温度闭环控制电路设计
烤箱温度控制系统设计
烤箱温度控制系统设计烤箱温度控制系统是一种用于控制烤箱温度的设备。
它通过精确地调节电热元件的功率来实现温度的稳定控制，从而保证食物的烹饪效果。
本文将介绍烤箱温度控制系统的设计原理及其常见组成部分。
1.设计原理烤箱温度控制系统的设计原理基于控制理论。
其核心思想是通过检测烤箱内部温度和设定目标温度之间的偏差，并根据反馈信息调整电热元件的功率，使温度能够稳定在设定值附近。
控制系统通常采用闭环控制的方式。
闭环控制系统通过传感器实时监测烤箱内部温度，并将检测值与设定目标温度进行比较。
如果存在温度偏差，控制系统将根据偏差的大小和方向来调整电热元件的功率输出，从而减少偏差并稳定温度。
2.常见组成部分烤箱温度控制系统通常由以下几个主要组成部分构成：(1)传感器：用于实时监测烤箱内部温度。
常见的传感器类型包括热电偶、热敏电阻和红外线温度传感器等。
这些传感器能够将温度转化为电信号，并传送给控制器。
(2)控制器：控制器是烤箱温度控制系统的核心部分，负责处理传感器传输的信号，并根据设定目标温度进行控制。
控制器通常采用微处理器或专用控制芯片，并通过算法来计算电热元件的功率调整量。
(3)电热元件：电热元件是控制系统中的执行器，负责将控制器输出的功率调整量转化为真实的电能输出。
常见的电热元件包括电热丝和电热管等。
电热元件的功率调整量与电能的输出强度成正比。
(4)电路板：电路板是控制系统中各个部件的连接和控制中心，通常集成在烤箱的控制面板中。
电路板上包含了各个部件的连接线路和电源供应等。
3.系统设计考虑因素在设计烤箱温度控制系统时，需要考虑以下几个因素：(1)温度范围：不同的食物烹饪需要不同的温度，因此控制系统需要能够满足广泛的温度范围。
通常烤箱的温度范围为50℃到250℃。
(2)系统精度：控制系统的精度直接影响到烹饪效果。
对于一些对温度要求较高的食物，如蛋糕和面包，控制系统的精度应达到±2℃以内。
(3)反应速度：烤箱温度的调整速度对于烹饪过程的控制非常重要。
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dq闭环的pi控制电路
基于dq闭环的pi控制电路
基于dq闭环的PI控制电路是一种常用的控制器设计方法，它可以通过监测系统输出与期望值之间的误差来调整系统输入，从而实现对系统的精确控制。
这种控制电路广泛应用于工业自动化领域，例如温度控制、速度控制等。
在dq闭环控制电路中，dq坐标系是一种用于描述三相交流电机动态特性的坐标系。
通过dq变换，可以将三相电机的动态特性转化为直流电机的动态特性，进而实现对电机的精确控制。
dq闭环控制电路由三部分组成：dq变换、PI控制和逆dq变换。
dq变换是将三相电流和电压转换为dq坐标系下的电流和电压。
这一步骤可以通过使用dq变换矩阵来实现。
dq变换矩阵将三相电流和电压的幅值和相位，转换为dq坐标系下的电流和电压的幅值和相位。
接下来，PI控制是通过比较系统输出与期望值之间的误差，来调整系统输入。
PI控制器由比例项和积分项组成，比例项用于根据误差的大小调整系统输入的幅值，积分项用于根据误差的持续时间调整系统输入的相位。
通过调整比例项和积分项的参数，可以实现对系统的精确控制。
逆dq变换是将dq坐标系下的电流和电压转换为三相电流和电压。
逆dq变换矩阵将dq坐标系下的电流和电压的幅值和相位，转换为
三相电流和电压的幅值和相位。
基于dq闭环的PI控制电路是一种实现对系统精确控制的常用方法。
它通过dq变换将三相电机的动态特性转化为直流电机的动态特性，然后通过PI控制器调整系统输入，最后通过逆dq变换将dq坐标系下的电流和电压转换为三相电流和电压。
这种控制电路在工业自动化领域具有广泛的应用前景。
闭环温度控制系统
本文介绍了一种小型温度测量与控制系统——闭环温度控制系统。
该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的设定，也可以通过计算机与单片机的串行通讯，实现工业过程中的交互式PID控制。
该原理是用温度传感器将检测到的温度转化为电信号，然后经过变送器使输出电信号随输入温度信号呈线性关系。
之后再经过A/D转换送入PC机中，与设定值进行比较，得出偏差。
对此偏差经PID算法进行修正，求得对应的控制量经D/A转换来控制驱动器，从而实现对温度的闭环控制。
本学期主要设计、制作和调试直流稳压电源和变送器,了解信息测试、校准和控制的过程,不仅提高了电子工程设计和实际操作方面的综合能力,而且培养了研发工程项目中所具备的基本素质和要求。
一、课题背景 (3)二、需求分析 (3)三、方案论证 (3)(一)稳压电源方案选择 (3)(二)变送器方案选择 (4)四、电路设计 (5)(一)直流稳压电源部分1.工作原理 (5)2. Protel99 SE 自主绘制电路原理图 (6)3.所需元件 (7)4.芯片介绍 (8)(二)变送器部分1.工作原理 (9)2.所需元件 (11)3.芯片介绍 (11)4.参数计算 (13)五、电路调试 (13)六、故障分析 (17)七、结果与收获 (18)八、致谢 (19)九、参考文献 (20)一、课题背景第一阶段我们主要解决闭环温度控制系统的直流稳压电源和变送器这两部分。
要求在工业生产中降低成本，降低材料、能源消耗，提高产品质量和生产效率。
二、需求分析稳压电源和变送器的功能和指标如下:1.温度测量范围: 0℃～+100℃2.温度测量误差: 不大于±2℃(在次要求下尽量提高指标)3.变送器输出电压: 0～5V4.测量误差: 满刻度1%（0.05V或1℃ ）5.要求线性规律控制电压—温度6.保证电路性能稳定可靠,具有一定的抗干扰能力7.注意各电路之间的可靠配合与保护问题(过流、断路、过热保护)三、方案论证（一）稳压电源方案选择要求输入9 V和14 V的交流电压,输出＋5 V和±12 V的直流电压。
温控系统的信号采样放大及AD转换电路设计
温控系统的信号采样放大及A/D转换电路设计一．简介本温度控制和显示系统是一个闭环反馈控制系统,它用温度传感器将检测到的温度信号经放大,A/D转换后送进计算机中,与设定值进行比较,得到偏差。
对此偏差按PID算法进行修正,返回对应工况下的可控硅导通时间,调节电热丝的有效加热功率,从而实现对铁块的温度控制。
系统采用AT89C52芯片为CPU,外扩了8K的数据存储器6264。
AT89C52是美国A TMEL 公司生产的低电压,高性能的CMOS 8位单片机,片内含8K的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存储技术生产,与标准的MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容,片内置通用8位中心处理器（CPU）和Flash存储单元,功能强大AT89C52单片机适用于很多较为复杂控制应用场合。
AT89C52的主要性能参数有：·与MCS-51产品指令和引脚完全兼容。
·8K可重擦写的闪速存储器。
·1000次擦写周期。
·全静态操纵：0Hz-24MHz。
·三级加密程序存储器。
·256×8字节内部RAM。
·32个可编程I/O口线。
·3个16位的定时/计数器。
·8个中断源。
·可编程串行UART通道。
·低功耗空闲和掉电模式。
A T89C52提供以下标准功能：8K字节的Flash闪速存储器,256字节的内部RAM,32个I/O口线,3个16位的定时/计数器,一个6向量两极中断结构,一个全双工串行通讯口,片内振荡器及时钟电路。
同时,AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操纵,并支持两种软件可选的节电工作模式：空闲方式停止CPU的工作,但答应RAM,定时/计数器,串行通讯口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
闭环控制系统的工作过程和方式
【2011年会考第38题】某核电站运行时， 高压循环水经过反应堆被加热到300—400℃， 这些高压循环水再把蒸汽发生器中的水加热 成蒸汽用于发电。为了保证系统的正常运行， 需要控制循环水的温度，其控制过程为（原 理如图所示）：热电偶测出循环水的温度， 该温度被传送到控制机构与设定的温度进行 比较，根据偏差值通过驱动机构调节控制棒， 控制反应堆的发热功率，使水温达到预设的 值。请完成下列各题，在有“ ▲ ”处 填上相应的内容。
给定 比较器
水温
控制器 (控制电路)
加热时间
输出量
执行器
被控对象 ②（▲）
(加热器)
①（▲）
检测装置
图甲 热水机保温自动控制系统
⑵该系统是 ▲ (选填“开环”或“闭环”)控制系统；
⑶小黄发现办公室的饮水机经常在没人时电源还 开着。为了解决这一问题，他尝试设计一个能自 动控制电源的控制系统，通过红外线传感器获取 几米以内的人体热辐射信号来控制电源的开启或 关闭。小黄设计的控制系统方框图如图乙所示， 继电器内有一开关，开关的打开或闭合由控制电 路控制，该开关可以控制220V电源的通断。请在 图乙上有“ ▲ ”处填上相应的内容。
【类型一】机械式控制方式。当浮球浸在水中 时，因为浮力而上升，通过连杆控制系统带动浮 门运动，使进水阀关闭，停止进水；当水少了， 浮球下降，进水阀打开，又再进水，如此循环。
其中的检测装置是什么？
【类型二】传感器控制方式。电子式水位传感 器能对水位进行检测，当被测液体到达预设点时， 将输出信号给水位控制器，从而实现对液位的控 制。
(3)出水管出水会导致水塔水位下降，在控制系统 中将这种现象称为_干__扰___
窑炉的温度控制系统设计与实现
窑炉的温度控制系统设计与实现窑炉是生产过程中不可或缺的设备，在烧制各种物品时扮演着重要角色。
然而，为了确保生产过程的质量和稳定性，保证烧制出来的产品符合标准要求，必须对窑炉进行温度控制。
温度控制系统是窑炉生产过程中的关键，必须精心设计和实现才能达到预期效果。
一、窑炉温度控制系统的特点窑炉温度控制系统的特点在于控制对象的复杂性和计算量的大。
首先，窑炉的加热方式各异，如能源的选择、传热方式、加热温度等等都会影响整个控制系统的设计。
其次，窑炉内部环境变化迅速而非常复杂。
温度、湿度、风速等都会影响窑炉内的热传输和物品的烧制。
因此，设计人员需要考虑到窑炉的物理特性和控制过程的复杂性，实现一个高效的温度控制系统。
二、窑炉温度控制系统的分类窑炉温度控制系统主要有两类：闭环控制系统和开环控制系统。
闭环控制系统是指在窑炉内安装温度传感器，采用反馈控制的方法来控制窑炉的温度。
其中，传感器用于实时采集窑炉内的温度数据，然后通过控制器进行处理，输出控制信号，调节热源的输出量以达到温度控制的目标。
这种方式对于窑炉内部温度变化的监测和控制非常精准，因此比较常用。
开环控制系统则是直接控制热源的输出量，不考虑窑炉内部的温度变化。
因此，这种方法相对来说比较简单，易于实现，但是对于温度变化比较复杂的烧炼工艺不是很适用。
三、窑炉温度控制系统实现的技术实现窑炉温度控制系统需要掌握一些技术，如传感器技术、控制电路设计、信号处理等。
其中，传感器技术是实现闭环控制系统关键的部分，直接影响到系统的稳定性和精度。
当窑炉内物品的大小和数量不同时，温度的分布也会发生变化。
因此，需要在不同位置安装不同类型的传感器来采集温度数据，以充分了解窑炉内部的温度分布，减小误差，提高精度。
同时，控制电路设计也是温度控制系统实现的关键。
控制电路需要根据温度传感器采集到的数据进行处理和分析，输出控制信号，并调整热源的输出量。
为了提高系统精度和可靠性，还需要进行电路参数的精确计算，以保证控制电路的工作效果。
电烤箱温度控制计算机控制系统设计
计算机控制系统课程设计说明书电烤箱温度控制系统设计DESIGNOFELECTRICOVENTEMPERATURECONTROLSYSTEM学生姓名周泽民学院名称信电工程学院学号班级12电气 1专业名称电气工程及其自动化指导教师曹言敬2015年7月10日摘要本次温度控制系统设计整体而言完全可以实现对电烤箱温度闭环恒定控制。
但是不当之处在所难免。
当热电阻检测出当前电烤箱所处温度时，不能和预置温度一起以数字形式很直观的对比显示出来。
及操作者无法同时看到电烤箱当前所处温度和预置温度。
鉴于此种情况，应再外接一个数码显示器以软件程序来实现，将电烤箱当前所处温度和预置温度同时显示出来；在实际使用过程中，由于电烤箱加热时有一定得温度缓冲，即当电烤箱断电时，加热并不是立即停止，而是过一段时间后温度才慢慢停下来以致开始下降。
这样就使得我们控制很不准确，会出现严重超温或者低温现象。
鉴于此种情况，我们应在电烤箱温度接近我们要求的温度时，由连续加热或连续降温改为断续加热或断续降温。
关键词单片机；温度；电烤箱；控制目录1绪论...................................................... 错误!未指定书签。
1.1技术指标............................................... 错误!未指定书签。
1.2控制方案............................................... 错误!未指定书签。
1.2.1控制系统的建模..................................... 错误!未指定书签。
1.2.2PLC系统............................................ 错误!未指定书签。
1.2.3单片机系统......................................... 错误!未指定书签。
闭环控制系统设计与实现
闭环控制系统设计与实现闭环控制系统是一种经典的控制系统，其设计和实现涉及到多个方面的知识。
在这篇文章中，我们将介绍闭环控制系统的基本概念、设计流程、实现方法和应用实例。
一、基本概念闭环控制系统也称为反馈控制系统，是指在控制过程中，通过对输出信号进行采样，并与期望输出进行比较，不断地调整系统参数，使输出信号逐渐接近期望输出信号，以达到控制目的的一种控制方式。
闭环控制系统由四个基本部分组成：输入、处理、输出和反馈。
其中，输入是指将输入信号送入系统中，处理是指系统对输入信号进行处理，输出是指处理后的信号送往外部，反馈是指将输出信号通过传感器采集后反馈给系统，以对系统进行参数调整。
控制系统的目标就是通过对反馈信号的采集和处理，不断地调整系统参数，使输出信号尽可能地接近期望输出信号。
二、设计流程闭环控制系统的设计流程主要包括以下几个步骤：1、确定控制对象和控制目标。
2、选择合适的传感器和执行器，并设计控制算法。
3、建立数学模型，分析系统的传递函数。
4、进行系统参数的测量和调整，以使系统达到最佳性能。
5、进行系统测试和调试，并对系统进行优化和改进。
三、实现方法1、模拟控制方法：模拟控制方法是指将物理系统模拟成电路或其他可以用电子元件实现的模型，通过模拟电路控制物理系统的运动。
模拟控制方法具有响应速度快、稳定性好、可靠性高等优点，但由于受到元器件的限制，不适合处理大型、高精度的控制系统。
2、数字控制方法：数字控制方法是指将物理系统的运动状态转换为数字信号，通过计算机编程的方式进行控制。
数字控制方法由于具有计算机高速、精度高、稳定性好等特点，被广泛应用于工业控制、机器人控制等领域。
3、混合控制方法：混合控制方法是模拟控制方法和数字控制方法的结合，兼具两者的优点和劣势。
混合控制方法一般采用计算机作为系统控制器，通过接口电路将计算机和模拟电路连接起来，实现系统控制。
四、应用实例1、水压控制系统：水压控制系统是对水压进行控制的一种控制系统。
《闭环电子控制系统作业设计方案》
《闭环电子控制系统》作业设计方案第一课时一、设计目标本次作业设计旨在援助同砚加深对闭环电子控制系统的理解，在设计和试验中精通闭环控制系统的工作原理和方法，同时培育同砚的动手能力和解决问题的能力。
二、设计内容1. 硬件要求：Arduino开发板、蓝牙模块、电机、传感器等。
2. 软件要求：Arduino IDE开发环境、手机APP开发工具等。
3. 设计任务：设计一个闭环电子控制系统，实现通过蓝牙控制电机的转速，并实时监测电机的转速和温度。
三、设计步骤1. 硬件毗连：将Arduino开发板、蓝牙模块、电机和传感器按照电路图毗连好。
2. 软件编程：在Arduino IDE中编写程序，实现蓝牙模块和电机的通讯控制，以及传感器数据的采集和监测。
3. 手机APP开发：应用手机APP开发工具，设计一个简易的APP界面，实现通过蓝牙控制电机的转速和实时监测电机的状态。
4. 系统调试：对整个闭环电子控制系统进行调试和测试，确保系统正常工作并实现设计要求。
四、试验要求1. 按照设计步骤完成试验，并记录试验过程和结果。
2. 对试验中遇到的问题进行解决和分析，提出改进意见。
3. 撰写试验报告，包括试验目标、原理、方法、结果和结论等内容。
4. 试验过程中要注意安全，防止发生意外。
五、评分标准1. 完成试验设计要求的水平。
2. 技术实现的难度和创新性。
3. 试验报告的完备性和明晰度。
4. 试验过程中的表现和结果分析能力。
六、参考资料1. 《Arduino入门与实践》，清华高校出版社。
2. 《电子技术试验指导书》，高等教育出版社。
3. 《闭环控制系统原理与应用》，机械工业出版社。
七、总结通过本次作业设计，同砚可以深度了解闭环电子控制系统的原理和应用，提高试验能力和动手能力，培育解决问题的能力和创新思维。
期望同砚们能够勤勉完成试验设计，取得满足的效果，并将所学知识应用到实际工作和生活中。
愿大家在进修和实践中不息进步，成为优秀的电子工程师！第二课时一、设计目标本次作业设计旨在让同砚通过实际操作，深度理解闭环电子控制系统的工作原理和设计方法。
电烤箱温度控制计算机控制系统设计
计算机控制系统课程设计说明书电烤箱温度控制系统设计DESIGN OF ELECTRIC OVEN TEMPERATURE CONTROL SYSTEM 学生姓名周泽民学院名称信电工程学院学号20120501153班级12 电气 1专业名称电气工程及其自动化指导教师曹言敬2015 年7 月10 日摘要本次温度控制系统设计整体而言完全可以实现对电烤箱温度闭环恒定控制。
但是不当之处在所难免。
当热电阻检测出当前电烤箱所处温度时，不能和预置温度一起以数字形式很直观的对比显示出来。
及操作者无法同时看到电烤箱当前所处温度和预置温度。
鉴于此种情况，应再外接一个数码显示器以软件程序来实现，将电烤箱当前所处温度和预置温度同时显示出来；在实际使用过程中，由于电烤箱加热时有一定得温度缓冲，即当电烤箱断电时，加热并不是立即停止，而是过一段时间后温度才慢慢停下来以致开始下降。
这样就使得我们控制很不准确，会出现严重超温或者低温现象。
鉴于此种情况，我们应在电烤箱温度接近我们要求的温度时，由连续加热或连续降温改为断续加热或断续降温。
关键词单片机；温度；电烤箱；控制目录1 绪论 .................................................................... (1)1.1 技术指标 ............................................................. (1)1.2 控制方案 .................................................................... (1)1.2.1 控制系统的建模 ...................................................... (1)1.2.2 PLC 系统 ....................................................... (2)1.2.3 单片机系统 ....................................................... (3)1.2.4 选择最优方案 ....................................................... (4)2 硬件部分设计 .................................................................... (5)2.1 C51 单片机简介 .................................................................... (5)2.1.1 中央处理器CPU ...................................................... (5)2.1.3 AT89C51 单片机引脚功能 ...................................................... (6)2.1.4AT89C51单片机时钟电路及时序 (8)2.1.5 AT89C51单片机复位电路 ....................................................... (9)2.2 温度检测电路设计 ............................................................ (10)2.2.1 温度传感器 ...................................................... (10)2.2.2 变送器 ....................................................... (10)2.2.3 A/D 转换 ....................................................... (10)温度控制电路设计 ............................................................2.5 数码管显示电路设计 ............................................................ (16)3 控制程序设计 .................................................................... (19)3.1 工作流程 ............................................................. (19)3.2 功能模块 ............................................................. (19)3.3 资源分配模块 ............................................................. (19)3.4 软件功能设计 ............................................................. (19)3.4.1 键盘管理 ....................................................... (19)3.4.2 显示管理 ....................................................... (20)3.4.3 温度检测模块 .................................................................... (22)3.4.4 温度控制模块 ....................................................... (23)3.4.6 主程序模块 ....................................................... (23)3.5基于 SIMULINK 的 PID 仿真 (24)结论................................................................ (26)II徐州工程学院课程设计说明书致谢 (27)参考文献 (28)附录 (29)附录 1 (29)附录 2 (30)徐州工程学院课程设计说明书1绪论1.1 技术指标温度控制是工业生产过程中经常遇到的控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。
《闭环电子控制系统的制作和调试作业设计方案》
《闭环电子控制系统的制作和调试》作业设计方案第一课时一、试验目标通过设计和制作闭环电子控制系统，进修并精通电子控制系统的基本原理和调试方法，提高同砚的电子技术实践能力和创新认识。
二、试验内容1. 进修闭环控制系统的基本原理和组成结构。
2. 设计闭环电子控制系统的整体框架和电路图。
3. 制作闭环电子控制系统所需的硬件元件，包括传感器、执行器、控制器等。
4. 调试闭环电子控制系统，确保其能够正常工作并实现预设的控制目标。
三、试验器械1. Arduino开发板2. 电机驱动器3. 温湿度传感器4. 液晶显示屏5. 直流电源供应器6. 万用表7. 逻辑分析仪四、试验步骤1. 确定闭环电子控制系统的控制对象和控制目标。
2. 设计并绘制闭环电子控制系统的电路图。
3. 依据电路图制作所需的硬件元件。
4. 将硬件元件毗连至Arduino开发板，并编写控制程序。
5. 进行调试和测试，确保闭环电子控制系统能够正常工作。
6. 不息优化闭环电子控制系统的性能，达到更好的控制效果。
五、试验要求1. 同砚需具备一定的电子技术基础和动手能力。
2. 同砚需要勤勉沉思和分析闭环电子控制系统的设计与调试过程。
3. 同砚应当具备团队合作认识，共同完成试验设计与调试任务。
六、试验评判1. 依据试验结果和试验报告，评判同砚对闭环电子控制系统的理解和精通水平。
2. 考察同砚的试验设计能力和解决问题的方法。
3. 鼓舞同砚对闭环电子控制系统进行进一步的改进和创新。
七、试验总结通过本次试验，同砚将会深度了解闭环电子控制系统的工作原理和调试方法，提高动手能力和实践阅历，为将来的电子技术应用和创新打下良好基础。
第二课时一、作业目标：通过本次作业设计，同砚将进修和精通闭环电子控制系统的基本原理、制作方法和调试技巧，提高同砚对电子控制系统的理解和实践能力。
二、作业内容：1. 理论进修：同砚将通过教室教学、相关资料阅读等方式，进修闭环电子控制系统的基本理论知识，包括反馈控制原理、PID控制算法等内容。
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。
温度闭环控制基础系统
自动控制理论温度闭环控制
【实践原理】
温度控制系统框图如下图1所示，由给定、近似调节器、脉宽调制电路、加温室、温度变送器和输出电压反馈等部分构成。
在参数给定旳状况下，通过运算产生相应旳控制量，使加温室里旳温度稳定在给定值。
给定Ug由ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术旳实验面板上旳电源单元U1提供，电压变化范畴为1.3V～15V。
但是在做这个实验前，要先测出室温对加温室旳影响。
就是在给定电压为0旳时候，看加热室反馈回来旳电压是多少。
然后在连接好旳电路上，所加旳电压一定要不小于这个电压，否则，所做旳实验就没有效果。
因此，理论上电压是可以从0～15V开始调节，但是，最低电压也要不小于室温给加温室旳反馈电压。
调节器旳输出作为脉宽调制旳输入信号，经脉宽调制电路产生占空比可调0～100％旳脉冲信号，作为对加温室里电热丝旳加热信号。
温度测量采用Cu50热敏电阻，经温度变送器转换成电压反馈量，温度输入范畴为0～200℃,温度变送器旳输出电压范畴为DC0～10V。
这个电压作为反馈电压反馈给输入端，跟给定电压进行比较，然后系统对电压进行调节，使加温室稳定在一种稳定旳值。
这就是闭环反馈，能达到稳定期为静差。
根据实际旳设计规定，调节反馈系数 ，从而调节输出电压。
buck电路闭环控制课程设计
buck电路闭环控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解Buck电路的基本工作原理，掌握闭环控制系统的组成及功能。
2. 使学生掌握闭环Buck电路的数学模型，能运用相关公式进行电路参数计算。
3. 帮助学生了解闭环控制策略在Buck电路中的应用，如PID控制、PWM调制等。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识对闭环Buck电路进行设计和仿真分析的能力。
2. 提高学生解决实际工程问题的能力，能针对不同负载条件优化闭环Buck电路参数。
3. 培养学生团队合作精神和沟通能力，通过小组讨论、汇报等形式分享学习成果。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电力电子技术及自动控制领域的兴趣，激发学习热情。
2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据和理论分析的结合。
3. 引导学生关注新能源和节能技术，提高环保意识和社会责任感。
课程性质：本课程为电子技术及应用方向的选修课程，侧重于理论与实践相结合，强调学生在实践操作中掌握闭环Buck电路的设计方法。
学生特点：学生已具备一定的电子技术基础，具有一定的数学和物理背景，但可能对闭环控制系统的设计和应用较为陌生。
教学要求：结合学生特点，注重启发式教学，引导学生主动探究，强化实践操作，提高学生的综合应用能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 介绍Buck电路的基本原理，包括开关元件、二极管、电感、电容等组件的工作状态及能量转换过程。
相关教材章节：第三章“开关电源电路”第一、二节。
2. 详细讲解闭环Buck电路的组成，控制原理及其数学模型，包括状态空间平均法、小信号模型等。
相关教材章节：第三章“开关电源电路”第三节；第四章“闭环控制开关电源”第一、二节。
3. 分析闭环控制策略，如PID控制、PWM调制等在Buck电路中的应用，并通过实例讲解其参数调整方法。
相关教材章节：第四章“闭环控制开关电源”第三、四节。
4. 实践环节：组织学生进行闭环Buck电路设计和仿真实验，包括参数计算、电路搭建、仿真测试等。
炉温的单闭环控制系统的设计
过程控制系统课程设计设计题目：炉温的单闭环控制系统的设计摘要温度是工业对象中一种重要的参数，特别在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉和反应炉等。
由于炉子的种类不同，因此所采用的加热方法及燃料也不同，如煤气、天然气、油和电等。
但是就其控制系统本身的动态特性来说，基本上属于一阶纯滞后环节，因而在控制算法上亦基本相同。
随着社会的发展，在生活和工业中已经广泛的使用温度控制，而现代化炉温控制已经开始自动化PID控制时代了。
控制炉温恒定是满足生产、提高效率和节能减耗的关键技术，其具有很多优势，能够进一步提高控制精度，同时使得加热时间大大降低，不短提高能源的利用，因此也是越来越受到重视。
为了更好的确保加热炉的安全运行，因此加强炉温控制系统的设计与实现的研究非常有必要。
基于此本文分析了基于PID算法的炉温控制系统的设计与实现。
关键词：比例；积分；微分；炉温控制目录摘要 (I)一、概述 (1)二、课程设计任务及要求 (2)2.1 设计任务 (2)2.2 设计要求 (2)三、理论设计 (3)3.1方案论证 (3)3.2 系统设计 (3)3.3炉温控制系统硬件工作原理 (6)3.3.1前向通道工作过程 (6)3.3.2 反馈通道工作过程 (6)四、系统设计 (7)4.1 PID算法设计 (7)4.2软件设计 (9)4.2.1 画面的制作 (9)4.2.2 建立数据词典 (10)4.2.3 建立动画连接 (11)五、调试过程与结果 (12)5.1 调解P参数 (12)5.2 调节I参数 (13)5.3 调节D参数 (14)5.4 综合调试P、I、D三个参数 (15)六、实验中所用仪器设备清单 (16)七、收获与体会 (20)一、概述近年来随着热处理工艺广泛应用于加工过程,热处理中温度的控制精度和控制规律的优劣直接影响到热处理工艺的好坏。
电阻炉是热处理工艺中应用最多的加热设备,研究电阻炉温度控制方法具有重要意义。
单片机综合设计实验
单片机综合设计实验一、实验目的通过单片机的综合设计实验，加深对单片机原理和应用的理解，练习使用单片机进行控制和数据处理的能力。
二、实验内容设计一个模拟温度控制系统，要求能够通过单片机读取温度传感器的温度值，并根据设定的目标温度进行判断和控制，使得温度值稳定在目标温度附近。
即实现一个简单的闭环温度控制系统。
三、实验器材1.单片机：使用8051单片机2.温度传感器：使用LM35温度传感器3.显示器：使用数码管显示器4.控制器：使用电热器作为温度控制的对象，通过控制电热器的加热时间和加热功率来控制温度四、实验步骤1.连接电路将LM35温度传感器与单片机相连接，使得单片机能够读取到温度传感器的模拟信号。
将单片机与数码管显示器以及电热器相连接，使得单片机能够通过数码管显示温度值，并能够控制电热器的加热时间和加热功率。
2.编写程序根据实验要求，设计一个闭环温度控制系统的程序。
通过单片机读取温度传感器的温度值，并与设定的目标温度进行比较，根据比较结果控制电热器的加热时间和加热功率。
同时，将温度值通过数码管进行显示，使得操作人员能够实时监控温度的变化。
3.调试验证五、实验结果经过调试验证，实验结果表明设计的温度控制系统能够达到预期的效果。
单片机能够准确读取温度传感器的温度值，并根据设定的目标温度进行判断和控制，使得温度能够稳定在目标温度附近。
六、实验总结通过这次单片机综合设计实验，我对单片机的原理和应用有了更深入的理解。
通过实际操作和编程，我学会了如何连接温度传感器和数码管显示器，以及如何通过单片机对温度进行控制和显示。
同时，我还锻炼了解决问题和调试的能力，提高了实际应用技能。
这次实验不仅提供了实践的机会，也巩固了我对单片机的相关知识，为今后的学习和应用打下了坚实的基础。
电加热炉温度控制系统设计方案
电加热炉温度控制系统设计方案1.系统概述2.系统组成2.1温度传感器：用于实时感知炉内温度，并将温度信号转换成电信号进行采集。
2.2控制器：负责对温度信号进行处理和判断，并生成相应的控制信号。
2.3加热功率调节器：根据控制信号调整电加热炉的加热功率。
2.4人机界面：为操作人员提供温度设定、显示和报警等功能。
2.5电源和电路保护装置：为电加热炉提供稳定的电源和安全的电路保护。
3.控制原理电加热炉温度控制系统采用了闭环控制的原理，即通过与实际温度进行比较，调整加热功率来实现温度的控制。
控制器根据实际温度和设定温度之间的偏差，产生相应的控制信号，通过加热功率调节器对电加热炉的加热功率进行调整，使实际温度逐渐接近设定温度，并保持在一定范围内。
4.系统算法4.1温度传感器采集到的温度信号经过模数转换，转换成数字信号输入到控制器。
4.2控制器对传感器采集到的温度信号进行处理和判断，计算出温度偏差。
4.3控制器根据温度偏差通过PID控制算法产生相应的控制信号，控制信号的大小决定了加热功率的调整幅度。
4.4控制信号经过加热功率调节器进行放大和整流，并驱动电加热炉进行相应的加热功率调整。
4.5加热功率调整会导致炉内温度变化，温度变化会反过来影响温度传感器采集到的温度信号，形成一个闭环控制的循环过程。
5.人机界面5.1人机界面通过触摸屏或按钮等形式，提供温度设定、显示和报警等功能。
5.2操作人员可以通过人机界面设置所需的温度设定值。
5.3人机界面会显示当前的实际温度，并根据温度偏差的大小显示相应的报警信号。
5.4人机界面可以设定温度上下限，当温度超出设定范围时自动报警。
6.电源和电路保护装置6.1在电加热炉温度控制系统中，电源提供稳定的电压和电流给电路运行。
6.2为了确保系统的安全运行，在电路中设置过流保护、过压保护、欠压保护等电路保护装置。
6.3当发生过流、过压或欠压等异常情况时，电路保护装置会立即切断电源，以保护电路和设备的安全。
闭环控制电路的设计
闭环控制电路的设计本文设计所用的MOSFET的工作频率在80kHz~400kHZ不等，适用于它的闭环电路可以用MC33067和MIC4422的配合、UC3861、l6599等。
这几种方法结果几乎相同。
本文使用saber仿真软件进行仿真实验，而在saber中UC3861可以较好的使用，所以本文使用UC3861。
1UC3861的简单介绍根据UC3861的datasheet可知，UC3861的内部原理图如下图所示：图1UC3861的芯片示意图UC3861要求驱动电压V cc为15~20V之间,反馈输入电压在-0.4V到7V之间，输出电流为直流5/10A到1.5A之间，额定功率为1W左右，工作温度要求在140℃到300℃之间。
对“ground”管脚的要求是误差必须不能高于±0.2V，如果输出有错误的话，它的电流会有±2mA的波动。
误差放大器E/A用来反馈给主工作区域，而且驱动电压控制桭荡器VCO。
VCO启动控制信号的发生，然后输出的脉冲的宽度再由过零检测比较器ZDC进行调整，让脉冲变成可以驱动MOSFET。
最后驱动MOSFET，并且主要可以控制开关的工作频率，调节电路的电压增益。
欠压封锁电路（UVLO）对于电路的掌控也是比较严格的。
当输入电压小于10.5V的时候，输出驱动脉冲信号就会变成一个固定的信号值而没有如方波一样的变化，这样主电路就会停止工作，反之当Vcc两端的电压大于16.5V的时候，就会输出MOSFET驱动信号使变换器开始工作。
Fault是故障检测接头用于检测电路是否是处于故障，一般接地。
2UC3861的工作原理以下是UC3861的外部连接图：图2UC3861的内部图和外部连接图3UC3861的工作波形UC3861输出的开关管驱动信号主要是由输出电压在Range上和内部5V上电流的和决定。
具体工作方式如下：在Rmin和Range上的电流给Cvco充电使它两端的电压升高到3V左右，这样内部的滞后比较器输出电压是高电平，三极管就变成了导通状态，使Cvco放电到2V左右，由于这个过程比较迅速，所以可以看成电压是瞬间到达的；当它两端电压下降到2V后，三极管又截止了，可以对Cvco充电，因为这个过程比较迅速，所以可以看成电压是瞬间到达的。
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大连民族大学
温度闭环控制设计电路仿真
专业：通信工程
学生姓名：***
指导教师：吴宝春老师
完成时间：2022年4月27日
一、设计内容
1.通过运算差分放大电路将温度传感器的阻值变化转化为电压信号的变化放大。
2.利用A/D转换实现魔力信号到数字信号的转换，根据模拟电路部分电路原理计算得出最后电压与温度值的关系，并通过数码管显示温度的值，实现温度的测量。
3.并利用比较器来实现对温度的控制，通过设定温度上下限可使整个系统工作于一个限定的温度范围内。
4.报警设置，当被测温度超出温度范围时，进行相应的报警设。
5.学会系统仿真、测量和测试。
二、方案实现及设计思路
1.当温度小于等于20℃时，系统自动加热。
2.当水温高于或等于50℃时，系统停止加热。
3.并用数码管显示温度情况，水温测量用热敏电阻，加热、停止加热用不同的发光二极管。
4.系统流程图：
电路仿真及调试方案设计电路设计器件设计机构设计
方案设计：按照要求，将电路划分为若干模块，从而将一个大的系统划分为小的单元电路，并分配各单元模块要完成的任务，确定各模块间输入输出关系，最后决定各单元电路的组成方式。
电路设计：电路设计是按功能模块确定的单元电路设计。
在该部分中，要详细拟定单元电路组成，性能指标及前后电路关系，明确采用的算法，理清思路。
器件设计：是在单元电路的结构确定后，根据单元电路的功能，确定具体器件型号及计算相应的系数，计算量较大。
主要分为①阻容原件的设计；②分立元件的选择；③模拟集成电路的相关计算。
电路仿真测试：使用Proteus 软件仿真，争取实现各单元的具体功能。
三、设计方法及步骤 1.系统框图
⑴信号调理模块
由于被测是温度，由设计要求，温度检测用热敏电阻。
而热敏电阻将温度转化成电阻值的变化，故在系统中由信号调理电路作用是将温度的变化这样一个非电量转化成电信号，然后加以放大。
以便后一温度显示 检测对象
信号调理 水温检测 加热、停止、状态显示
加热、停止检测
单元检测。
信号调理的任务是将非电量转化成电话并适当放大，故该模块也成为放大电路。
⑵水温检测模块
水温检测模块的任务是将经转换后得到的温度间接测量值与设计要求所设定的上下限温度进行比较，从而确定被测对象的加热与否
⑶加热、停止加热模块
加热、停止加热模块的任务是对水温用电热丝进行加热或停止加热。
在这里使用热敏电阻加热，也是放大电路。
⑷温度显示模块
温度显示模块的任务是对当前温度反应在显示器上，起作用是将温度的间接值得模拟量转化为数字量。
2.电路设计与器件设计
⑴信号调理模块
①电路设计
信号调理模块的任务是非电量转化为电量，然后加以放大，将非电量转化为电量的传感器用热敏电阻，环境温度发生变化时，热敏电阻的组织发生变化，利用这一特性将非电量转化为电量，因此，选用由运算状态组成的放大电路最为简便，且采用同比例运算。
②器件设计
a．运放的选择
b．热敏电阻的选择
c．电路的外围电路所用元件的参数运算
d．电路的设计以选定的热敏电阻系数入手，然后计算出所需要的电压增益。
经查：在T=25℃时，电阻为10千欧。
由设计要求，当环境下降为20℃时，系统要加热，当上升为59℃时，系统停止加热。
20℃时，对应阻值为12.561千欧；50℃时，对应阻值为4.111千欧，分压电路为+5V，R1为20K，这样V20℃=1.89v；V50℃=0.826v。
然后再计算电压所需增益为2.
⑵水温检测模块
水温检测模块的任务是将温度为20°C 和50°C 相对电压检测值给测出来，并将这两个电压值提供给加热停止模块及加热，停止状态显示模块，因此，这部分由电压比较器组成，利用运放的非线性特征来完成，由于温度不同时对应的2 个电压值，故利用2 个电压比较器及信号锁存器来完成 a. 对应温度为20°C 时的检测电路由于采用负温度系数电阻，温度越低，电阻值越大，股采用反向电压比较器，有信号调理电路输出的电压作用与运放的同向输入端R4=10k，阙值电压为3.2k 考虑到允许误差，用电位器Rp 代替R5，取Rp=10K 当环境温度大于20°C 时，v=0（实际值为0.3v）当温度小于或等于20°C 时，v=+5v（实际值为3.5v）b．对应于T=50°C 时的检测电路由于温度越高，R 的阻值越小，信号调理输出的电压越低, 这样，采用反向电压比较器，即vo1 作用于 A 的反向输入端当环境温度没有50°C 时，vO3=0v；当环境温度大于或等于50°C 时，v=5v c. 阙值电压V 的确定：取R6=10K, Vt=Vp，带入数据1.65=10/10+R7 *5, 得到R7=20.3K,考虑到电阻的允许误差，故用阻值为50K 的电位器Rp 代替R7。
综上所述，对于A2：温度大于20 小于50°C 时，V o2=0；温度小于20°C 时，vo2=5v。
对于A3：温度大于20 小于50°C 时，V o2=0；温度大于50°C 时，vo3=5v。
我们运放A2，A3 不同的输出状态控制加热停止电路的工作，由设计要求，当温度小于20°C 时加热，当T 大于等于50°C 时停止加热，由以上分析，将A2，A3 的输出分别接 D 触发器的置数端及清零端，可达到要求。
当温度到达50°C 时，对A2，vo2=0，
对于A3，vo3=5V，74ls04 输出低电平，d 触发器输出端Q=0，停止加热，当温度从50 度减小到20°C 时，对于A2,vo2=0，vo3=0，D 触发器输出状态保持不变，停止加热。
当温度小于20°C 时，对于A2，VP>VN , Ve2=5V , 74LS04-A 输出由高电平变为低电平，D 触发器74LS74 至数端Sd=0，导致其输出端Q=“1” （实际电压值3.6~4.5），开始加热。
对于A3，VP<VN , V03=0，74LS04-B 输出维持高电平不变。
温度由20°C 逐渐上升至50°C 时。
对于A2，VP<VN, V03=0，74LS04-A 输出为高电平，D 触发器置数端Sd=1,由其输出状态不变，即Q= “1” 不变，继续加热。
对于A3，VN>VP , V03=0，74LS04-B 输出为高电平D 触发器置数端Sd=1，其输出状态仍然不变。
加热/停止加热控制模块（温度控制）加热/停止解热控制模块电路设计按如下思路进行：通过振荡器，产生持续的占空比一定的脉冲信号来控制三极管的导通。
振荡器采用NE555 构成占空比可调的多谐振荡器，电路如图所示。
其频率f0=660KHZ，多谐振荡器输出端连接到一开关电路，以控制三极管T 的导通和截止。
其工作过程如下，当T<=20°C，Q=“1”，振荡器工作。
三极管处于间歇状态，这时开关电路有间歇电流流过。
20 欧姆/3W 电阻发热，安装在它旁边的热敏电阻感受到其温度变化，并将该变化转化为相应直，以使后续电路做出判断。
在一个震荡周期，三极管导通时间是通过Rp 调节其占空比来实现的。
当20°C <T<50°C 时，由于定时器NE5554 四引脚始终是高电平，则振荡器持续工作。
开关电路间歇导
通，则热敏电阻温度持续上升。
当T>=50°C 时，定时器NE555(4 引脚)为低电平，三极管T 截止，则20 欧姆/3W 电阻无电流流过，热敏电阻温度逐渐下降。
（4）控制状态显示模块控制状态显示模块实际上是一个通过一个开关电路使加热/停止加热的两种状态通过发光二极管显示出来，74LS74 为温度检测电路中的 D 触发器74LS74 当T<=20°C 0，74LS74 ，Q=“1”，则T2 导通，T3 截止，绿灯亮，表示正在加热；当20°C <T<50°C 时，由于74LS74 输出端Q=1 不变，则绿灯持续亮，表示加热继续；当T>=50°C 时，74LS74 输出Q=0，则T2 截止。
T3 导通，红色发光二极管亮，表示加热停止。
（5）温度显示模块温度显示模块的任务是将环境温度（20°C ~50°C）在数码管上显示出来其方法时将热敏电阻温度的变化值转化为相应的电压值，然后通过三位半LED 专用A/D 转化显示芯卡。
⑶仿真图的显示如下图：
①小于20度时的仿真图如下
②温度大于50度时的仿真图如下。