计算机控制课程设计 基于PID算法电加热炉温度控制系统设计
基于数字PID的电阻热炉温度控制系统设计
基于数字PID的电阻热炉温度控制系统设计【摘要】本文介绍了以AT89S52单片机为核心的温度控制器的设计,在该设计中采用热电偶温度传感器以及DWB温度变送器对电热锅炉的温度进行实时精确测量,送入8位的AD0809进行A\D转换,从而实现自动检测,实时显示及越限报警。
控制部分采用PID算法,实时更新PWM控制输出参数,通过AC-SSR电路实现了对炉温的高精度控制。
【关键词】炉温控制;PID控制;单片机1.系统设计方案的论证与比较根据题目要求,电热锅炉温度控制系统由核心处理模块、温度采集模块、键盘显示模块、及控制执行模块等组成。
方案一：采用8051作为控制核心,以使用最为普遍的器件ADC0808作模数转换,控制上使用对电阻丝加电使其升温和开动风扇使其降温。
此方案简易可行,器件的价格便宜,但8051内部没有程序存储器,需要扩展,增加了电路的复杂性,且ADC0808是8位的模数转换,不能满足本题目的精度要求。
方案二：采用比较流行的AT89S52作为电路的控制核心,使用8位的模数转换器AD0808进行数据转换,控制电路部分采用PWM通过AC-SSR实现锅炉温度的连续控制,此方案电路简单并且可以满足题目中的各项要求的精度。
综上分析,我们采用方案二。
系统总体框图如下。
2.硬件电路设计硬件系统主要由AT89S52单片机、温度采集、键盘显示电路等功能电路组成。
2.1主控单元AT89S52单片机为主控制单元。
AT89S52单片机首先根据炉温的给定值和测量值计算出温度偏差，然后进行PID控制并计算出相应的控制数据由P1．0口输出。
最后将P1．0口输出的控制数据送往光电耦合隔离器的输入端，利用PWM 脉冲调制技术调整占空比，达到使炉温控制在某一设定温度。
AT89S52单片机还负责按键处理、温度显示以及与上位机进行通信等工作。
4位高亮度LED用于显示设定温度或实测温度。
2.2温度采集温度采集电路主要由铂铑-铂热电偶LB-3构成。
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PID电加热炉温度控制系统设计
基于PID 电加热炉温度控制系统设计摘要 电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。
对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。
单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。
采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。
一、 绪论在本控制对象电阻加热炉功率为8可W ，由220V 交流电供电，采用双向可控硅进行控制。
本设计针对一个温度区进行温度控制，要求控制温度范围50~350C ，保温阶段温度控制精度为正负1度。
选择合适的传感器，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。
其对象问温控数学模型为：1)(+=-s T e K s G d s d τ 其中：时间常数Td=350秒，放大系数Kd=50，滞后时间τ=10秒，控制算法选用改PID 控制图1.1系统总体结构图二、控制系统的建模和数字控制器设计图2 PID 算法流程图数字PID 控制算法PID 控制器是通过计算机PID 控制算法程序实现的。
计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。
进入计算机的连续-时间信号,必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存贮器和寄存器，而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。
图2.1位置PID 控制算法简化示意图在数字计算机中，PID 控制规律的实现，也必须用数值逼近的方法。
当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差商代替微商，使PID 算法离散化，将描述连续时间PID 算法的微分方程，变为描述离散-时间PID 算法的差分方程。
∑⎰==k j i s j e T T d e T 0t 0)()(1ττ用矩形积分时，有)]1()([)(--=k e k e T T dt t de T S D d （1） 用差分代替微分00))]1()([)(()([)(u k e k e T T j e T T k e K k u S D k j i sp +--+++=∑= （2）由上式得01)]1()([)()()(u u k e k e K k e K k e K k D k j p +--++=∑= (3)式中 u 0——控制量的基值，即k=0时的控制；u(k)——第k 个采样时刻的控制；K P ——比例放大系数；K I ——积分放大系数；I S P I T T K K = S DP D T T K K = K D ——微分放大系数；T S ——采样周期。
计算机课程设计报告--基于数字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。
计算机控制技术课程设计报告基于PID算法的模拟温度闭环控制系统课程设计报告
一、控制对象：1.2.1 被控对象本次设计为软件仿真，通过PID算法控制系统在单位阶跃信号u(t)的激励下产生的零状态响应。
传递函数表达式为：1.2.2 设计规定规定系统可以快速响应，并且可以迅速达成盼望的输出值。
本次设计选用PID控制算法，PID控制器由比例控制单元P、积分控制单元I和微分控制单元D组成。
其输入与输出的关系为式中，为比例系数；为积分时间常数；为微分时间常数。
二、控制规定分析：设定目的温度，使温度呈单位阶跃形式在目的温度处趋于震荡稳定。
使系统可以在任意设定的目的温度下，从现有温度达成目的温度，并趋于稳定状态。
三、可行性分析:参考国内外的技术资料，可以通过计算机仿真技术实现该模拟温度闭环控制系统；运用C语言实现基于PID算法的模拟温度闭环控制系统。
四、总体设计：4.1控制系统组成控制系统框图如图1所示。
图1 控制系统框图4.2工作原理：在图1 所示系统中，D(z)为该系统的被控对象，零状态下，输入为单位阶跃信号R 的输出反馈给输入。
在参数给定值R的情况下，给定值R 与反馈值比较得到偏差，通过PID 调节器运算产生相应的控制量，PID 调节器的输出作为被控对象的输入信号，是输入的数值稳定在给定值R 。
4.3模拟PID 控制算法原理：在模拟系统中PID 算法的表达式为：式中，P(t)为调节器输出信号，e(t)为调节器偏差信号，它等于测量值与给定值之差；Kp 为调节器的比例系数，1/T1为调节器的积分时间， Td 为调节器的微分时间。
在计算机控制系统中，必须对上式进行离散化使其成为数字式的差分方程。
将积分式和微分项近似用求和及增量式表达。
即：PID 控制器 D(z) u 1(t) R + e(t) _ u(t)将上面两个式子代入第一式，得：由此式可以运用递推求出K-1次的PID输出表达式用K-1次的输出减去第K次的输出得：4.4系统设计流程图由此可以编制基于PID算法的C语言程序实现温度闭环控制系统。
计控 基于PID电加热炉温度控制系统设计
基于PID电加热炉温度控制系统设计摘要基于PID电加热炉温度控制系统以PID控制为核心，硬件方面包括电源部分、采样测量部分、驱动执行部分。
PID控制不仅适用于数学模型已知的控制系统中，而且对于大多数数学模型难以确定的工业过程也可应用，在众多工业过程控制中取得了满意的应用效果。
PID 控制又分为位置式PID 控制和增量式PID 控制，公式4 给出了控制量的全部大小，所以称之为全量式或者位置式控制；如果计算机只对相邻的两次作计算，只考虑在前一次基础上，计算机输出量的大小变化，而不是全部输出信息的计算，这种控制叫做增量式PID 控制算法。
控制系统的软件主要包括：采样、标度变换、控制计算、控制输出、中断、显示、报警、调节参数修改、温度设定及修改。
其中控制算法采用数字PID调节，应用增量型控制算法，并对积分项和微分项进行改进，以达到更好的控制效果。
关键字电机热炉；温度；PID1概述温度是工业对象中的很重要参数的之一。
广泛应用在冶金、化工、机械各类加热炉热、处理炉和反应炉等工业中。
电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。
对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。
PID（Proportional Integral Derivative）控制是控制工程中技术成熟、应用广泛的一种控制策略，经过长期的工程实践，已形成了一套完整的控制方法和典型的结构。
它不仅适用于数学模型已知的控制系统中，而且对于大多数数学模型难以确定的工业过程也可应用，在众多工业过程控制中取得了满意的应用效果。
在本控制对象电阻加热炉功率为800W，由220V交流电供电，采用双向可控硅进行控制。
本设计针对一个温度区进行温度控制，要求控制温度范围50~350℃，保温阶段温度控制1度。
课程设计(论文)-基于PLC的电加热炉温度控制系统设计
课程设计(论文)-基于PLC的电加热炉温度控制系统设计引言电加热炉在很多工业生产过程中都扮演着重要角色，而温度控制是电加热炉设计中一个至关重要的问题。
在传统控制方式中，人工干预方案过程复杂，效率较低，不利于生产效率和产品质量的提高。
本文将介绍基于PLC的电加热炉温度控制系统的设计思路、实现原理和结果。
一、设计思路本设计将采用PID控制算法，该算法具有高效、稳定、精度高等优点。
通过对电加热炉加热、冷却及温度等变量进行采样处理，并将PID控制器中的比例、积分、微分三个参数进行调节，使电加热炉的温度控制在预定温度范围内。
二、实现原理本设计所用的硬件设备主要包括PLC、温度传感器、电源、电加热炉及调节阀等。
其中，PLC负责对相关参数的采集与计算，并通过输出信号控制电加热炉内加热、冷却和温度调节。
具体实现步骤如下：1.系统启动后，PLC获取温度传感器采集到的温度值，并将该值与预定温度进行比较，如果温度低于预定温度，PLC将对电源输出信号，让电加热炉进行加热；否则，PLC关闭电加热炉，让炉内温度保持稳定。
2.为了防止温度超过预定值，PLC同时监控温度，当温度高于预定值时，PLC会输出信号关闭电加热炉并打开冷却阀，降低炉内温度。
3.PLC采用PID算法计算比例、积分、微分三个参数，通过对这三个参数的调节，控制电加热炉的加热和冷却过程。
当温度波动较大时，PID控制器会对加热、冷却速度进行调整，使系统实现温度稳定控制。
三、实验结果在实验中，我们将预定温度设置为400℃，测试结果表明：通过使用本文设计的基于PLC的电加热炉温度控制系统，可以让电加热炉的温度控制在预定温度范围内，而且精度高、控制稳定且效率高。
整个系统具有操作简单，实现成本低等优点，可以满足很多工业生产过程中对温度精确控制的需求。
结论本文通过对基于PLC的电加热炉温度控制系统的设计、实现、测试与分析，证明了该系统具有高效、精度高、稳定性强等多方面的优点。
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。
微型计算机控制技术课程设计__基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计 2
目录1总体方案设计1 1.1设计要求 4 1.2方案设计5 2数字控制器设计 6 3硬件设计与实现12 3.1微型计算机选择12 3.2温度采集模块17 3.3 LCD显示模块19 3.4键盘设定模块20 3.5控制电路模块213.6电源模块234 软件设计254.1主程序流程图25 4.3 DS18B20初始化流程图274.4 PID控制算法流程图275 结论29 参考文献30摘要温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。
由于加热过程、加热装置特殊结构等具体原因，使得过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果，而应用数字PID控制算法能得到较好的控制效果。
本文主要阐述了一种改进型的加热炉对象及其工艺流程，采用了单片机控制装置设计了控制系统，使加热炉的恒温及点火实现了自动控制，从而使加热炉实现了全自动化的控制。
此种加热炉可广泛应用于铝厂、钢厂等金属冶炼、金属加工行业以及化工行业。
此设计以工业中的电加热炉为原型，以实验室中的电加热炉为实际的被控对象，采用PID控制算法对其温度进行控制。
提出了一种适合电加热炉对象特点的控制算法，并以微控制器AT89C51为核心，组成电加热炉自适应控制系统，其控制精度，可靠性，稳定性指标均远高于常规仪表组成的系统。
关键字：AT89C51微处理器；数字PID；自适应控制系统；可靠性AbstractTemperature is a very common process industry thermal parameters, process control its control is also a focus. Because of the specific reasons for the heating process, the special structure of the heating device, making the process objects often have large delay, nonlinear, difficult to establish accurate mathematical model, etc., using traditional PID control strategy to control it, it is difficult to achieve the desired control effect, The application of digital PID control algorithm can get better control effect.This paper describes an improved furnace objects and processes, using a single-chip controller designed control system that allows the furnace to achieve a thermostat and automatic ignition control, allowing the furnace to achieve a fully automated control. Such furnaces can be widely used in aluminum, steel and other metal smelting, metal processing industry and chemical industry.This design industry as a prototype electric furnace, electric furnace in the laboratory to the actual controlled object, using PID control algorithm to control the temperature. Propose a suitable electric furnace object characteristics control algorithms and AT89C51 microcontroller as the core, consisting of electric furnace adaptive control system, the control precision, reliability, stability indicators are much higher than conventional instruments consisting of systems.Keywords:AT89C51 microprocessor; digital PID; adaptive control systems; reliability1总体方案设计温度控制是工业生产中经常碰到的过程控制问题之一。
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）。
基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计
基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计」、总体设计方案 (1)1.1 系统结构 (1)1.2具体设计考虑 (1)【、控制系统的建模和数字控制器设计 (2)2.1PID控制算法 (2)2.2 数字PID的实现 (3)三、硬件的设计和实现 (5)3.1 选择计算机机型一8031 温度控制电路 (5)3.2 设计支持计算机工作的外围电路 (5)3.3转换电路 (6)3.4 信号处理电路 (6)3.5 主电路 (7)四、软件设计 (8)4.1 系统资源 (8)4.2编写A/D转换和位置检测子程序框图 (9)4.3编写控制程序和D/A转换控制子程序模块框图 (10)五、软件说明以及电路图 (11)六、参考文献 (12)基于数字PID 的电加热炉温度控制系统设计一、总体方案设计根据功能和指标要求，本系统可以从元件级开始设计，选用 MCS-51单片机 为主控机。
通过扩展必要的外围接口电路，实现对温度的测量和控制。
1.1系统结构该系统以89C51单片机为核心，由温度测量变换、测量放大、大功率运放、 A/D 与D/A 转换器、输入光电隔离、驱动电路、键盘显示、存储器共同组成。
在系统中，温度和时间的设置、温度值及误差显示、控制参数得设置、运行、 暂停及 复位等功能由键盘及显示电路完成。
1-1单片机温度控制系统方案原理示意图传感器把测量的烘箱温度信号转换成弱电压信号，经过信号放大电路，送入低通滤波电路，以消除噪音和干扰，滤波后的信号输入到 A/D 转换器（ADC0809） 转换成数字信号输入主机（单片机 8031）。
1.2具体设计考虑1 、由于温度测量范围为0? 120° C,控制精度也不高，可选用8路8位ADC0809 作A/D 转换器，分辨率可达0.5 ° C;为了方便操作，系统可不扩展专用键盘，温 度 给定输入可用2位BCD 码拨盘开关置数；温度显示可用4位LED;为了实现通 过调节 蒸汽流量控温，可扩展8位DAC0832作D/A 转换器。
PID电加热炉温度控制系统课程设计..
基于PID 电加热炉温度控制系统设计1概述电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。
对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。
单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。
采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。
在本控制对象电阻加热炉功率为800W ，由220V 交流电供电，采用双向可控硅进行控制。
本设计针对一个温度区进行温度控制，要求控制温度范围50~350C ，保温阶段温度控制精度为正负1度。
选择合适的传感器，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。
其对象问温控数学模型为：1)(+=-s T e K s G d sd τ 其中：时间常数Td=350秒放大系数Kd=50滞后时间τ=10秒控制算法选用改PID 控制2系统硬件的设计本系统的单片机炉温控制系统结构主要由单片机控制器、可控硅输出部分、热电偶传感器、温度变送器以及被控对象组成。
系统硬件结构框图如下：图2-1 系统硬件结构框图看门狗 报警提醒通信接口 LED显示 键盘 微型控制机 AT89S52 温度检测PT100 驱动执行机构 8路D/A 转换器DAC0832 测量变送 8路A/D 转换器ADC0809 加热电阻温度图2-2 系统电路图2.1电源部分本系统所需电源有220V交流市电、直流5V电压和低压交流电，故需要变压器、整流装置和稳压芯片等组成电源电路。
电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。
由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。
课程设计基于PLC的电加热炉温度控制系统设计
第一章绪论1.1选题背景及意义加热炉是利用电能来产生蒸汽或热水的装置。
因为其效率高、无污染、自动化程度高，稳定性好的优点，冶金、机械、化工等各类工业生产过程中广泛使用电加热炉对温度进行控制。
而传统的加热炉普遍采用继电器控制。
由于继电器控制系统中，线路庞杂，故障查找和排除都相对困难，而且花费大量时间，影响工业生产。
随着计算机技术的发展，传统继电器控制系统势必被PLC所取代。
二十世纪七十年代后期，伴随着微电子技术和计算机技术的快速发展，也使得PLC 具有了计算机的功能，成为了一种以电子计算机为核心的工业控制装置，在温度控制领域可以让控制系统变得更高效，稳定且维护方便。
在过去的几十年里至今，PID控制已在工业控制中得到了广泛的应用。
在工业自动化的三大支柱（PLC、工业机器人、CAD/CAM）中位居第一。
由于其原理简单、使用方便、适应能力强，在工业过程控制中95%甚至以上的控制回路都采用了PID结构。
虽然后来也出现了很多不同新的算法，但PID仍旧是最普遍的规律。
1.2国内外研究现状及发展趋势一些先进国家在二十世纪七十年代后期到八十年代初期就开始研发电热锅炉，中国到八十年代中期才开始起步，对电加热炉的生产过程进行计算机控制的研究。
直到九十年代中期，不少企业才开始应用计算机控制的连续加热炉，可以说发展缓慢，而且对于国内的温度控制器，总体发展水平仍不高，不少企业还相当落后。
与欧美、日本，德国等先进国家相比，其差距较大。
目前我国的产品主要以“点位”控制和常规PID为主，只能处理一些简单的温度控制。
对于一些过程复杂的，时变温度系统的场合往往束手无策。
而相对于一些技术领先的国家，他们生产出了一批能够适应于大惯性、大滞后、过程复杂，参数时变的温度控制系统。
并且普遍采用自适应控制、模糊控制及计算机技术。
近年来，伴随着科学技术的不断快速发展，计算机技术的进步和检测设备及性能的不断提升，人工智能理论的实用化。
因此，高精度、智能化、人性化必然是国内外必然的发展趋势。
计算机控制技术课程设计。基于PID-电阻炉温度控制系统
实用文档科技学院课程设计报告( 2021 -- 2021年度第 2 学期)名称：计算机控制系统A题目：院系：动力工程系班级：自动化11K×班学号：学生姓名：指导教师：设计周数：1周成绩：日期：2021 年7 月11 日基于Smith-PID电阻炉温度控制系统一、课程设计(综合实验)的目的与要求设计目的用SMITH-PID控制器控制电阻炉。
防止因为延时过大造成的控制误差过大设计要求设计一个基于闭环直接数字控制算法的电阻炉温度控制系统具体化技术指标如下：1.电阻炉温度控制在0~500℃；2. 加热过程中恒温控制，误差为±2℃；3. LED实时显示系统温度，用键盘输入温度，精度为1℃；4. 采用Smith-PID数字控制算法，要求误差小，平稳性好；5. 温度超出预置温度±5℃时发出报警。
2方案设计本系统是一个典型的温度闭环控制系统，需要完成的功能是温度设定、检测与显示以及温度控制、报警等。
温度的设定和显示功能可以通过键盘和显示电路局部完成；温度检测可以通过热电阻、热电偶或集成温度传感器等器件完成；温度超限报警可以利用蜂鸣器等实现；温度控制可以采用可控硅电路实现。
系统采用89C51作为系统的微处理器来完成对炉温的控制和键盘显示功能。
8051片内除了128KB的RAM外，片内又集成了4KB的ROM作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。
系统程序较多时，只需要外扩一个容量较小的程序存储器，占用的I/O口减少，同时也为键盘、显示等功能的设计提供了硬件资源，简化了设计，降低了本钱。
因此89C51可以完成设计要求。
系统建模和数字控制器的设计PID调节是连续系统中技术最成熟的、应用最广泛的一种控制算方法。
它结构灵活，不仅可以用常规的PID调节，而且可以根据系统的要求，采用各种PID的变型，如PI、PD控制及改良的PID控制等。
它具有许多特点，如不需要求出数学模型、控制效果好等，特别是在微机控制系统中，对于时间常数比拟大的被控制对象来说，数字PID完全可以代替模拟PID调节器，应用更加灵活，使用性更强。
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成绩《计算机控制技术》课程设计题目：基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计班级：自动化09-1姓名：学号：2013 年 1 月 1 日基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计摘要：电加热炉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。
本设计采用PID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。
电加热炉加热温度的改变是由上、下两组炉丝的供电功率来调节的，它们分别由两套晶闸管调功器供电。
调功器的输出功率由改变过零触发器的给定电压来调节，本设计以AT89C51单片机为控制核心，输入通道使用AD590传感器检测温度，测量变送传给ADC0809进行A/D转换，输出通道驱动执行结构过零触发器，从而加热电炉丝。
本系统PID算法，将温度控制在50～350℃范围内，并能够实时显示当前温度值。
关键词：电加热炉；PID ；功率；温度控制；1.课程设计方案1.1 系统组成中体结构电加热炉温度控制系统原理图如下，主要由温度检测电路、A/D转换电路、驱动执行电路、显示电路及按键电路等组成。
系统采用可控硅交流调压器，输出不同的电压控制电阻炉温度的大小，温度通过热电偶检测，再经过变送器变成0 - 5 V 的电压信号送入A/D 转换器使之变成数字量，此数字量通过接口送到微机，这是模拟量输入通道。
2.控制系统的建模和数字控制器设计2.1 数字PID控制算法在电子数字计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的。
计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。
进入计算机的连续-时间信号,必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存贮器和寄存器，而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。
在数字计算机中，PID 控制规律的实现，也必须用数值逼近的方法。
当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差商代替微商，使PID 算法离散化，将描述连续时间PID 算法的微分方程，变为描述离散-时间PID 算法的差分方程。
∑⎰==kj is j e T T d e T 0t0)()(1ττ用矩形积分时，有)]1()([)(--=k e k e T T dt t de T SDd(1)用差分代替微分0))]1()([)(()([)(u k e k e TT j e T Tk e K k u SDkj isp +--+++=∑= （2）由上式得1)]1()([)()()(u u k e k e K k e K k e K k D kj p +--++=∑= （3）式中 u0——控制量的基值，即k=0时的控制；u(k)——第k 个采样时刻的控制；KP ——比例放大系数；KI ——积分放大系数；KD ——微分放大系数； TS ——采样周期。
式（3）是数字PID 算法的非递推形式，称全量算法。
算法中，为了求和，必须将系统偏差的全部过去值e(j)（j=1，2，3，... ，k ）都存储起来。
这种算法得出控制量的全量输出u(k)，是控制量的绝对数值。
在控制系统中，这种控制量确定了执行机构的位置，例如在阀门控制中，这种算法的输出对应了阀门的位置（开度）。
所以，将这种算法称为“位置算法”。
当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是控制量的增量（例如去驱动步进电动机）时，需要用PID 的“增量算法”。
由位置算法求出再求出 )1()()(--=∆k u k u k u两式相减，得出控制量的增量算法01)]1()([)()([)(u k e k e T T j e T Tk e K k u SDkj ISp +--++=∑= (4)式(4)称为增量式PID 算法。
对增量式PID 算法（4）归并后，得)2()1()()(210-+-+=∆k e q k e q k e q k u]1[0S DI S P T T T T K q ++=(5)其中（5）已看不出是PID 的表达式了，也看不出P 、I 、D 作用的直接关系，只表示了各次误差量对控制作用的影响。
从式（5）看出，数字增量式PID 算法，只要贮存最近的三个误差采样值e(k)，e(k-1)，e(k-2)就足够了。
3.硬件设计3.1 温度检测及功率放大电路本系统采用镍铬-镍硅热电偶检测电阻炉中的温度，热电偶测温是基于物体的热电效 应，它由两种不同的金属或合金组成，其优点是结构简单，可将温度信号转换成电压信号，测温范围广、精度高，可实现远距离测量和传送，使用稳定、可靠，因此被广泛应用。
其不足之处是测温精度受冷端温度（即环境温度）的影响，为了提高热电偶测温精度，需要在热电偶冷端进行温度补偿。
温度检测电路及功率放大电路如图所示。
热电偶冷端温度补偿采用的是集成温度传感器AD590，流过AD590的电流Iu=273μA+ T0×1μA/℃，式中，T0为室温。
负载电阻R3上输出电压UOUT= Iu R3，选择电阻R3使UOUT 在AD590允许输入电压范围内。
本系统选择R3=10 k Ω。
这种测量方法冷端温度准确，克服了常规方法补偿误差大和不方便的缺点。
热电偶传感器输出的电压信号较为微弱（只有几毫伏到几十毫伏），因此在进行A/D 转换之前必须进行信号变送，由高放大倍数的电路将它放大到A/D 转换器通常所要求的电压范围，热电偶的输出热电势为0～56 mV 。
本系统前级选用自稳态高精度斩波运放 ICL7650，输入信号为差动信号，放大倍数为15倍。
后级运放选用较廉价的μA741，放大倍数可调，最大可达100倍，主要完成反相功能。
ICL7650输入端的钳位二极管起保护作用，避免输入线路发生故障时的瞬态尖峰干扰损坏01)]2()1()()1([)1(u u k e k e T T j e T Tk e K k SDk j ISp +---++-=-∑-=S DPT T K q =2]21[1SDPTT K q +-=运放，输入电压可直接送入AD574A进行转换。
3.2 AD574A模/数转换电路如下图所示，AD574A工作在12位状态，转换值分两次输出，高8位从DB4～DB11输出，低4位从DB0～DB3输出，并直接和单片机的数据线相连，AD574A的片选端接锁存器的Q7端，低电平有效;CE为片选使能端，高电平有效;CS 和CE共同用于片选控制，只有当两个信号同时有效时，才能选中本芯片工作。
A0端接锁存器74LS373的Q1端。
A0=0时启动A/D转换。
R/接锁存器74LS373的Q0端。
R/=0时，启动A/D转换;R/=1时，允许读出转换后的数据。
AT89C51的和经“与非”门74LS00与AD574A的CE端相接。
12/8接地表示AT89C51要分两次从AD574A读出A/D转换的12位数字量。
3.3 执行机构传统的SSR控制采用移相触发电路，通过改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率，从而达到自动控温的目的。
这种移相方式输出一种非正弦波，实践表明这种控制方式产生相当大的中频干扰，并通过电网传输给电力系统造成“公害”。
本系统采用单片机控制的固态继电器控温电路，其波形为完整的正弦波，对电阻炉这样的惯性较大的被控对象，是一种稳定、可靠、较合理的控制方法。
调功原理为:设电网连续N个完整的周波为一个控制周期TC，则若在设定的控制周期TC内控制主回路导通n（n≤N）个完整的周波，则负载功率为式中，U为电网电压有效值; 为负载的有效电阻。
因此，控制在设定周期TC内主回路导通的周波数n的个数，就可调节负载的功率P。
采用交流过零型固态继电器控温时需交流过零检测电路，此电路输出对应于50 Hz交流电压过零时刻的脉冲，在交流电压过零时刻导通。
如图所示是一种由两个光电耦合器和一个单稳态电路组成的交流过零检测电路。
其中，GD1、GD2为光电耦合器，具有检零和隔离功能，R10为限流电阻。
在交流正半周，GD1导通，GD2截止，V A为低电平;在交流负半周，GD1截止，GD2导通，V A仍为低电平。
只有在交流过零点时，GD1和GD2均截止，V A为高电平。
V A再经过74LS123单稳态电路整形，得到一过零脉冲序列VB，VB波形。
VB脉冲序列再与单片机P1.X输出的触发脉冲信号进行“与非”运算后得到控制信号。
用它来控制固态继电器，从而调节电阻炉温度。
交流过零检测电路3.4 报警电路设计正常运行时绿灯亮，在保温阶段炉内温度超出系统允差范围，就要进行报警。
报警时报警红灯亮，电笛响，同时发送中断信号至CPU进行处理。
如图加热炉报警系统图3.5 设计输入输出通道输入通道：因为所控的实际温度在50 ～350℃，即（350－50）＝300所以选用8位A/D转换器，其分辨率约为1.5℃/字，再加放大器偏置措施实现。
（通过调整放大器的零点来实现偏置）这里采用一般中速芯片ADC0809。
ADC0809是带有8位A/D转换器，8路多路开关以及微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件，其转换方法为逐次逼近型。
8路的模拟开关由地址锁存器和译码器控制，可以在8个通道中任意访问一个通道的模拟信号。
这种器件无需进行零位和满量程调整。
由于多路开关的地址输入部分能够进行锁存和译码，而且其三态TTL输出也可以锁存，所以它易于与微型计算机接口。
其具有较高的转换速度和精度，受温度影响较小，能较长时间保证精度，重现性好，功耗较低，故用于过程控制是比较理想的器件。
ADC0809应用接线图输出通道：据其实际情况，D/A转换器的位数可低于A/D转换器的位数，因为一般控制系统对输出通道分辨率的要求比输入通道的低，所以这里采用常用的DAC0832芯片。
DAC0832是8位D/A 转换器，与微处理器完全兼容。
期间采用先进的CMOS工艺，因此功耗低，输出漏电流误差较小。
它的内部具有两级输入数据缓冲器和一个R-2RT型电阻网络，因DAC0832电流输出型D/A转换芯片，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，Rf为为运算放大器的反馈电阻端。
双极性电压输出的D/A转换电路通常采用偏移二进制码、补码二进制码和符号一数值编码。
只要在单极性电压输出的基础上再加一级电压放大器，并配以相关电阻网络就可以构成双极性电压输出。
在上图中，运算放大器A2的作用是把运算放大器A1的单向输出电压转变为双向输出。
4.软件设计4.1 系统程序流程图4.1.1 系统主程序框图4.1.2 A/D转换子程序流程图4.1.3 LED显示流程图4.1.4 报警程序流程图4.1.5数字控制算法子程序流程图4.2 程序清单4.2.1 主程序ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP KEYSORG 000BHAJMP PIT0ORG 001BHAJMP PIT1 ；中断入口及优先级MAIN：MOV SP，#00HCLR 5FH ：清上下限越限标志MOV A，#00HMOV R7，#09HMOV R0，#28HLP1：MOV @R0，AINC R0DJNZ R7，LP1MOV R7，#06HMOV R0，#39HLP2：MOV @R0，AINC R0DJNZ R7，LP2MOV R7，#06HMOV RO，#50HLP3：MOV @R0，AINC R0DINZ R7，LP3 ；清显示缓冲区MOV 33H，#00HMOV 34H，#00H ；赋KP高低字节MOV 35H，#00HMOV 36H，#00H ；赋KI高低字节MOV 37H，#00HMOV 38H，#00H ；赋KD高低字节MOV 42H，#00HMOV 43H，#00H ；赋K高低字节MOV TMOD，#56H ；T0方式2，T1方式1计数MOV TLO，#06HMOV THO，#06HMOV 25H，#163H ；设定值默认值350SETB T R0 ；键盘高优先级SETB E T0SETB EX0SETB E A ；开键盘T0。