基于PID的温度控制系统设计
基于PID控制器的温度控制系统设计
基于PID控制器的温度控制系统设计随着现代工业的快速发展，各种自动控制系统也得到了广泛应用。
其中，基于PID控制器的温度控制系统设计广泛应用于化工、制药、冶金等行业。
本文将从基本原理入手，详细论述基于PID控制器的温度控制系统设计。
一、PID控制器的原理PID控制器是一种经典的控制器，它采用比例、积分、微分三个控制量的组合，通过对控制量不同比例的组合，实现对被控对象的精确控制。
具体来说，PID控制器将被控对象的当前状态与期望的目标状态进行比较，计算出误差值，然后对误差值进行P、I、D三个控制量的加权计算，得到控制输出值，通过执行控制动作，使被控对象达到期望的目标状态。
其中，比例控制P以被控对象的当前状态与期望目标状态之间的误差值为输入，按比例放大输出控制信号，其控制效果主要针对误差量的大小。
积分控制I主要是针对误差值的积累程度，在误差值持续存在的情况下逐渐加大控制输出的幅度，使被控对象逐渐趋近期望的目标状态。
微分控制D主要是针对误差值的变化速度，当偏差值增加或减小的速率较快时，将适当增大或减小控制输出量的幅度，以加快误差的消除速度。
综上所述，PID控制器的优点在于能够快速消除误差，避免超调和欠调，稳定性强，且对于被控对象的性质要求不高。
因此，PID控制器成为了温度控制系统设计的主要控制器之一。
二、温度传感器的选取温度控制系统的核心是温度控制器，其中最关键的部分是温度传感器。
良好的温度传感器应具有温度响应时间短、测量范围广、精度高等特点。
其中最常用的温度传感器是热电偶和热电阻。
热电偶是一种基于热电效应的温度测量传感器，它是利用不同材料所产生的热电动势的差别测量温度。
热电偶具有灵敏度高、阻抗小、动态响应快等特点，但受到热电对、交流电干扰等因素影响较大，测量过程中容易出现漂移现象。
热电阻是一种利用金属或半导体的电阻随温度变化的特性测量温度的传感器。
热电阻具有较高的精度、长期稳定性好的特点，但响应迟缓，对于超出其量程的高温不可用。
计算机课程设计--基于某数字 PID 的电加热炉温度控制系统设计
计算机控制技术课程设计任务书题目：基于数字 PID 的电加热炉温度控制系统设计设计内容电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时问内将炉内温度稳定到给定的温度值。
在木控制对象电阻加热炉功率为 8Kw ，由 220V 交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。
本设计针对一个温区进行温度控制，要求控制温度范困 50-350 ℃ ，保温阶段温度控制精度为土 l ℃ ．选择和合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。
其对象温控数学模型为：1)(+=-s T e K s G d sd τ 其中：时间常数T d = 350 秒放大系数 K d = 50滞后时间T d = 10 秒控制算法选用PID 控制。
设计步骤一、总体方案设计二、控制系统的建模和数字控制器设计三、硬件的设计和实现1、选择计算机机型（采用51内核的单片机）；2、 设计支持计算机工作的外围电路（ EPROM , RAM 、I/O 端口 、键盘、显示接口电路等）3、设计输入信号接口电路；4、设计D/A 转换和电流驱动接口电路；5、其它相关电路的设计或方案（电源、通信等）四、软件设计1、分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块框图；2编写A/D 转换和温度检测子程序枢图；3、编写控制程序和 D/A 转换控制子程序模块粗图；4、其它程序模块（显示与键盘等处理程序）枢图。
五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（ A3 幅面）。
课程设计说明书要求1 ．课程设计说明书应书写认真．字迹工稚，论文格式参考国家正式出版的书籍和论文编排。
2 ．论理正确、逻辑性强、文理通顾、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点。
3 ．课程设计说明书应有目录、摘要、序言、主干内容（按章节编写）、主要结论和参考书，附录应有系统方枢图和电路原理图。
4 ．课程设计说明书应包括按上述设计步骤进行设计的分析和思考内容和引用的相关知识．摘要单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
基于单片机PID算法的电加热炉温度控制系统设计
基于单片机 PID算法的电加热炉温度控制系统设计摘要：电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，时变性，纯滞后等特点，其控温过程存在非线性波动等问题。
本文采用AT89C51单片机基于PID算法设计了一种电加热温度控制系统。
仿真实验表明，本系统能够有效提高电加热炉温度控制的鲁棒性，符合新形势下对炉温调控的实际需求。
关键词：电加热炉；温度控制；单片机；PID算法1引言电加热炉在冶金、化工、机械等领域具备广泛的用途，但是它是一个多时变、存在物理耦合、本质非线性的复杂系统，传统的基于滞后反馈的控制律无法平衡炉温检测与炉温调控之间的时间同步关系，容易造成整个加热炉炉温调控系统的温度非线性波动、间歇性振荡，引起炉温调控器的参数变化。
因此提高电加热炉的温度控制水平，是当今工业控制技术的主要研究方向之一。
常规控制方法难以实现较高的控制精度和响应速度。
相比之下，经典的增量PID控制算法，无需针对控制对象建立数学模型，便可实现较发复杂系统的精确控制。
本文基于PID算法，提出设计了一套电加炉控制方法，核心控制芯片采用AT89C51系列单片机，具备数据采集、调控、显示、报警等多项功能，实现了对温控系统的设计和模拟仿真，能有效改善电加热炉温度控制系统的性能。
2总体方案设计本系统采用以AT89C51单片机为核心的温度控制系统，通过温度传感器PT100采样实时温度，并通过变送器将温度最终转换为电压信号通过A/D转换器0808将其转换为数字信号，送入单片机与给定值进行比较，运用PID算法得出控制结果，送显示并进行控制（图1）。
图1 系统总体设计方案图2.1系统硬件选择单片机是指将微处理器、存储器和输入/输出接口电路集成在一块集成电路芯版上的单片微型计算机。
单片机主要应用于工业控制领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。
它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点。
单片机是微型计算机的一个重要分支，特别适合用于智能控制系统。
基于模糊PID的温度控制系统的设计与仿真
将模糊控制理论和 PID 控制系统结合起来，能够提
高 控 制 系 统 的 性 能 ，来 适 应 各 种 工 业 环 境 。 为 此 ，
设 计 了 一 种 模 糊 PID 控 制 系 统 ，以 炉 温 控ห้องสมุดไป่ตู้制 为 例 ，
应 用 模 糊 推 理 的 方 法 实 现 了 PID 参 数 的 自 适 应 调
（1）
Ts + 1
其中，K 为被控对象的静态增益；T 为系统的时
基金项目：河南省教育厅项目（17A413009）
作者简介：宋 璐（1984—），女，陕西咸阳人，硕士，讲师。研究方向：大学物理和电子教学以及实验。
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《电子设计工程》2020 年第 21 期
K p = K p′ +{e,e c}K p = K p′ + ΔK p
systems of traditional PID and fuzzy PID are established based on Simulink respectively. The simulation
results show that compared with traditional PID， Fuzzy PID has obvious advantages in control
以炉温控制为例进行对象模型的建立，为适应不
以 适 应 不 同 的 场 合 [1-5] 。 而 模 糊 控 制 具 有 智 能 化 的
同的工作环境，炉温需要进行动态的调整并进行精确
特 点 ，能 够 根 据 被 控 对 象 特 性 的 变 化 来 调 整 参 数 ，
地控制。根据实验结果或文献可知，由于温度传感
糊 PID 在控制性能上具有明显的优越性，具有无静差无超调，抗干扰能力强和鲁棒性好等特点。
基于PID的温度控制系统设计
基于PID的温度控制系统设计PID（比例-积分-微分）控制系统是一种常见的温度控制方法。
它通过测量实际温度和设定温度之间的差异，并相应调整加热器或冷却器的输出来控制温度。
在本文中，将介绍PID控制系统的基本原理、设计步骤和实施细节，以实现一个基于PID的温度控制系统。
一、基本原理PID控制系统是一种反馈控制系统，其核心思想是将实际温度值与设定温度值进行比较，并根据差异进行调整。
PID控制器由三个部分组成：比例控制器（P），积分控制器（I）和微分控制器（D）。
比例控制器（P）：根据实际温度与设定温度之间的差异，产生一个与该差异成正比的输出量。
比例控制器的作用是与误差成正比，以减小温度偏差。
积分控制器（I）：积分控制器是一个与误差积分成比例的系统。
它通过将误差累加起来来减小持续存在的静态误差。
积分控制器的作用是消除稳态误差，对于不稳定的温度系统非常有效。
微分控制器（D）：微分控制器根据温度变化速率对输出进行调整。
它通过计算误差的变化率来预测未来的误差，并相应地调整控制器的输出。
微分控制器的作用是使温度系统更加稳定，减小温度变化速率。
二、设计步骤1.系统建模：根据实际温度控制系统的特点建立数学模型。
这可以通过使用控制理论或系统辨识技术来完成。
将得到的模型表示为一个差分方程，包含输入（控制输入）和输出（测量温度）。
2.参数调整：PID控制器有三个参数：比例增益（Kp）、积分时间（Ti）和微分时间（Td）。
通过试验和调整，找到最佳的参数组合，以使系统能够快速稳定地响应温度变化。
3.控制算法：根据系统模型和参数，计算控制器的输出。
控制器的输出应是一个与实际温度偏差有关的控制信号，通过改变加热器或冷却器的输入来调整温度。
4.硬件实施：将控制算法实施到硬件平台上。
这可以通过使用微控制器或其他可编程控制器来实现。
将传感器（用于测量实际温度）和执行器（用于控制加热器或冷却器）与控制器连接起来。
5.调试和测试：在实际应用中，进行系统调试和测试。
基于PID调节的锅炉温度串级控制系统设计
Ｋ ｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ． Ｐ Ｉ Ｄ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ． ｃ ａ ｓ ｃ ａ ｄ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｐ ｕ ｙ ｔ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｓ
ｂａｎ ｃ ｅ ｉ ｎ ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏｌ ｐｒ ｏ ｃｅ ｓ ｓ ． ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅｍ ｃａ ｎ ｗｏｒ ｋ ｉ ｎ ａ ｓ ｔ ａｂ ｌ ｅ ｓ ｔ ａｔ ｅ． ｉ ｍ ｐｒ ｏｖ ｅ ｔ ｈｅ ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｐｒ ｅｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ， ａｔ ｔ ｈｅ ｓ ａ ｍｅ ｔ ｉ ｍｅ ．
ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｆ ｌ ｏ ｗ ｒ ａ ｔ ｅ ａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｎ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｒ ｍｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｓ ｃ ａ ｄ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｓ ｅ ｔ ｕ ｐ 。 ｂ ｙ
《 工业控制计算机） ２ ０ １ ６年第 ２ ９卷第 １ ２期
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基于PID算法的温度控制系统设计
基于PID算法的温度控制系统设计随着科技的不断发展，温度控制系统得到了广泛的应用。
无论是工业制造还是家庭生活，都会用到温度控制系统。
在这个系统中，PID算法是最常用的控制算法之一。
本文将介绍基于PID算法的温度控制系统的设计。
一、系统概述温度控制系统可以用于控制温度控制在一定范围内。
该系统包括一个温度传感器、一个控制器、一个执行器和一个热源。
其中，温度传感器用于将温度信号转换成电信号，控制器用于处理电信号，执行器用于控制热源加热或停止加热。
在温度控制系统中，PID算法是控制器中使用的一种算法。
二、PID算法原理PID控制算法分别根据偏差、积分错误和微分错误来控制系统。
PID算法控制器包括控制模块、时间模块、输出模块、PID模块和作用模块。
该算法可以通过增大或减少控制器的输出来控制系统的状态，以便实现温度控制。
模型中包含比例项、积分项和微分项。
控制器采用增益因子对其中的每一个部分进行调整，以便更好地控制系统。
三、系统设计在设计基于PID算法的温度控制系统时，需要首先将传感器连接到控制器。
控制器可以收集从温度传感器中收集的温度信号并将其转换成电信号。
然后，该信号将被发送到PID算法控制器，该控制器可以使用PID算法来计算输出信号。
输出信号可以通过执行器来控制加热或停止加热的热源，从而实现温度控制。
四、系统的优点基于PID算法的温度控制系统可以实现更准确和更稳定的温度控制。
相对于其他控制算法来说，该算法具有更优秀的响应特性和更敏感的响应速度。
此外，该算法可以进行现场校准，更容易进行二次开发。
五、系统的应用基于PID算法的温度控制系统广泛应用于各个领域。
在工业制造领域，该系统可以用于控制各种设备和工具的温度，以保证生产质量。
在医疗领域，该系统可以用于监控体温，并确保患者在治疗过程中保持稳定的体温。
此外，在家庭生活中，基于PID算法的温度控制系统可以帮助人们更好地控制室内温度，从而提高生活舒适度。
总之，基于PID算法的温度控制系统可以广泛应用于各种领域。
基于PID算法的温室内温湿度智能控制系统
技术Special TechnologyI G I T C W 专题74DIGITCW2020.080 引言PID 算法是一种采样控制算法，通过对控制量的计算得出准确可行的计算机控制语言，由于该算法具有计算结果进准度高，计算过程中不需要建立数学模型，应用起来简单快捷，被广泛应用到各个领域中。
温室内温湿度智能控制系统可用于农作物生长环境的实时监测，根据控制算法的设置，为温室制造出最适合农作物生长的温湿度环境。
传统温室内温湿度控制系统由于控制精准度低、控制不稳定等问题，已无法满足植物养殖的需求[1]。
所以运用PID 算法设计温室内温湿度智能控制系统，提高系统对温室温湿度控制的精准度。
1 温室内温湿度智能控制系统设计1.1 系统硬件设计系统的硬件结构设计由微处理器、传感器以及电源电路等设备构成。
微处理器是系统的控制板块，同时也是系统的核心部分，该设备是负责执行系统的控制指令[2]。
为了保证系统对温室温湿度智能高效控制功能，此次选用14位SLZ 系列单片机SLZ2016-558微处理器，该设备采用先进的PPC 结构，绝大多数系统控制指令可以在15秒钟内完成，具有较高的运行速度，该设备具有内外多种中断工作模式，有利于系统中断程序的设计和低电压检测功能的实现[3]。
由于该微处理器具有低功耗特点，增加了系统的工作时间，在设备安装时，设备工作电压要控制在2.6~4.3V 范围内，保证微处理器平稳顺利运行。
硬件设计上选用了温度和湿度两种传感器。
在温室内外各安装一套温湿度传感器，并将传感器的传输方式设置为模拟量传输，其具体性能指标设置为：温度传感器型号为TL-W ，测量范围0~60℃，输出为Rs600，误差为0.01；湿度传感器型号为TL-N ，测量范围0~95%RH ，输出为Rs500，误差为0.01。
为了保证电源电压稳定，系统在运行时一般采用4.5V 电压供电，并且分别在系统输入端口和输出端口安装经线性稳压电源LMIII9GT-3.0V 和LMIII9GT-1.5V ，将系统的供电电压降低到3.0V 和1.5V 。
基于PID算法的恒温控制系统设计
基于PID算法的恒温控制系统设计一、引言恒温控制系统是指通过对温度进行实时监测和反馈调节，使得系统内的温度能够稳定在设定的目标温度上。
PID控制是一种常用的控制策略，它将比例控制、积分控制和微分控制三种控制方式相结合，能够快速、精确地调节系统的动态响应和稳定性。
本文将介绍基于PID算法的恒温控制系统的设计流程和关键技术。
二、系统设计1.系统结构PID控制系统由传感器、控制器和执行器三部分组成。
传感器负责实时监测系统内的温度值，并将监测结果反馈给控制器。
控制器根据温度的反馈值与设定的目标温度之间的差异，通过比例、积分和微分三个环节，计算出控制信号，并将控制信号发送给执行器。
执行器根据控制信号的大小，调节加热或制冷设备的功率，以使系统的温度稳定在设定的目标温度上。
2.PID算法PID控制算法使用控制器计算出的控制信号uc，其计算公式如下所示：uc = Kp * e + Ki * ∫e + Kd * △e/dt其中，uc为控制信号，Kp、Ki和Kd分别为比例、积分和微分环节的增益系数，e为设定目标温度与反馈温度的差值，∫e为差值的积分值，△e/dt为差值的微分值。
通过调节这三个环节的增益系数，可以实现对温度控制系统的动态响应和稳定性的调节。
3.系统实现系统实现的关键技术包括传感器的选择与接口设计、控制器的算法实现、执行器的选择和驱动电路设计等。
传感器应具有高精度、快速响应和稳定性好的特性，能够实时监测温度值并将监测结果传递给控制器。
控制器应具有高计算性能和稳定性，能够准确计算出控制信号。
执行器应根据控制信号的大小调节加热或制冷设备的功率，以使系统温度稳定在目标温度上。
三、系统优化为进一步提高恒温控制系统的性能，可以通过以下几个方面进行优化。
1.增益系数的选择根据实际系统的特性，通过试验和调整，优化比例、积分和微分环节的增益系数。
比例增益系数的增加可以提高系统的响应速度，但也容易引起系统的振荡；积分增益系数的增加可以减小系统的稳态误差，但也会增加系统的超调量和调节时间；微分增益系数的增加可以改善系统的过渡过程，但也容易引起系统的噪声干扰。
基于PID的温度控制系统设计
基于PID的温度控制系统设计PID（Proportional-Integral-Derivative）是一种常见的控制算法，被广泛应用于各种工业自动化系统中，其中包括温度控制系统。
本文将基于PID算法设计一个温度控制系统。
1.温度控制系统概述温度控制系统是一种典型的反馈控制系统，用于维持系统的温度在预定范围内。
温度传感器将感测到的温度信号反馈给控制器，控制器根据反馈信号与设定的温度进行比较，并根据PID算法计算出控制信号，通过执行器（例如加热器或冷却器）改变环境温度，以使温度保持在设定值附近。
2.PID控制算法原理2.1 比例控制（Proportional Control）比例控制根据设定值与反馈值之间的偏差大小来调整控制信号。
偏差越大，控制信号的改变越大。
比例控制能够快速减小偏差，但无法消除稳态误差。
2.2 积分控制（Integral Control）积分控制通过累积偏差来调整控制信号。
积分控制可以消除稳态误差，但过大的积分参数会引起控制系统的不稳定。
2.3 微分控制（Derivative Control）微分控制根据偏差的变化率来调整控制信号。
微分控制可以快速响应温度的变化，但不适用于快速变化的温度。
3.PID控制器设计PID控制器的输出可以表示为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)为控制器的输出，Kp、Ki、Kd为比例、积分和微分增益，e(t)为温度的偏差，即设定值与反馈值之差，de(t)/dt为温度偏差的变化率。
3.1比例增益的选择比例增益决定了系统对偏差的响应速度。
如果比例增益太大，系统会产生超调现象；如果比例增益太小，系统的响应速度会变慢。
因此，在实际应用中需要通过试验来选择合适的比例增益。
3.2积分时间的选择积分时间决定了系统对稳态误差的补偿能力。
如果积分时间太大，系统对稳态误差的补偿能力会增强，但会导致系统的响应速度变慢，甚至产生振荡现象；如果积分时间太小，系统对稳态误差的补偿能力会减弱。
基于PID算法的水温控制系统设计报告
基于PID的水温控制系统设计摘要本次设计采用proteus仿真软件，以AT89C51单片机做为主控单元，运用PID控制算法，仿真实现了一个恒温控制系统。
设计中使用温度传感器DS18B20采集实时温度，不需要复杂的信号调理电路和A/D转换电路，能直接与单片机完成数据的采集和处理，使用PID算法控制加热炉仿真模型进行温度控制，总体实现了一个恒温控制仿真系统。
系统设计中包含硬件设计和软件设计两部分，硬件设计包含显示模块、按键模块、温度采集模块、温度加热模块。
软件设计的部分，采用分层模块化设计，主要有：键盘扫描、按键处理程序、液晶显示程序、继电器控制程序、温度信号处理程序。
另外以AT89C51 单片机为控制核心，利用PID 控制算法提高了水温的控制精度，使用PID 控制算法实施自动控制系统，具有控制参数精度高、反映速度快和稳定性好的特点。
关键词：proteus仿真，PID，AT89C51，DS18B20温度控制目录1 系统总体设计方案论证 (1)1.1 设计要求 (1)1.2 总体设计方案 (2)2 系统的硬件设计 (3)2.1 系统硬件构成概述 (3)2.2 各单元总体说明 (4)2.3 按键单元 (5)2.4 LCD液晶显示单元 (6)2.5 温度测试单元 (7)2.6 温度控制器件单元 (8)3 恒温控制算法研究（PID）............................................................................. 错误!未定义书签。
3.1 PID控制器的设计 (10)3.2 PID算法的流程实现方法与具体程序 (12)4 系统的软件设计 (17)4.1 统软件设计概述 (17)4.2 系统软件程序流程及程序流程图 (18)4.3 温度数据显示模块分析 (19)4.4 测试分析 (22)5 模拟仿真结果 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。
基于PID算法的温度控制系统软件设计
基于PID算法的温度控制系统软件设计引言电加热炉是典型工业过程控制对象，其温度控制具有升温单向性，大惯性，纯滞后，时变性等特点，很难用数学方法建立精确的模型和确定参数。
而PID控制因其成熟，容易实现，并具有可消除稳态误差的优点，在大多数情况下可以满足系统性能要求，但其性能取决于参数的整定情况。
且快速性和超调量之间存在矛盾，使其不一定满足快速升温、超调小的技术要求。
模糊控制在快速性和保持较小的超调量方面有着自身的优势，但其理论并不完善，算法复杂，控制过程会存在稳态误差。
将模糊控制算法引入传统的加热炉控制系统构成智能模糊控制系统，利用模糊控制规则自适应在线修改PID参数，构成模糊自整定：PID控制系统，借此提高其控制效果。
基于PID控制算法，以ADuC845单片机为主体，构成一个能处理较复杂数据和控制功能的智能控制器，使其既可作为独立的单片机控制系统，又可与微机配合构成两级控制系统。
该控制器控制精度高，具有较高的灵活性和可靠性。
2温度控制系统硬件设计该系统设计的硬件设计主要由单片机主控、前向通道、后向通道、人机接口和接口扩展等模块组成，如图l所示。
由图1可见，以内含C52兼容单片机的ADuC845为控制核心．配有640KB的非易失RAM数据存储器、外扩键盘输人、320x240点阵的图形液晶显示器进行汉字、图形、曲线和数据显示，超温报警装置等外围电路;预留微型打印机接口，可以现场打印输出结果;预留RS232接口，能和PC机联机，将现场检测的数据传输至PC机来进一步处理、显示、打印和存档。
电阻炉的温度先由热电偶温度传感器检测并转换成微弱的电压信号，温度变送器将此弱信号进行非线性校正及电压放大后，由单片机内部A／D转换器将其转换成数字量。
此数字量经数字滤波、误差校正、标度变换、线性拟合、查表等处理后。
一方面将炉窑温度经人机面板上的LCD显示：另一方面将该温度值与被控制值（由键盘输入的设定温度值）比较，根据其偏差值的大小，提供给控制算法进行运算，最后输出移相控制脉冲，放大后触发可控硅导通（即控制电阻炉平均功率）。
基于PID控制算法的温度控制系统设计与优化
基于PID控制算法的温度控制系统设计与优化随着科技的发展和人们生活水平的提高，温度控制系统在各个领域得到了广泛应用。
PID控制算法是一种常用的控制算法，具有简单、稳定和可靠的特点。
本文将以基于PID控制算法的温度控制系统设计与优化为主题，详细介绍如何设计和优化一个基于PID控制算法的温度控制系统。
首先，我们需要了解PID控制算法的基本原理和结构。
PID控制算法是根据当前误差、误差的变化率和误差的积分来计算控制器的输出值。
PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
比例部分根据当前误差来计算输出值，积分部分根据误差累计值来计算输出值，微分部分根据误差变化率来计算输出值。
PID控制算法通过不断调节这三个部分的权重来实现温度的精确控制。
在设计温度控制系统时，首先需要选择合适的传感器来感知环境温度。
常见的温度传感器有热电偶、热电阻和红外线温度传感器等。
选择合适的传感器可以提高温度测量的精度和可靠性。
接下来，需要选择合适的执行机构来控制温度。
常见的执行机构有加热器和制冷器。
加热器可以增加温度，制冷器可以降低温度。
根据实际需求选择合适的执行机构，并采用PID控制算法控制执行机构的输出。
在温度控制系统的设计中，需要根据实际需求设定温度控制的目标值和控制范围。
目标值是系统希望达到的温度值，控制范围是允许的温度波动范围。
设置合适的目标值和控制范围可以使系统运行稳定，并且在控制过程中不会出现过大的温度波动。
在设计温度控制系统时，还需要根据系统的特征进行参数调节。
PID控制算法的参数包括比例增益、积分时间和微分时间。
比例增益决定了控制器对误差的敏感程度，积分时间决定了控制器对误差积累的敏感程度，微分时间决定了控制器对误差变化率的敏感程度。
通过合理调节PID控制算法的参数，可以提高系统的响应速度和稳定性。
在实际应用中，温度控制系统可能受到外部环境的影响。
例如，温度控制系统可能受到气温变化、风速变化和湿度变化等因素的影响。
基于PID控制算法的温度控制系统的设计与仿真
摘要本设计是一种温度控制系统，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、促进科技进步等具有重要的现实意义。
PID控制法最为常见，控制输出采用PWM波触发可控硅来控制加热通断。
使系统具有较高的测量精度和控制精度。
单片机控制部分采用AT89S51单片机为核心，采用Keil 软件进行编程，同时采用分块的模式，对整个系统的硬件设计进行分析，分别给出了系统的总体框图、温度检测调理电路、A/D转换接口电路，按键输入电路以及显示电路，并对相应电路进行相关的阐述软件采用PID算法进行了建模和编程，在Proteus环境中进行了仿真。
关键词：PID;单片机；温度控制；Keil；ProteusAbstractThis design is a kind of temperature control system,The temperature control in industrial production and scientific research is of great significance.Belongs to pure first-order lag link, the control system has the characteristics of big inertia, pure lag and nonlinear, the traditional control overshoot and adjustment time is long, low control precision.By single chip microcomputer temperature control, has simple circuit design, high accuracy and good control effect, to improve the production efficiency, promote the progress of science and technology has important practical significance.PID control is the most common, the control output PWM wave triggering thyristor is used to control the heating on and off.Make the system has high accuracy of measurement and control precision.Single-chip microcomputer control part adopts single chip microcomputer A T89S51 as the core,Using Keil software programming,Using block pattern at the same time, analyzes the hardware design of the whole system, respectively, of the overall system block diagram is given, the temperature detection circuit, A/D conversion interface circuit, key input circuit and display circuit, and the corresponding circuit are related in this paper, the software, the PID algorithm is used for modeling and programming in the Proteus simulation environment.Key words:PID；Single chip microcomputer；The temperature control；Keil；Proteus目录1绪论 (1)2设计方案 (2)3系统硬件仿真电路 (3)3.1 温度测量调理电路 (3)3.2 A/D转换电路 (4)3.3 按键输入电路 (5)3.4 数码管显示电路 (6)3.5 温度控制电路 (7)4程序设计 (9)4.1 程序整体设计 (9)4.2 子程序设计 (1111)4.3源程序设计 (119)5软件调试与运行结果 (41)结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)1绪论现代工业生产过程中，用于热处理的加热炉，需要消耗大量的电能，而且温度控制是纯滞后的一阶大惯性环节。
基于PID控制算法的温度控制系统的设计与仿真
基于PID控制算法的温度控制系统的设计与仿真一、介绍温度控制是很多工业自动化系统中常见的任务之一、PID控制算法是目前最常用的控制算法之一，具有简单、稳定和高效的特点。
本文将以基于PID控制算法的温度控制系统为例，介绍其设计与仿真。
二、PID控制算法简介PID控制算法是一种经典的反馈控制算法，它根据当前系统的误差，计算出最佳的控制输出，以使系统的输出稳定在期望值附近。
PID控制算法由三个部分组成：比例（P）、积分（I）和微分（D）。
比例部分根据当前误差的大小调整输出控制量，积分部分通过累积误差来调整输出控制量，微分部分根据误差变化率调整输出控制量。
PID控制算法的输出控制量是由三个部分叠加而成。
1.系统模型的建立在设计温度控制系统之前，首先需要建立系统的数学模型。
以一个加热器控制系统为例，假设该系统的输入为加热功率，输出为温度。
2.控制器的设计根据系统模型，设计PID控制器。
首先调试比例参数P，使得系统的温度能够在误差范围内稳定下来；然后调试积分参数I，以减小系统的稳态误差；最后调试微分参数D，以提高系统的响应速度。
3.仿真实验在仿真软件中进行温度控制系统的仿真实验。
首先输入一个初始温度值，观察系统的响应；然后根据设定的期望温度，实时调整控制器的输出，观察系统的稳定状态。
4.结果分析根据仿真实验的结果，分析系统的稳态误差和响应速度。
根据实际需求和性能要求，调整控制器的参数，使得系统能够更好地满足要求。
四、结论本文以基于PID控制算法的温度控制系统为例，介绍了温度控制系统的设计与仿真过程。
通过调试PID控制器的参数，可以使系统的温度稳定在期望值附近，并且具有较好的稳态误差和响应速度。
PID控制算法在温度控制系统中有广泛的应用前景，但是需要根据具体的系统要求和性能要求进行参数调整和优化。
未来可以进一步研究温度控制系统的自适应PID控制算法，以提高控制系统的性能和鲁棒性。
基于PID算法温度控制系统设计
基于PID算法温度控制系统设计作者：杨伟浩来源：《数字技术与应用》2019年第05期摘要：本文采用NTC热敏电阻温度采集，STC15F2K60S2单片机为主控芯片，以PID为核心算法、PWM控制方式控制半导体制冷片，实现恒温的温度控制系统。
硬件主要分为电源压降电路、温度采集电路、温控电路等三大部分。
关键词：PID算法;PWM;温度控制中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）05-0016-020 绪论目前PID控制的理论研究和工程实践非常广泛，有三种比较常见的PID控制算法，分别是：位置式算法、增量式算法和积分分离算法。
本设计采用积分分离算法，要求温度可以设置在15℃到80℃之间，控制精度±0.5℃。
1 系统的硬件架构设计1.1 电源压降电路本系统电源电路采用TI公司的升降压开关稳压器MC33063芯片，它具有宽电压3V至40V输入，可调输出电压1.25V至40V，输出开关电流最高达到1.5A。
根据MC33063芯片手册Vout=1.25*（1+（R2/R1）），将R1=1.2K，R2=3.6K，可得出Vout=5V。
1.2 温度采集电路温度采集电路是采用U.S.Sensor公司生产的热敏电阻KS103J2做为温度传感器PT4，与电阻R74串联构成一个分压电阻电路，分压电阻的计算公式为Uo=（PT4/（R74+PT4））/Ui。
输出电压Uo通过LMP2012A放大信号作用，将电压放大了3倍，其放大倍数是由R73跟R67决定的，等同于公式（R73+R67）/R73=3，然后由ADS8325进行16位AD转换得到电压Vad，此时Uo=（5*Vad）/（65535*3），设R74=75K，Ui=5V，将Uo、R74、Ui代入分压电阻计算公式，可得出热敏电阻PT4此时的阻值，然后进行查表，可得出此时的温度，如图1所示。
1.3 温控电路温控电路如图2所示。
基于PID控制的温度控制系统
摘要随着控制理论和电子技术的发展，工业控制器的适应能力增强和高度智能化正逐步成为现实。
其中以单片机为核心实现的数字控制器因其体积小、成本低、功能强、简便易行而得到广泛应用。
PID温度控制器作为一种重要的控制设备，在化工、食品等诸多工业生产过程中得到了广泛的应用。
本文主要讨论在过程控制中得到广泛应用的数字PID控制在单片机温度控制系统中的应用。
本文详细阐述了基于PID控制的温度控制系统的硬件组成、软件设计及相关的接口电路设计。
并且充分考虑了系统的可靠性，采取了相应的措施予以保证。
针对控制对象的特点，在系统辨识的基础上对系统的控制算法进行了仿真研究，并在单片机系统中实现了控制算法。
最后针对温控系统进行了实验，通过对实验数据的分析表明本文所述的基于PID控制的温度控制系统的设计的合理性和有效性。
关键词:单片机,温度控制,数字PID控制AbstractWith the improvement of control theory and electric technology, the intelligent control for industry has been accomplishing. The digital controller based on Microcontroller has been applied widely, as its cabinet cubage, low-cost, abundant function, simple and convenient. PID temperature controller, as an important control device, has been widely used in producing chemical products, foods and many other fields. The paper mainly introduces the application of the digital PID control algorithm, which, at present, is popularly used in digital control system, in Microcontroller temperature control system.The hardware and software of the temperature control system and the design of relevant interface circuit are described in this paper. The reliability of the system is specially considered, and a series of measures are realized. According to the difficulty to control of the system, methods of system control are analyzed based on the system identification, and realized the control algorithm in the Microcontroller system. The experiment data shows that the design of temperature control system based on Microcontroller is availability and rationality.Key words: Microcontroller, Temperature Control System, digital PID control目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 温度测控技术的发展与现状 (1)1.2.1 定值开关控温法 (2)1.2.2 PID线性控温法 (2)1.2.3智能温度控制法 (3)1.3 系统总体设计方案 (3)1.3.1 系统性能要求及特点 (3)1.3.2 系统硬件方案分析 (4)1.3.3 系统软件方案分析 (5)1.4 本文主要工作及章节安排 (6)1.4.1 本文主要工作 (6)1.4.2 本文结构安排 (6)第二章系统硬件设计 (7)2.1 系统硬件总体结构 (7)2.2 主控模块器件选型及设计 (7)2.2.1 单片机的选用 (7)2.2.2 单片机介绍 (8)2.2.3 主控模块设计 (9)2.3 输入通道设计 (10)2.3.1 Pt100温度传感器 (10)2.3.2 A/D转换 (12)2.4 输出通道设计 (14)2.4.1 温控箱的功率调节方式 (14)2.4.2 可控硅输出电路 (15)2.5 键盘电路设计 (17)2.6 显示电路设计 (18)2.7 保护电路设计 (19)2.8 硬件抗干扰措施 (20)第三章系统软件设计 (21)3.1 软件设计思想 (21)3.2 软件组成 (22)3.3 主程序模块 (22)3.4 数据采集模块 (23)3.5 数据处理模块 (24)3.5.1 数字滤波 (24)3.5.2 显示处理 (26)3.6 软件抗干扰措施 (26)第四章系统控制方案 (27)4.1 PID控制 (27)4.1.1 PID控制的发展 (27)4.1.2 PID控制理论 (27)4.1.3 PID控制算法 (28)4.2 温控箱数学模型的确定 (29)4.2.1 温控箱特性分析 (31)4.2.2 温控箱数学模型的辨识 (31)4.3 PID控制参数整定 (33)4.4 MATLAB仿真 (33)第五章结论 (35)5.1 总结 (35)5.2 展望 (35)参考文献 (37)致谢 (38)附录A (39)附录B (42)附录C (43)附录D (45)插图清单图2.1 硬件总体结构框图 (7)图2.2 AT89C52单片机DIP封装的引脚 (9)图2.3 复位电路和时钟电路 (9)图2.4 铂电阻温度传感器采样电路 (10)图2.5 AD7705引脚图 (13)图2.6 A/D转换电路 (14)图2.7 相位控制调功电压波形 (14)图2.8 通断控制调功电压波形 (15)图2.9 交流SSR工作原理框图 (16)图2.10 可控硅输出电路 (17)图2.11 键盘电路 (18)图2.12 显示电路 (19)图2.13 保护电路 (19)图3.1 前后台系统 (22)图3.2 主程序流程图 (23)图3.3 数据采集模块程序流程图 (23)图3.4 A/D转换程序流程图 (23)图3.5 去极值平均滤波程序流程图 (25)图4.1 PID控制系统原理框图 (27)图4.2 增量式PID控制算法程序流程图 (29)图4.3 通断时间比为10%的响应曲线 (32)图4.4 通断时间比为30%的响应曲线 (32)图4.5 PID控制仿真的Simulink框图 (33)图4.6 阶跃信号曲线 (34)图4.7 阶跃、误差响应曲线 (34)第一章绪论1.1 概述温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热程度。
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（2014届）毕业设计题 目： 基于PID的温度控制系统设计 学 院： ******** 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气*** 学 号： ********** 姓 名： 某某某 指导教师： 某某某 教 务 处 制 年 月 日诚信声明我声明，所呈交的论文是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得＿＿＿＿＿＿或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
我承诺，论文中的所有内容均真实、可信。
论文作者签名：签名日期：年月日授权声明学校有权保留送论文交的原件，允许论文被查阅和借阅，学校可以公布论文的全部或部分内容，可以影印、缩印或其他复制手段保存论文，学校必须严格按照授权对论文进行处理，不得超越授权对论文进行任意处置。
论文作者签名：签名日期：年月日基于PID的温度控制系统设计摘要温度是工业上最基本的参数，与人们的生活紧密相关，实时测量温度在工业生产中越来越受到重视，离不开温度测量所带来的好处，因此研究控制和测量温度具有及其重要的意义。
本设计介绍了以AT89C52单片机为主控器件，基于PID的温度控制系统的设计方案和设计的基本原理。
由DS18B20收集温度信号，并以数字信号的方式送给单片机进行处理，从而达到温度控制的目标。
主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计。
硬件电路由主控器件、温测电路、温控电路和显示电路等组成。
软件设计部分包括：显示电路、温度信号处理，超温警报、继电器控制、按键处理等程序。
关键词：温度检测，温度控制，PID算法Design of Temperature Control System Based on PIDAbstractTemperature is the most basic parameters of industrial and closely related with people's lives, real-time measurement of temperature in industrial production and more attention, which is inseparable from the benefits of the temperature measurement, temperature control and measurement study therefore has its significance.This design introduces the basic principles to AT89C52 microcontroller-based controller pieces temperature control system design and design. Collected by the DS18B20 temperature signal, and digital signal sent by way of the microcontroller for processing, so as to achieve the target temperature control. Including the design of hardware circuit design and system programs. Hardware circuit includes a master device, the temperature measuring circuit, temperature control circuit and display circuit. Software design, including: display electrical, temperature, signal processing, over-temperature alarm, relay control, key handling procedures.Keywords: temperature detection, temperature control, PID algorithm目录摘要 (III)Abstract (IV)1绪论 (1)1.1课题的来源 (1)1.2课题的意义 (1)1.3课题研究的主要内容 (1)2硬件设计 (3)2.1单片机控制模块的设计 (3)2.1.1 AT89C52单片机简介 (3)2.1.2 单片机的引脚功能 (4)2.1.3 单片机控制模块的电路设计 (5)2.1.4 电源设计 (6)2.2温度采集模块的设计 (7)2.2.1 DS18B20芯片的简介 (7)2.2.2 DS18B20的内部结构 (8)2.2.3 DS18B20的供电方式 (10)2.2.4 DS18B20的引脚功能 (10)2.3温度控制模块的设计 (11)2.4按键及显示模块的设计 (12)2.4.1 LCD1602的参数和引脚功能 (12)2.4.2 LCD1602的特点 (13)2.4.3 按键电路的设计 (13)2.5报警模块的设计 (14)3软件设计 (16)3.1主程序的设计 (16)3.2DS18B20读温度程序的设计 (16)3.3键盘扫描程序的设计 (17)3.4报警处理程序的设计 (18)3.5PID控制算法 (18)4系统仿真 (22)参考文献 (27)致谢 (28)附录 (29)嘉兴学院本科生毕业设计1绪论1.1课题的来源在食品加工、化工、冶炼等工业控制和生产中，在工业生产和日常生活中经常要用到温度检测和控制。
以及各种各样的加热炉、热处理器等，都对温度有着严格的要求。
传统的测温元件有热电偶和热电阻。
而热电偶和热电阻测出的通常是电压，再转换成相应的温度值，在硬件方面是个难点，而且从设计和调试的角度来讲都是很复杂的，以及高昂的制作成本。
但采用DS18B20作为温测元件，然后用单片机对温度进行控制，可以大幅度提高温度控制的技术指标，而且还具有控制方便、简单、灵活等特点。
单片机已经渗透到我们生活的各领域，仪表仪器、家用电器、航空航天、计算机通讯网络和数据的传输，包括工业自动化的实时控制和数据处理等，这些都离不开单片机。
用单片机可构成丰富多样的数据采集系统和控制系统。
像工厂流水线智能化的管理、电梯智能化的控制、多种报警系统，都可以与计算机联网构成二级控制系统等。
1.2课题的意义温度传感器是测量温度的关键，现在温度传感器正由模拟式向数字式、集成化向智能化、网络化的方向发展。
在测量温度的电路中，使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，将随被测温度变化的电压或电流采集过来，先进行A/D转换，然后用单片机进行数据的处理，再在显示电路上，将被测温度显示出来。
这种设计需要用到A/D转换电路，因此电路的设计比较复杂。
继而想到可以采用智能温度传感器来设计数字温度计。
本数字温度计的设计采用美国半导体公司DALLAS推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，其温度值可以直接被读出来，通过单片机AT89C52的读写和显示，然后用LCD1602来进行显示。
它的测温范围为－55℃～＋125℃，最大分辨率可达0.0625℃。
而且采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。
1.3课题研究的主要内容1、总体设计的内容总体设计的主要内容有：利用单片机作为系统的主控制器，利用DS18B20作为温度传感器，将信号送入单片机进行处理，经过PID算法后，单片机的输出用来控制加热棒的输出功率，从而实现对温度的控制。
基于PID的温度控制系统设计2、总体设计的基本要求总体布置的基本要求主要有：（1）温度控制系统的总体设计和思路；（2）各部分原理说明；（3）温度控制系统硬件设计，有理论依据，有分析计算过程，主要元件有原理和说明，所有元件必须要有型号和参数；（4）温度控制系统软件设计，可以使用汇编语言或C语言编程。
主要软件必须能在设计好的硬件电路上正确运行。
2硬件设计硬件设计方框图如图2-1所示，它主要由五个模块组成：1 单片机控制模块；2 温度采集模块；3 温度控制模块；4 按键及显示模块；5 报警模块。
2.1单片机控制模块的设计方案一：采用8031芯片，其内部没有程序存储器，需要进行外部扩展，这给电路增加了复杂度。
方案二：采用2051芯片，其内部有2KB单元的程序存储器，不需外部扩展程序存储器。
但由于系统用到较多的I/O口，因此此芯片资源不够用。
方案三：采用AT89C52单片机，其内部有4KB单元的程序存储器，不需外部扩展程序存储器，而且它的I/O口也足够本次设计的要求。
方案评价：比较这三种方案，综合考虑单片机的各部分资源，本次设计选用方案三。
2.1.1 AT89C52单片机简介AT89C52是ATMEL公司生产的51系列单片机。
片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，兼容51指令系统，Flash存储单元和8位中央处理器置于片内，AT89C52单片机功能强大，在许多复杂的应用场合都可以用到。
单片机是微型机的一个分支，单片机的最大特点就是在超大规模的集成电路芯片上集成了定时器、存储器、CPU、和多种输入/输出接口电路。
由于单片机的这种结构，相应的它具有很多的特点。
它的特点包括：(1)可靠性高；(2)抗干扰能力强；(3)控制能力强；(4)性价比高；(5)低电压；(6)能扩展了多种串行口。
2.1.2 单片机的引脚功能AT89C52单片机的引脚图如图2-2所示。
图2-2 AT89C52引脚图1 电源引脚VCC和VSSVCC（40引脚）：电源端，+5V。
VSS（20引脚）：接地端。
2 外接晶体引脚XTAL 2和XTAL 1XTAL 2（18引脚）：接微调电容和外部晶体的端口。
作为振荡电路的输出端。
XTAL 1（19引脚）：接微调电容和外部晶体的端口。
作为振荡电路的输入端。
3 控制信号引脚RST、ALE、PSEN、EARST（9引脚）：复位信号输入端，高电平有效。
完成复位操作，输入端必须为两机器周期（即为24个时钟振荡周期）的高电平。
ALE/PROG（30引脚）：地址锁存允许信号端。
当单片机上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器平率的1/6。
输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。
如果想确认单片机芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出。
若有脉冲信号输出，则单片机基本上是好的。
PSEN（29引脚）：程序存储允许输出信号端。