第四章计算机控制实例
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给电阻炉加热元件供电的单相交流电源功率。
第四章计算机控制实例
4.1.2控制策略
⑴可控硅控制方式
u
采用检测交流电源的过零信 (a)
t
号，同步触发可控硅。通过
调整一定时间内可控硅的导
通周期个数，改变加热元件
的功率，达到控制温度的目 (b)
t
的。以八位二进制数所能表
uL
示的最大数255作为可控硅
(c)
t
N
周期计数器=0？ 触发计数器=Pn 进程计时器加一
中断返回
4.2半导体气相沉积外延生长控制系统
4.2.1 GaN基发光二极管及工艺. 4.2.2MOCVD反应室结构. 4.2.3控制系统的功能和构成.
第四章计算机控制实例
4.2.1 GaN基发光二极管及工艺
⑴ GaN基高亮度发光二极管（LED）
⑵ GaN基LED工艺流程
外延
分割
封装
光刻 淀积
第四章计算机控制实例
⑶ GaN基LED外延工艺
采用MOCVD工艺在蓝宝石基片上生长N型GaN和 P型GaN层以及多量子阱。
进程识别模块块
N
采样时间到？ 执行数据采样模块功能 执行数据显示模块功能 执行PID计算模块功能
控制进程完成？
参数输入模块：判断、识别按键状态。输入温度变化过程 控制参数和发出启停命令。
控制进程识别模块：按照设定的温度控制参数，执行温度 设定值控制和维相应持时间，保持升降温度递变梯度。
数据采样模块：每5.1秒（含完整的2个控制执行周期）启 动模数转换器对温度进行采样，同时对环境温度也采样一 次，进行热电偶冷端补偿。
pn 1K pen 1K I eiK D (en 1en 2) i 0
用Pn-Pn-1表示第n次输出量的增量算式为：
p n p n p n 1 K p ( e n e n 1 ) K I e n K D ( e n e n 1 e n 2 )
则第n次输出量：
pn pnpn1
加热控制的分段算式为：
pn PP nn1 1K KPP((eennP een m n1 1 ， )a) x eK nK ID e1n(en0 。 C K ， D en( e10n , ； eenenn 121) 0 。 5C ,e。 C n2|)e|,ne|n |150 。 。 C C
Pn1,ex 2。 C
pnKpenT TS I i n0ei T TD S(enen1)
若令： KI= KP（TБайду номын сангаас / TI ）为积分系数；KD= KP（TD／TS） 为微分系数，则上式可写为：
n
pnKpenKI eiKD(enen1) i0
第四章计算机控制实例
根据递推原理，可写出n一l次的PID输出表达式：
n 1
第四章计算机控制实例
第四章、材料制备计算机控制应用实例
4.1单片机电阻炉温度控制系统.
4.2半导体气相沉积外延生长控制系统 . 4.3浮法玻璃生产线集散控制系统.
第四章计算机控制实例
4.1单片机电阻炉温度控制系统
4.1.1系统构成. 4.1.2控制策略. 4.1.3程序设计.
第四章计算机控制实例
存储器。只读存储器中存放控制程序、数据表格 等，随机存储器存放采样数据和中间计算过程； 数字显示器由八位七段LED显示器和锁存器组成， 可以同时显示四位炉温值和四位设定温度值； 配置了几个专用设置按键，用以设定温度值和升 降温时间段 ； 电阻炉加热元件采用硅碳棒，炉温检测使用铂-铑 铂热电偶，温度检测控制范围0～1200℃。
数据显示模块：系统把0－1200℃范围内的电势温度特性 曲线分成基本成线性的75段，把每 隔16℃一点的热电势对 应A/D转换值以表格形式存入只读存储器中。该数值经过 查表和线性插值运算可得到相应的炉温值，再经过二-十 进制变换和显示字形变换，显示出正确的温度值。
第四章计算机控制实例
PID计算模块：根据采样变 换得到的温度值与设定值的 差值和当前的工作模式（升 温、降温、保温）进入不同 的计算公式进行计算，得到 控制输出值（控制周期可控 硅导通半周期数）。
控制周期所能导通的最大半
周期数，控制周期时间为
2550ms，可控硅最小导同时 (d)
t
间是10ms.
第四章计算机控制实例
⑵控制算法
依据温度控制过程不同的变化阶段，采用不同的算法。保 温阶段且差值较小时使用PID算法；升、降温和有中等差 值时采用PD算法；差值较大时直接采用双位控制。常规 离散PID算式为：
GaN基蓝光LED产品的出现从根本上解决了发光二极管三 基色缺色的问题，是全彩显示不可缺少的关键器件。蓝光 LED具有体积小、冷光源、响应时间短、发光效率高、防 爆、节能、使用寿命长（使用寿命可达10万小时以上）等 特点。同时又是白光LED的基础，成为光电子新兴产业中 极具影响的产品。
第四章计算机控制实例
第四章计算机控制实例
4.1.3程序设计
控制程序使用51系列 单片机汇编语言编制。 为便于修改，使程序 易读，程序使用模块 化结构。按照功能分 为参数输入、控制进 程识别、数据采样、 数据显示、PID计算、 输出和报警等七个模 块。
第四章计算机控制实例
主程序
系统初始化
N
有键输入？ 参数输入模块块
N
控制起动？
输出控制模块：以交流电源 过零信号为中断触发信号， 按照输出值在控制周期内发 出相应次数的触发可控硅导 通信号。
报警模块：判断温度值是否 超出上下限，超限则对超限 次数计数，超过一定次数发 出超限报警。
第四章计算机控制实例
过零信号中断服务
Y
触发计数器=0？ 触发可控硅导通 触发计数器减一 周期计数器减一
4.1.1系统构成
控制系统由单片机、外围电路、双向可控硅和 电阻炉四部分组成。
交流电源
双向可控硅
数字显示器
设置按键
电 加热元件 阻
炉
触发电路
同步电路 热电偶信号 信号放大
存
单片机
储
器
A/D转换器
第四章计算机控制实例
单片机采用MCS—51系列Intel8031 ； 存储器包括8K字节的只读存储器和8K字节的随机
第四章计算机控制实例
热电偶输出信号经过一个放大电路，使检测信号 与模拟数字转换电路输入信号相匹配（一般是0～ 5V）；
模拟数字转换电路使用多路 12位转换电路，在 0～1200℃测温范围内分辨率约为0.3℃；
同时对环境温度采样，解决热电偶冷端温度补偿； 温度控制通过触发双向可控硅导通周期数调整供
第四章计算机控制实例
4.1.2控制策略
⑴可控硅控制方式
u
采用检测交流电源的过零信 (a)
t
号，同步触发可控硅。通过
调整一定时间内可控硅的导
通周期个数，改变加热元件
的功率，达到控制温度的目 (b)
t
的。以八位二进制数所能表
uL
示的最大数255作为可控硅
(c)
t
N
周期计数器=0？ 触发计数器=Pn 进程计时器加一
中断返回
4.2半导体气相沉积外延生长控制系统
4.2.1 GaN基发光二极管及工艺. 4.2.2MOCVD反应室结构. 4.2.3控制系统的功能和构成.
第四章计算机控制实例
4.2.1 GaN基发光二极管及工艺
⑴ GaN基高亮度发光二极管（LED）
⑵ GaN基LED工艺流程
外延
分割
封装
光刻 淀积
第四章计算机控制实例
⑶ GaN基LED外延工艺
采用MOCVD工艺在蓝宝石基片上生长N型GaN和 P型GaN层以及多量子阱。
进程识别模块块
N
采样时间到？ 执行数据采样模块功能 执行数据显示模块功能 执行PID计算模块功能
控制进程完成？
参数输入模块：判断、识别按键状态。输入温度变化过程 控制参数和发出启停命令。
控制进程识别模块：按照设定的温度控制参数，执行温度 设定值控制和维相应持时间，保持升降温度递变梯度。
数据采样模块：每5.1秒（含完整的2个控制执行周期）启 动模数转换器对温度进行采样，同时对环境温度也采样一 次，进行热电偶冷端补偿。
pn 1K pen 1K I eiK D (en 1en 2) i 0
用Pn-Pn-1表示第n次输出量的增量算式为：
p n p n p n 1 K p ( e n e n 1 ) K I e n K D ( e n e n 1 e n 2 )
则第n次输出量：
pn pnpn1
加热控制的分段算式为：
pn PP nn1 1K KPP((eennP een m n1 1 ， )a) x eK nK ID e1n(en0 。 C K ， D en( e10n , ； eenenn 121) 0 。 5C ,e。 C n2|)e|,ne|n |150 。 。 C C
Pn1,ex 2。 C
pnKpenT TS I i n0ei T TD S(enen1)
若令： KI= KP（TБайду номын сангаас / TI ）为积分系数；KD= KP（TD／TS） 为微分系数，则上式可写为：
n
pnKpenKI eiKD(enen1) i0
第四章计算机控制实例
根据递推原理，可写出n一l次的PID输出表达式：
n 1
第四章计算机控制实例
第四章、材料制备计算机控制应用实例
4.1单片机电阻炉温度控制系统.
4.2半导体气相沉积外延生长控制系统 . 4.3浮法玻璃生产线集散控制系统.
第四章计算机控制实例
4.1单片机电阻炉温度控制系统
4.1.1系统构成. 4.1.2控制策略. 4.1.3程序设计.
第四章计算机控制实例
存储器。只读存储器中存放控制程序、数据表格 等，随机存储器存放采样数据和中间计算过程； 数字显示器由八位七段LED显示器和锁存器组成， 可以同时显示四位炉温值和四位设定温度值； 配置了几个专用设置按键，用以设定温度值和升 降温时间段 ； 电阻炉加热元件采用硅碳棒，炉温检测使用铂-铑 铂热电偶，温度检测控制范围0～1200℃。
数据显示模块：系统把0－1200℃范围内的电势温度特性 曲线分成基本成线性的75段，把每 隔16℃一点的热电势对 应A/D转换值以表格形式存入只读存储器中。该数值经过 查表和线性插值运算可得到相应的炉温值，再经过二-十 进制变换和显示字形变换，显示出正确的温度值。
第四章计算机控制实例
PID计算模块：根据采样变 换得到的温度值与设定值的 差值和当前的工作模式（升 温、降温、保温）进入不同 的计算公式进行计算，得到 控制输出值（控制周期可控 硅导通半周期数）。
控制周期所能导通的最大半
周期数，控制周期时间为
2550ms，可控硅最小导同时 (d)
t
间是10ms.
第四章计算机控制实例
⑵控制算法
依据温度控制过程不同的变化阶段，采用不同的算法。保 温阶段且差值较小时使用PID算法；升、降温和有中等差 值时采用PD算法；差值较大时直接采用双位控制。常规 离散PID算式为：
GaN基蓝光LED产品的出现从根本上解决了发光二极管三 基色缺色的问题，是全彩显示不可缺少的关键器件。蓝光 LED具有体积小、冷光源、响应时间短、发光效率高、防 爆、节能、使用寿命长（使用寿命可达10万小时以上）等 特点。同时又是白光LED的基础，成为光电子新兴产业中 极具影响的产品。
第四章计算机控制实例
第四章计算机控制实例
4.1.3程序设计
控制程序使用51系列 单片机汇编语言编制。 为便于修改，使程序 易读，程序使用模块 化结构。按照功能分 为参数输入、控制进 程识别、数据采样、 数据显示、PID计算、 输出和报警等七个模 块。
第四章计算机控制实例
主程序
系统初始化
N
有键输入？ 参数输入模块块
N
控制起动？
输出控制模块：以交流电源 过零信号为中断触发信号， 按照输出值在控制周期内发 出相应次数的触发可控硅导 通信号。
报警模块：判断温度值是否 超出上下限，超限则对超限 次数计数，超过一定次数发 出超限报警。
第四章计算机控制实例
过零信号中断服务
Y
触发计数器=0？ 触发可控硅导通 触发计数器减一 周期计数器减一
4.1.1系统构成
控制系统由单片机、外围电路、双向可控硅和 电阻炉四部分组成。
交流电源
双向可控硅
数字显示器
设置按键
电 加热元件 阻
炉
触发电路
同步电路 热电偶信号 信号放大
存
单片机
储
器
A/D转换器
第四章计算机控制实例
单片机采用MCS—51系列Intel8031 ； 存储器包括8K字节的只读存储器和8K字节的随机
第四章计算机控制实例
热电偶输出信号经过一个放大电路，使检测信号 与模拟数字转换电路输入信号相匹配（一般是0～ 5V）；
模拟数字转换电路使用多路 12位转换电路，在 0～1200℃测温范围内分辨率约为0.3℃；
同时对环境温度采样，解决热电偶冷端温度补偿； 温度控制通过触发双向可控硅导通周期数调整供