电极汇流排需从机架下方引入。
钟罩式真空电阻炉的基本参数见表1-1所示。
图1—1 双位钟罩式真空电阻炉1-机架；2—真空系统；3-观察孔；4炉体;5-汇流排；6—电气部分；7—变压器;8-升降机构。
电阻炉温度控制系统设计
合卒摩沒Hefei UniversityJ运算机控制课程设计设计题目：电阻炉温度控制系统设计姓名：_____________ 李宏灶 ________学号：00专业班级：08级自动化⑵班指导老师：丁健前言温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各类温度控制系统普遍应用于冶金、化工、机械、食物等领域。
温度控制是工业生产进程中常常碰到的进程控制，有些工艺进程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。
例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食物加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处置炉、反映炉和锅炉中的温度进行检测和控制；在农业生产、粮食储蓄、运算机机房等都需要对温度进行测量和控制。
因此设计一种较为理想的温度控制系统是超级有价值的。
温度控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，致使传统控制方式超调大、调节时刻长、控制精度低。
采用单片机进行温度控制, 具有电路设讣简单、精度高、控制效果好等长处，对提高生产效率、增进科技进步等方面具有重要的现实意义随着单片机技术的迅速兴起与蓬勃进展，其稳固、安全、高效、经济等长处十分突出，所以其应用也十分普遍。
单片机已经无处不在、与咱们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面。
单片机的特点是体积较小，也就是其集成特性，其内部结构是普通运算机系统的简化，增加一些外围电路，就可以够组成一个完整的小系统，单片机具有很强的可扩展性。
它具有和普通运算机类似的、壮大的数据处置功能，通过利用一些科学的算法，能够取得很强的数据处置能力。
所以单片机在工业应用中，能够极大地提高工业设备的智能化、数据处置能力和处置效率，而且单片机无需占用专门大的空间。
随着检测理论和技术的不断更新，温度传感器的种类也愈来愈多，在微机系统中利用的传感器，必需是能够将非电量转换成电量的传感器，U前常常利用的有热电偶传感器、热电阻传感器和半导体集成传感器等，每种传感器按照其自身特性，都有它自己的应用领域。
基于某大林算法地炉温控制仿真
电气工程及自动化学院课程设计报告（控制基础实践）题目：基于大林算法的炉温控制仿真专业班级：自动化101班姓名：周强学号：33号指导老师：国亮2012年12月22日电阻炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。
其控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。
采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。
常规的温度控制方法以设定温度为临界点，超出设定允许围即进行温度调控：低于设定值就加热，反之就停止或降温。
这种方法实现简单、成本低，但控制效果不理想，控制温度精度不高、容易引起震荡，达到稳定点的时间也长，因此，只能用在精度要求不高的场合。
电加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。
电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。
其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。
当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制。
在温度控制技术领域中，普通采用PID控制算法。
但是在一些具有纯滞后环节的系统中，PID控制很难兼顾动、静两方面的性能，而且多参数整定也很难实现最佳控制。
若采用大林算法，可做到无或者小超调，无或小稳态误差。
大林算法是运用于自动控制领域中的一种算法，是一种先设计好闭环系统的响应再反过来综合调节器的方法。
设计的数字控制器（算法）使闭环系统的特性为具有时间滞后的一阶惯性环节，且滞后时间与被控对象的滞后时间相同。
此算法具有消除余差、对纯滞后有补偿作用等特点。
本设计主要采用大林算法来实现炉温控制，并与PID算法进行比较。
关键词：PID控制；大林算法；控制算法；MATLAB第一章系统方案 (1)1.1设计任务和要求 (1)1.2大林算法 (1)1.3 PID算法 (3)第二章设计流程 (4)2.1大林算法软件设计流程图 (5)2.2 PID算法程序设计流程图 (5)第三章设计过程及结果 (6)3.1 GUI界面设计 (6)3.1.1 GUI界面的建立 (7)3.1.2 制作GUI界面 (9)3.2 Simulink设计 (10)3.2.1 大林算法Simulink (10)3.2.2 PID控制算法Simulink (11)3.3 程序设计 (12)3.3.1 大林算法编程 (12)3.3.2 PID控制算法编程 (14)3.4 两种算法的比较 (16)第四章总结 (17)致 (18)参考文献 (19)附录 (20)1、大林算法程序 (20)2、PID控制器算法程序 (20)第一章 系统方案1.1设计任务和要求已知电阻炉对象数学模型为1)(+=-Ts ke s G sτ 其中，k=12, T=400, 60=τ，电阻炉的温度设定为1000℃.要求：(1)设计大林控制算法；(2)设计PID 控制器，并与PID 算法进行比较；(3)改变模型参数，考察模型扰动下系统性能变化情况。
电阻炉温度的大林算法控制
第23卷 第2期成都大学学报(自然科学版)Vol 23No 2 2004年6月Journal of Chengdu University(Natural Science) Jun 2004文章编号:1004-5422(2004)02-0025-29电阻炉温度的大林算法控制赵德元(成都大学电子信息工程系,成都 610106)摘 要:本文针对具有大惯性、和纯时间延迟的电阻炉的温度控制,设计了带B-B控制的大林控制算法,并用PC机进行了实时控制,收到了良好的控制效果,其性能远优于常规PID控制关键词:大林控制;B-B控制;PID控制;PWM交流调动;中图分类号:TP316 文献标识码:AThe B-B and Dahlin Control for the Temperature ofResistance-Heated FurnaceZHAO Deyuan(Department of Electroic Information,Chengdu Universi ty,Chengdu610106,China) Abstract:In this paper,the Dahlin control time algorithm with B-B control for the temperature of resistance-heated furnace with large inertia and pure delay has been desiged.The result of control by PC on time is better than nor mal PID control.Key words:dahlin control,B-B control,PID c ontrol,altrenate power control with PWMCLC number:TP316 Document:A1 引 言工业电阻炉是一种重要的热处理设备,一般具有较大的惯性时间常数和一定的纯迟后时间,如何提高这种设备的控制性能一直是人们关心的问题 PID控制很难兼顾动、静态两方面的性能,而且多参数整定也很难实现最佳控制 IB M公司的大林(Dahlin)于1968年提出的将系统校正成一阶加滞后系统的设计方法可做到无或小超调,无或小稳态误差,但上升时间较长 若辅以B-B控制,则有可能在不增加超调的情况下,减少上升时间2 控制要求控温范围:室温室温+240稳态误差:1超调量:M P%!2%上升时间:t r!440s收稿日期:2003-09-03作者简介:赵德元,(1944-),男,副教授 从事工业自动化教学和科研3 系统构成及工作原理图1给出了系统的结构图图1 系统的结构图图中受控对象为220V,2000VA 电阻炉 其调温方式采用交流调功调温方式,即由带有驱动电路的固态继电器(SSR)对单相电阻炉作无触点通断控制,其导通率 由PC 机实现的数字式等周期变脉宽调制器(DPW M)按照数字控制器D(Z)在每个采样控制周期t S 中算出的控制量计算得到 调节导通率 ,则可调节电阻炉获得的平均功率Pap a = .p e =t on /t s ∀p e(1)式中:pe-电阻炉的额定功率,这里pe=2000(w);t s -采样控制周期(s);t on -每个ts 内的导通时间(s)控温方式为带有B-B 控制的大林控制P a =p e e #e 1.00.5P e e #e 0.5大林算法 e<e 0.50 e !0(2) 式中:e 1.0、e 0.5分别为全功率和半功率升温时的温差限,由实验决定;pa 为控制功率(即电阻炉获得的平均功率)4 系统的动、静态设计4.1 检测标度变换(BDB)算法从K 型热电偶的分度表查出在给定控温范围内,温度(T t )、电压(e)关系基本上是线性的,故可采用线性参数的标度变换公式T t =T min +(T ma x --T m i n )D X -D mi nD max -D min∀26∀ 成都大学学报(自然科学版) 第23卷式中:T t 为实测温度( );T max 、T min 分别为测温的上、下限温度( );Dx 为12位A/D 转换器转换得到的与Tt 对应的无符号十制数;D ma x 、D min 分别为与T max -T m i n 对应的A/D 转换数代入本系统的相应数据,得测量标度变换算法T t =240∃(Dx-409.6)(2048-409.6)( )(3)4.2 大林控制算法4.2.1 采样控制周期的选择一般要求在系统上升时间t r 内的采样点数 N r =t r t x=4~20(4)式中:ts 为采样控制周期(s);t r 为期望的阶跃响应的上升时间(s);本系统要求t r=440(s),当N r 值取为22时,则采样控制周期t s =20(s)4.2.2 确定期望闭环传递函数大林控制的期望闭环传递函数为 (s)=e - s 1+TS其中纯迟后时间取为等于电阻炉的纯迟后时间,即 =180(s);时间常数T 则由期望的上升时间t r 确定,因为一阶系统的上升时间t r 与时间常数T 的关系是t r =2.2T,所以T=t r /2.2=440/2.2=200(s)对 (s)作阶跃响应不变离散化,得与 (s)对应的期望闭环脉冲传递函数%(z)=z[1-e -t s S ∀e - s 1+TS ]=z-1z ∀Z[e -9t s s(1+200s)] =z-1z 10∀z[0.005s(s+0.005)]=z-1z 10∀(1-e -0.005ts )(z-1)(z-e-0.005t s)代入t s =20(s)%(z)=0.1z -101-0.9z-1(5)4.2.3 广义受控对象的脉冲传递函数广义受控对象的传递函数为HG(s)=1-e -t s S ∀K 0K 1K 2e - s 1+T 2S =1-e -t s S ∀0.15e -9t s s 1+6720s 对应的脉冲传递函数为HG(Z)=[1-e -t s s S ∀0.15e -9t s1+6720s] =z-1z 10Z[0.015s(s+0.00015)] =0.00045z -101-0.997z -1(6)4.2.4 大林算法数字控制器D(Z)及其差分方程& (z)=D(z).HG(z)1+D(z).HG(z)∋D(Z)= (z)HG(Z)[1- (z)]将(5)、(6)式代入得 D(Z)=U(z)E(z)=2222-2215z -11-0.89z -1-0.1z -10(7)与D(Z)对应的差分方程为 U k =0.89U k-1+0.1U k-10+2222e k -2215e k-1(8)∀27∀第2期 赵德元:电阻炉温度的大林算法控制5 系统软件按照前述的测控算法用C 语言编制了人一机界面和温度的测、控、显程序,其流程图如图2所示图2 程序流程图∀28∀ 成都大学学报(自然科学版) 第23卷6 系统调试及结果分析图3给出了带B-B 控制的大林算法控制的实时记录曲线图3 温度实时控制记录曲线此时,T s =196( ),t s =20(s),e 1.0=100( ),e 0.5=40( ),控制时间t c =20(min)图中曲线1为恒温给定曲线T s (t),曲线2为温度响应曲线T t (t),曲线3为电阻炉的平均控制功率曲线P a (t)从图3看出实际达到的性能指标为最大超调M p %=1%,上升时间t r =430(s),稳态误差e ss (0实验结果说明:(1)采用大林算法可显著减少超调,也可做到很小的稳态误差;(2)结合大偏差时的分级B-B 控制也可以做到较小的上升时间和调节时间;(3)当对象模型具有不确定性和系统存在随机干扰时,可对达林算法参数作自寻最优控制 参考文献[1]Dahlin EB.Desi gning Turning Digi tual Controllors Insturu and Control Sys tems.1968,41(6):77.[2]计算机控制系统-原理与设计(第3版)[M] 北京:电子工业出版社,2001[3]赵德元 大林算法参数的自寻最优控制[J] 信息与控制,1992,(3):41[4]何克忠,郝忠怒 计算机控制系统分析与设计[M] 北京:清华大学出版社,2002∀29∀第2期 赵德元:电阻炉温度的大林算法控制。
电阻炉温度控制系统设计与实现大学毕业论文
电阻炉温度控制系统设计与实现摘要温度是工业生产中常见的和最基本的参数之一，一般物理变化和化学变化的过程都与温度密切相关，因此生产过程中常需对温度进行检测和监控。
实验室的回转式电阻炉是一个具有较大纯滞后和时间常数的温度对象的特点,本设计根据这个特点选择了PID调节规律.根据设计要求的控制精度选择了单回路控制系统。
本设计选用了两套设计方案，第一套方案是基于DDZ—Ⅲ型仪表设计的控制系统，在第一套方案中先组成开环系统测量温度对象特性，并根据对象特性计算出PID控制器的控制参数。
在做成闭环控制系统之后,还需要手动调节PID参数，使PID参数达到最优。
第二套是基于数字仪表PID调节器设计的控制系统.所以第二套方案实施更为简单方便，控制精度更高，所组成的系统也更加可靠.由于两套设计方案的控制系统及控制规律一致，故在本设计中主要介绍了第一套方案。
关键词:电阻炉；PID;单回路控制系统Design and Realize Temperature Control System of Resistance FurnaceAbstractTemperature is one of common and the most basic parameters in the industrial production. General physical and chemical changes have a close relationship with temperature， as a result，generally speaking，it is necessary to detect and monitor temperature during production。
Type resistance furnace of laboratory is such a temperature object that has a bigger pure lagging and a temperature constant, the design chooses a PID adjustment principle。
基于大林算法的电阻炉温度控制系统的设计
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1 绪论 (1)1.1 论文选题背景与意义 (2)1.2 炉温控制的发展与进步 (3)2退火电阻炉的结构以及系统介绍 (4)2.1退火电阻炉结构介绍 (4)2.2系统建模 (5)3 控制算法 (7)3.1 大林算法 (7)3.2参数确定 (10)3.3大林算法的途径 (10)4硬件核心电路部分 (11)4.1模块的选择与设计 (12)4.1.1输入模块的选择与设计 (12)4.1.2输出模块的设计 (13)4.2系统的抗干扰设计 (14)5 PID算法对比研究 (15)6 控制算法仿真设计 (16)6.1 PID系统仿真 (17)6.2大林算法系统仿真 (20)6.3大林算法与PID算法对比仿真 (21)7扰动状态下的系统性能分析 (22)结论 (24)参考文献 (23)致谢 (24)摘要电阻炉对于冶金化工等工业领域应用十分广泛，对于我国的工业生产以及科学研究意义重大，而温度的控制对于电阻炉而言是其核心的关键技术。
对于电阻炉的温度控制的精度来说，温度过高或者过低以及不稳定都会对产品生产的质量产生严重的影响，并且也并不利于产品生产的效率，工业上电阻炉的系统是一个纯滞后控制环节，其特点是纯滞后、大惯性以及非线性，使用传统控制方法会使而且多参数进行整定也很难达到我们想要的预期效果，而采用大林算法这一直接的数字设计法来进行对电阻炉的温度控制系统进行控制，使整个闭环系统的传递函数相当于一个延迟环节加上一个惯性环节串联以便实现工业上对于温度的精确要求。
关键词：大林算法；电阻炉；自动控制AbstractResistance furnaces are widespread used in industrial spheres such as metallurgical and chemical engineering. They are of great significance for industrial production and scientific research in China, and temperature control is the core technology of resistance furnaces. For the accuracy of temperature control of resistance furnace, too high or too low temperature and instability will have a serious impact on the quality of product production, and also not conducive to the efficiency of product production. For the industrial resistance furnace, the control system is a pure lag control, which is characterized by pure hysteresis, large inertia and nonlinearity. The control method will make the overshoot amount relatively large, the control precision is low, and the adjustment time is long, and it is difficult to guarantee the conditions for processing and production of the product. In the actual production life, people's expectation for the control system is that there is no overshoot or overshoot, especially in the control system with hysteresis. The scheme using the ordinary follower system is definitely not feasible. Use PID. The control method is also not suitable.In the temperature control, the traditional approaches uses the PID method of calculation to dominate, but in the case of the temperature control system of Electric Resistance Furnaces with larger residual Properties, the PID Control has a less trends and static control., and Multi-parameter tuning is also difficult to achieve the desired effect, and the direct digital design method of Dalinalgorithm is used to control the temperature control system of the resistance furnace, so that the transfer function of the whole closed-loop system is equivalent to a delay link. In addition, a series of inertia links are used in order to achieve industrial precise temperature requirements.Keywords:Dalin algorithm; resistance furnace; automatic control1 绪论1.1 论文选题背景与意义本文所论述的使用电阻的加热炉并不是锅炉而是工业炉，锅炉并不属于一般的高温工业炉,锅炉是通过对物料进行处理在能量守恒的条件下对能量进行转换，以便于达到人们使用的要求，比方说锅炉可用于供热供暖装置，煤经过高温变化为热能，而电阻炉是为了达到处理物料或者工作器件从而利用其他的能源来直接加热物料或者工作器件[1]。
基于大林算法的电加热炉温度控制系统设计论文
合肥学院自动化专业计算机控制技术课程设计报告Hefei University基于大林算法的电加热炉温度控制系统设计课程名称计算机控制技术课程设计班级10级自动化1班日期2013/06/202010级自动化专业《计算机控制技术》课程设计任务书任务分工：针对本次设计课题，我们明确了各自的分工，顾胜池主要负责软件程序的编写、连接和调试，黄安福主要负责各个模块硬件的仿真和调试和部分模块程序的编写，柴文峰负责报告的整理。
摘要电加热炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。
其控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。
采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。
常规的温度控制方法以设定温度为临界点，超出设定允许范围即进行温度调控：低于设定值就加热，反之就停止或降温。
这种方法实现简单、成本低，但控制效果不理想，控制温度精度不高、容易引起震荡，达到稳定点的时间也长，因此，只能用在精度要求不高的场合。
电加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。
电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。
其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。
当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制效果。
本设计采用大林算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制。
关键词：单片机；A/D、D/A；达林算法；传感器；炉温控制目录一、绪论 (5)1.1系统设计背景 (5)1.2技术综述 (5)二、系统总体设计 (5)2、1系统概述 (5)2、2系统的结构框图 (5)三、硬件设计 (7)3、1微处理器80C51 (7)3、2温度传感器 (8)3、3驱动电路 (9)3、4键盘模块 (9)3、5LED显示模块 (10)四、软件设计 (11)4、1系统软件设计 (11)4、2大林算法的系统设计 (11)4、3程序控制流程图 (13)五、调试运行 (14)六、课程设计总结 (15)参考文献 (17)附录一系统原理图 (18)附录二程序 (18)一、绪论1.1系统设计背景近年来，加热炉温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，冶金﹑机械﹑食品﹑化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉﹑热处理炉﹑反应炉，对工件的处理均需要对温度进行控制。
电阻炉的温度控制系统设计(课程设计)之欧阳歌谷创编
电阻炉的温度控制系统设计欧阳歌谷（2021.02.01）摘要电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展。
电阻加热炉是典型的工业过程控制对象。
其温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性等特点，且其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。
温度是工业对象中主要的被控参数之一。
尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。
由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。
但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。
但对于电阻加热炉来说，当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数。
而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID的控制方案很难达到理想的控制效果。
为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化，等等。
因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。
在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。
关键词：恒温；热处理；控温系统Design for Temperature Control System of Resistance FurnaceAbstractThe resistance furnace in metallurgical industry is widely application, its temperature parameters in the production process of automatic control system with single-chip microcomputer control technology in the field of industrial silicon, the popularization and application in high precision, high stability, high intelligent direction. Resistance furnace is typical of industrial process control object. The temperature control with temperature mono-direction and large inertia, the lag and time-varying characteristics, such as temperature, heat preservation and heat resistance wire depend on environment, cooling is natural cooling.Temperature is the main objects of accused of parameters. Especially in metallurgy, chemical, machinery, widely used in various industries of heating furnace, heat treatment furnace, reactors. Because of the different kinds of heating method is adopted, and the fuel is not identical also, such as coal gas, natural gas etc. But control system dynamic characteristics of itself, all belong to a first-order lagging pure, in the same basic control algorithm, PID control or other pure lag compensation algorithm. But for resistance furnace, when the temperature once overshoot cannot use control means that the cooling,so it is difficult to use mathematical method to establish precise model and parameters. While the traditional PID control is an established in classical control theory, the control strategy based on its design depend on mathematical model of the controlled objects, so this kind of control for furnace adopts the traditional PID control object to achieve the ideal control scheme.In order to guarantee the normal production process, improve product safely quantity and quality and to reduce the labor intensity, energy saving, with all kinds of electric heating requirements under certain conditions, not with remains constant voltage fluctuations or furnace changes, or some objects according to the technical requirement of electric furnace temperature or a designated in accordance with the law and heat changes, etc.Therefore, in industrial and agricultural production and scientific experiments to constantly measuring temperature will not only, and to control System. In the resistance furnace temperature control system design, should try to consider how to effectively avoid distractions and USES a better control scheme, select the appropriate chip and control algorithm is necessary to the design with a single-chip microcomputer temperature control system of resistance furnace.Keywords: temperature；Heat treatment；Temperature control system目录摘要 (1)Abstract (2)一、总体方案设计 (4)1、设计内容及要求 (4)2、工艺要求 (4)3、要求实现的系统基本功能 (5)4、对象分析 (5)5、系统功能设计 (5)二、硬件的设计和实现 (5)1、计算机机型 (5)2、设计支持计算机工作的外围电路 (5)3、设计输入输出通道 (8)4、元器件的选择 (10)三、数字控制器的设计 (7)1、控制算法 (10)2、计算过程 (11)四、软件设计 (12)1、系统程序流程图 (12)2、程序清单 (15)五、完整的系统电路图 (27)六、系统调试 (27)七、设计总结 (27)八、参考文献 (27)附录 (28)一、总体方案设计设计任务：用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，并使系统达到工艺要求的性能指标。
基于大林算法的电阻炉(一阶系统)温度控制
摘要介绍了将达林算法用于电阻炉温度的计算机控制系统中的结构、原理。
阐述了大林算法作为一种直接数字设计法，适用于被控对象为滞后的系统。
电阻炉作为工业炉窑中的一种常用加热设备被广泛应用于工业生产中。
对电阻炉温度控制精确与否将直接影响到产品的质量和生产效率。
电阻炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，开关炉门、加热材料、环境温度以及电网电压等都影响控制过程，传统的电阻炉控制系统大多建立在一定的模型基础上，难以保证加热工艺要求。
本文将PID控制算法引入到传统的电阻炉控制系统中，借此提高其控制效果。
设计一个控制精度高、运行稳定的电阻炉温度控制系统是很有必要的。
仿真结果表明，该算法优于常规PID算法，是一种较好的控制算法。
关键词：炉温控制、PID算法、大林算法AbstractThe paper introduces Dahlin Algorithm used in resistance furnace’s temperature computer control system. Dahlin Algorithm is a direct digital design method, it adapts to the plant with delay. Resistance furnace was widely used in industrial production, the effect of the temperature control of Resistance furnace has a direct impact on product quality and productivity. Therefore, the design of a high-precision control and stable operation of the resistance furnace temperature control system has a high application value. Simulations show this method is better than ordinary PID algorithm, it is a good control method.Key words: furnace’s temperature; Dahlin Algorithm; PID control;目录第1章绪论 (1)1.1 电阻炉的简介 (1)1.2 电阻炉温度控制研究的目的及意义 (2)1.3 电阻炉温度控制系统的研究状况 (2)1.3.1 国际发展现状 (3)1.3.2 国内发展现状 (3)1.4本论文的设计任务 (3)第2章控制系统分析 (5)2.1 被控对象分析 (5)2.1.1 纯滞后介绍 (5)2.1.2 控制器分析 (5)2.2 PID算法 (6)2.2.1 数字PID控制器 (7)2.2.2 数字PID的参数整定 (8)2.3大林算法 (9)第3章控制系统的设计与仿真 (12)3.1 PID控制器控制下的系统仿真 (12)3.2 大林控制算法下的系统仿真 (15)3.3 大林控制算法和PID控制器的比较 (16)第4章振铃现象及扰动分析 (18)4.1 振铃现象 (18)4.2 扰动下的系统性能分析 (18)第5章课程设计心得 (19)参考文献 (20)第1章绪论1.1 电阻炉的简介我们所讲的普通电阻加热炉属于工业炉，而非是锅炉，常见的锅炉不属于此类高温工业炉范畴，锅炉属于能源转化设备，例如：采暖锅炉是将煤转化为热能。
电阻炉的温度控制系统设计(课程设计)之欧阳语创编
电阻炉的温度控制系统设计摘要电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展。
电阻加热炉是典型的工业过程控制对象。
其温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性等特点，且其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。
温度是工业对象中主要的被控参数之一。
尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。
由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。
但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。
但对于电阻加热炉来说，当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数。
而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID的控制方案很难达到理想的控制效果。
为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化，等等。
因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。
在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。
关键词：恒温；热处理；控温系统Design for Temperature Control System of ResistanceFurnaceAbstractThe resistance furnace in metallurgical industry is widely application, its temperature parameters in the production process of automatic control system with single-chip microcomputer control technology in thefield of industrial silicon, the popularization and application in high precision, high stability, high intelligent direction. Resistance furnace is typical of industrial process control object. The temperature control with temperature mono-direction and large inertia, the lag and time-varying characteristics, such as temperature, heat preservation and heat resistance wire depend on environment, cooling is natural cooling.Temperature is the main objects of accused of parameters. Especially in metallurgy, chemical, machinery, widely used in various industries of heating furnace, heat treatment furnace, reactors. Because of the different kinds of heating method is adopted, and the fuel is not identical also, such as coal gas, natural gas etc. But control system dynamic characteristics of itself, all belong to a first-order lagging pure, in the same basic control algorithm, PID control or other pure lag compensation algorithm. But for resistance furnace, when the temperature once overshoot cannot use control means that the cooling,so it is difficult to use mathematical method to establish precise model and parameters. While the traditional PID control is an established in classical control theory, the control strategy based on its design depend on mathematical model of the controlled objects, so this kind of control for furnace adopts the traditional PID control object to achieve the ideal control scheme.In order to guarantee the normal production process, improve product safely quantity and quality and to reduce the labor intensity, energy saving, with all kinds of electric heating requirements under certain conditions, not with remains constant voltage fluctuations or furnace changes, or some objects according to the technical requirement of electric furnace temperature or a designated in accordance with the law and heat changes, etc.Therefore, in industrial and agricultural production and scientific experiments to constantly measuring temperature will not only, and to control System. In the resistance furnace temperature controlsystem design, should try to consider how to effectively avoid distractions and USES a better control scheme, select the appropriate chip and control algorithm is necessary to the design with a single-chip microcomputer temperature control system of resistance furnace.Keywords: temperature；Heat treatment；Temperature control system目录摘要 (1)Abstract (2)一、总体方案设计 (4)1、设计内容及要求 (4)2、工艺要求 (4)3、要求实现的系统基本功能 (5)4、对象分析 (5)5、系统功能设计 (5)二、硬件的设计和实现……………………………………（5）1、计算机机型 (5)2、设计支持计算机工作的外围电路 (5)3、设计输入输出通道 (8)4、元器件的选择 (10)三、数字控制器的设计 (7)1、控制算法 (10)2、计算过程 (11)四、软件设计 (12)1、系统程序流程图 (12)2、程序清单 (15)五、完整的系统电路图 (27)六、系统调试 (27)七、设计总结 (27)八、参考文献 (27)附录 (28)一、总体方案设计设计任务：用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，并使系统达到工艺要求的性能指标。
电阻炉的温度控制系统设计(课程设计)之欧阳地创编
电阻炉的温度控制系统设计摘要电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展。
电阻加热炉是典型的工业过程控制对象。
其温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性等特点，且其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。
温度是工业对象中主要的被控参数之一。
尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。
由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。
但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。
但对于电阻加热炉来说，当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数。
而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID的控制方案很难达到理想的控制效果。
为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化，等等。
因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。
在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。
关键词：恒温；热处理；控温系统Design for Temperature Control System ofResistance FurnaceAbstractThe resistance furnace in metallurgical industry is widely application, its temperature parameters in the production process of automatic control system with single-chip microcomputer control technology in the field of industrial silicon, the popularization and application in high precision, high stability, high intelligent direction. Resistance furnace is typical of industrial process control object. Thetemperature control with temperature mono-direction and large inertia, the lag and time-varying characteristics, such as temperature, heat preservation and heat resistance wire depend on environment, cooling is natural cooling.Temperature is the main objects of accused of parameters. Especially in metallurgy, chemical, machinery, widely used in various industries of heating furnace, heat treatment furnace, reactors. Because of the different kinds of heating method is adopted, and the fuel is not identical also, such as coal gas, natural gas etc. But control system dynamic characteristics of itself, all belong to a first-order lagging pure, in the same basic control algorithm, PID control or other pure lag compensation algorithm. But for resistance furnace, when the temperature once overshoot cannot use control means that the cooling, so it is difficult to use mathematical method to establish precise model and parameters. While the traditional PID control is an established in classical control theory, the control strategy based on its design depend on mathematical model of the controlled objects, so this kind of control for furnace adopts the traditional PID control object to achieve the ideal control scheme.In order to guarantee the normal production process, improve product safely quantity and quality and to reduce the labor intensity, energy saving, with all kinds of electric heating requirements under certain conditions, not with remains constant voltage fluctuations or furnace changes, or some objects according to the technical requirement of electric furnace temperature or a designated in accordance with the law and heat changes, etc.Therefore, in industrial and agricultural production and scientific experiments to constantly measuring temperature will not only, and to control System. In the resistance furnace temperature control system design, should try to consider how to effectively avoid distractions and USES a better control scheme, select the appropriate chip and control algorithm is necessary to the design with a single-chip microcomputer temperature control system of resistance furnace.Keywords: temperature；Heat treatment；Temperature control system目录摘要 (1)Abstract (2)一、总体方案设计 (4)1、设计内容及要求 (4)2、工艺要求 (4)3、要求实现的系统基本功能 (5)4、对象分析 (5)5、系统功能设计 (5)二、硬件的设计和实现 (5)1、计算机机型 (5)2、设计支持计算机工作的外围电路 (5)3、设计输入输出通道 (8)4、元器件的选择 (10)三、数字控制器的设计 (7)1、控制算法 (10)2、计算过程 (11)四、软件设计 (12)1、系统程序流程图 (12)2、程序清单 (15)五、完整的系统电路图 (27)六、系统调试 (27)七、设计总结 (27)八、参考文献 (27)附录 (28)一、总体方案设计设计任务：用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，并使系统达到工艺要求的性能指标。
电阻炉的温度控制系统设计(课程设计)之欧阳文创编
电阻炉的温度控制系统设计摘要电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展。
电阻加热炉是典型的工业过程控制对象。
其温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性等特点，且其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。
温度是工业对象中主要的被控参数之一。
尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。
由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。
但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。
但对于电阻加热炉来说，当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数。
而传统PID 控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID的控制方案很难达到理想的控制效果。
为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化，等等。
因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。
在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。
关键词：恒温；热处理；控温系统Design for Temperature Control System of ResistanceFurnaceAbstractThe resistance furnace in metallurgical industry is widely application, its temperature parameters in the production process of automatic control system with single-chip microcomputer control technology in the field of industrial silicon, the popularization and application in high precision, high stability, high intelligent direction. Resistance furnace is typical of industrial process control object. The temperature control with temperature mono-direction and large inertia, the lag and time-varying characteristics, such as temperature, heat preservation and heat resistance wire depend onenvironment, cooling is natural cooling.Temperature is the main objects of accused of parameters. Especially in metallurgy, chemical, machinery, widely used in various industries of heating furnace, heat treatment furnace, reactors. Because of the different kinds of heating method is adopted, and the fuel is not identical also, such as coal gas, natural gas etc. But control system dynamic characteristics of itself, all belong to a first-order lagging pure, in the same basic control algorithm, PID control or other pure lag compensation algorithm. But for resistance furnace, when the temperature once overshoot cannot use control means that the cooling, so it is difficult to use mathematical method to establish precise model and parameters. While the traditional PID control is an established in classical control theory, the control strategy based on its design depend on mathematical model of the controlled objects, so this kind of control for furnace adopts the traditional PID control object to achieve the ideal control scheme.In order to guarantee the normal production process, improve product safely quantity and quality and to reduce the labor intensity, energy saving, with all kinds of electric heating requirements under certain conditions, not with remains constant voltage fluctuations or furnace changes, or someobjects according to the technical requirement of electric furnace temperature or a designated in accordance with the law and heat changes, etc.Therefore, in industrial and agricultural production and scientific experiments to constantly measuring temperature will not only, and to control System. In the resistance furnace temperature control system design, should try to consider how to effectively avoid distractions and USES a better control scheme, select the appropriate chip and control algorithm is necessary to the design with a single-chip microcomputer temperature control system of resistance furnace.Keywords: temperature；Heat treatment；Temperature control system目录摘要 (1)Abstract (2)一、总体方案设计 (4)1、设计内容及要求 (4)2、工艺要求 (4)3、要求实现的系统基本功能 (5)4、对象分析 (5)5、系统功能设计 (5)二、硬件的设计和实现 (5)1、计算机机型 (5)2、设计支持计算机工作的外围电路 (5)3、设计输入输出通道 (8)4、元器件的选择 (10)三、数字控制器的设计 (7)1、控制算法 (10)2、计算过程 (11)四、软件设计 (12)1、系统程序流程图 (12)2、程序清单 (15)五、完整的系统电路图 (27)六、系统调试 (27)七、设计总结 (27)八、参考文献 (27)附录 (28)一、总体方案设计设计任务：用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，并使系统达到工艺要求的性能指标。
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1 绪论 (1)1.1 论文选题背景与意义 (2)1.2 炉温控制的发展与进步 (3)2退火电阻炉的结构以及系统介绍 (4)2.1退火电阻炉结构介绍 (4)2.2系统建模 (5)3 控制算法 (7)3.1 大林算法 (7)3.2参数确定 (10)3.3大林算法的途径 (10)4硬件核心电路部分 (11)4.1模块的选择与设计 (12)4.1.1输入模块的选择与设计 (12)4.1.2输出模块的设计 (13)4.2系统的抗干扰设计 (14)5 PID算法对比研究 (15)6 控制算法仿真设计 (16)6.1 PID系统仿真 (17)6.2大林算法系统仿真 (20)6.3大林算法与PID算法对比仿真 (21)7扰动状态下的系统性能分析 (22)结论 (24)参考文献 (23)致谢 (24)摘要电阻炉对于冶金化工等工业领域应用十分广泛，对于我国的工业生产以及科学研究意义重大，而温度的控制对于电阻炉而言是其核心的关键技术。
对于电阻炉的温度控制的精度来说，温度过高或者过低以及不稳定都会对产品生产的质量产生严重的影响，并且也并不利于产品生产的效率，工业上电阻炉的系统是一个纯滞后控制环节，其特点是纯滞后、大惯性以及非线性，使用传统控制方法会使而且多参数进行整定也很难达到我们想要的预期效果，而采用大林算法这一直接的数字设计法来进行对电阻炉的温度控制系统进行控制，使整个闭环系统的传递函数相当于一个延迟环节加上一个惯性环节串联以便实现工业上对于温度的精确要求。
关键词：大林算法；电阻炉；自动控制AbstractResistance furnaces are widespread used in industrial spheres such as metallurgical and chemical engineering. They are of great significance for industrial production and scientific research in China, and temperature control is the core technology of resistance furnaces. For the accuracy of temperature control of resistance furnace, too high or too low temperature and instability will have a serious impact on the quality of product production, and also not conducive to the efficiency of product production. For the industrial resistance furnace, the control system is a pure lag control, which is characterized by pure hysteresis, large inertia and nonlinearity. The control method will make the overshoot amount relatively large, the control precision is low, and the adjustment time is long, and it is difficult to guarantee the conditions for processing and production of the product. In the actual production life, people's expectation for the control system is that there is no overshoot or overshoot, especially in the control system with hysteresis. The scheme using the ordinary follower system is definitely not feasible. Use PID. The control method is also not suitable.In the temperature control, the traditional approaches uses the PID method of calculation to dominate, but in the case of the temperature control system of Electric Resistance Furnaces with larger residual Properties, the PID Control has a less trends and static control., and Multi-parameter tuning is also difficult to achieve the desired effect, and the direct digital design method of Dalinalgorithm is used to control the temperature control system of the resistance furnace, so that the transfer function of the whole closed-loop system is equivalent to a delay link. In addition, a series of inertia links are used in order to achieve industrial precise temperature requirements.Keywords:Dalin algorithm; resistance furnace; automatic control1 绪论1.1 论文选题背景与意义本文所论述的使用电阻的加热炉并不是锅炉而是工业炉，锅炉并不属于一般的高温工业炉,锅炉是通过对物料进行处理在能量守恒的条件下对能量进行转换，以便于达到人们使用的要求，比方说锅炉可用于供热供暖装置，煤经过高温变化为热能，而电阻炉是为了达到处理物料或者工作器件从而利用其他的能源来直接加热物料或者工作器件[1]。
例如，为了提高机器部件性能的热处理炉，需要焊接特殊部分的铅焊炉，粉末冶金部件用烧结炉等等。
我们一般称上述所提到的炉子为工业炉，按供给方式分类，我们可以把工业炉分成两类一种是用电阻加热的工业炉，第二种是用燃料加热的工业炉，而需要获取温度较高的设备，我们一般称其为高温炉，通常在高温炉中使用的能源大部分都是电力能源。
我当前不断恶化的环境来考虑，限制二氧化碳的排放，是我们目前的共识，因此对于使用燃气的工业炉前景不容乐观。
所以我们提到的高温炉一般是指更加适用的电阻加热炉。
本论文将选取电阻炉其中一种退火电阻炉进行研究，根据研究传统的煤气罩式退火电阻炉的设计并不太合理，目前老式的煤气罩式退火电阻炉，采用的控制系统是继电器输出模式，这种模式较为落后，而且安全隐患较多，并且容易造成大量的资源上的浪费，煤气灶式退火电阻炉控制炉温一般根据现场的仪表或者是操作工进行手动调节，导致炉温上下波动剧烈，严重影响了退火质量，所以决定进行改造。
退火是为了能够加工金属，先提升炉内温度使得金属温度升高，当检测到金属达到需要的温度后停止加热保持温度，再在慢慢冷却下来，这一般用来加工钢材，是加工钢材的一种关键的工艺[2]，这样可以降低钢材的硬度，稳定尺寸，这种前期工艺对于后续的产品质量和产量具有巨大的影响，这种方法一般用来加工钢材，是加工钢材的一种关键的工艺，这种前期工艺对于后续的产品质量和产量具有巨大的影响。
从上世纪60年代，计算机开始进入工业领域之后，国际上先进工业大国便开始对电阻炉进行计算机优化控制研究，并且将各种智能的控制方法运用于温度控制当中，广泛并且深入的从设备以及自动控制理论两方面进行实施，均取得了较大的成就，有效地提高产能，减少资源浪费，并且在环保方面做出了巨大的贡献，目前国内外对于温度控制系统的设计，还是围绕着大系统多回路，复杂算法研究，本文将建立退火电阻炉的动态数学模型，并结合大林算法来达到所要求的工艺要求，实现MATLAB系统仿真。
1.2 炉温控制的发展与进步工业电阻炉在冶金化工等工业领域运用普遍，而电阻炉的关键是温度控制，因此对于温度控制的研究在工业制造方面至关重要,同时为科学研究提供了坚实的基础，本文的温度控制系统是一阶惯性环节,该环节具有单向升温性、大滞后、大惯性等特性，这样的系统并不利于现代化工业企业快速生产的需求，也阻碍着工业自动化的发展进程，影响产量和质量，并且工业对于这样的系统对超调量要求较高，希望其数值尽可能的小最好没有，调节时间尽可能缩短，如果使用传统的控制方式调节势必会造成超调较大、调节时间较长、控制精度偏低。
把期望的温度作为临界点进行调节是传统的温度控制方法主要手段，即当检测出温度超出临界点的误差范围时进行启动温度调节，如果温度低于临界值就用电阻丝加热来升高温度,如果温度过高就停止加热自然冷却或者进行降温。
传统的温度调节方法虽然使用简便、工业成本较低，但对于温度的控制效果往往达不到预期效果,控制温度的准确度偏低、调节时间长而且调节结果容易引发震荡[3]，这决定了传统方法只能应用于对于调节结果要求精度不高并且成本较低的场合。
对于电阻炉的温度控制很难建立精准的数学模型进行调控和确定其参数，而传统方法理论不能达到理想要求的标准。
PID控制对于温度控制而言是我们常用的控制手段。
但是对退火电阻炉这种有着纯滞后，大惯性的特殊控制系统而言，同时要照顾动态以及静态两方面的性能PID控制系统很难做到，在多参数同时整定的情况下并非最佳控制方法。
在1968年Dahllin在工作时研究了一种专门针对工业领域中对于此类特殊的系统的一种控制算法，也就是大林算法，使用这种算法便可以极大缩小超调量甚至做到无超调，同时降低了稳态误差。