计算机控制课程设计报告(电阻炉温度控制系统)
电阻炉微型计算机温度控制系统的设计
式中： 为系统控制量， 为第i-1次偏差，T为采样周期， 为积分时间，k为比例系数， 为系统基准控制量。当偏差绝对值大于这一预定门限时，舍去积分项的运算。
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系统主程序初始化时，允许INT0中断，并设置为边沿触发方式，ADC0809 EOC为中断请求信号口，中断服务程序把“转换结束”标志置位时，采用查询的方式，根据ADC0809的D0~D7的信息分别进行处理和存放。程序的每次循环，只读入一组数据。为了削弱干扰和纯滞后带来的影响，程序采用纯滞后补偿的方法，即SMITH预估控制，对读入信号进行平滑加工。显示更新程序把滤波后的温度从单片机的P0输送到显示接口电路。
结构图如图3-1所示：
图3-1电阻炉控制系统总体结构设计图
4.1
温度信号输入通道的原理图如图4-1所示。电路主要由温度传感器、运算放大器和模/数(A/D)转换器三部分组成。本方案比采用温度变送器的方案结构简单，体积小，价格低。
图4-1 温度输入信号通道
4.1.1
温度传感器采用美国DALLAS公司生产的集成化半导体传感器DS18B20。集成化传感器是新型器件，它比直接用一个PN结作传感器灵敏度高，线性好，使用方便。
图4-1中 是一种多圈式精密电位器，用作起点补偿电压调整，其输出电压等于起点温度时的信号电压，本系统起点温度为室温（大约27℃）。
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。
电阻炉炉温计算机控制
电阻加热炉温度控制系统设计 引言在工农业生产或科学实验中，温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一．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。
因此，在工农业生产或科学试验中常常对温度不仅要不断地测量，而且还进行控制．电阻炉炉温的控制.根据工艺的要求不同而有所变化.一.设计说明书1.设计的初步分析 1.1设计要求对象模型：1)(+=-s T e K s G d sd τ，T d =350s ，K d =50，τ=10s电阻加热炉功率800w ，220v 交流供电。
控温范围：50℃～350℃；保温阶段控制精度：±1℃。
1.2炉温变化过程大体上可归纳为以下几个过程：(1)自由升温段，即根据电阻炉自身条件对升温速度没有控制的自然升温过程。
(2)恒速升温段，即要求炉温上升的速度按某一斜率进行。
(3)保温段，即要求在这一过程中炉温基本保持不变。
(4)慢速降温段，即要求炉温下降的速度按某一斜率进行。
(5)自由降温段。
而每一段都有时间的要求，如图1所示。
图1 炉温变化过程1.3炉温控制要求要求电阻炉炉内的温度，应按图2所示的规律变化。
图2 炉温控制要求从室温T 0开始到a 点为自由升温段，当温度一旦到达a 点(即他t 0点)，就进入系统调节。
从b 点到c 点为保温段，要始终在系统控制之下，以保证所需的炉内温度的精度．加工结束，即由c 点到d 点为自然降温段．炉温变化曲线对各项品质指标的要求如下：● 过渡过程时间：即从升温开始到进入保温段的时间t 1≤15s ．● 超调量：即升温过程的温度最大值(T M )与保温值(T k )之差与保温值之比 kk10%T M T T σ-=≤ ● 静态误差：即当温度进入保温段后的实际温度值(T)与保温值(T k )之差与保温值之比。
电阻炉温度控制系统设计
计算机课程设计名称：电阻炉温度控制系统课程设计任务书1 引言1.1课题背景自从发现电流的热效应(即楞茨-焦耳定律)以后，电热法首先用于家用电器，后来又用于实验室小电炉。
随着镍铬合金的发明，到20世纪20年代，电阻炉已在工业上得到广泛应用。
电阻炉是利用电流使炉内电热元件或加热介质发热，从而对工件或物料加热的工业炉。
工业上用的电阻炉一般由电热元件、砌体、金属壳体、炉门、炉用机械和电气控制系统等组成。
1.2控制对象电阻炉在化工、冶金等行业应用广泛，电阻炉中最重要的被控量就是温度。
因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。
1.3功能及技术要求为了保证生产过程正常安全的进行，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，对温度不仅要不断地测量，而且还进行控制。
对温度的控制要求是先进、可靠、经济、安全，能满足热处理工艺的要求，并保证工艺的稳定和再现性，节省能源，保护环境，改善劳动环境，降低生产成本，提高机械化和自动化水平。
2 总体方案设计2.1方案设计根据设计任务的要求，采用80C51单片机系统组成的数字控制器代替常规模拟调节器。
整个系统在规定的采样时刻经过A/D 转换采集由温度传感器ADC0809反馈回来的温度反馈测量值，并和给定值进行比较，将经过控制运算后的控制量输出给执行元件控制电阻丝的加热过程。
这样的系统属于直接数字控制（Direct Digital Control ，DDC ）系统。
直接数字控制系统中的80C51单片机取代了多个模拟调节器，在不更换硬件的情况下，只要改变程序或调用不同子程序，就可实现各种复杂的控制规律。
此外，系统还应实现人机接口功能。
2.2 系统组成框图及工作原理系统的组成框图如图（2.1）所示。
整个系统由四部分组成，即：80C51单片机系统；温度检测通道；输出控制通道及报警显示系统。
微机控制课程设计--电阻炉温度控制系统设计
微机控制课程设计——电阻炉温度控制系统设计班级：学号：姓名:完成日期：2013年5月目录一．课程设计目的 .......................................................................................... 二．课程设计任务 .......................................................................................... 三．课程设计要求 ..........................................................................................四. 系统总体设计 .........................................................................................五.硬件电路设计 ..........................................................................................六.系统软件设计 ..........................................................................................七. 设计总结…………………………………………………………………八. 参考文献…………………………………………………………………九. 附录………………………………………………………………………一．课程设计目的:大学本科学生动手能力的培养和提高是大学本科教育的一个重要内容。
如何让学生在学好基础知识的同时，迅速掌握应用技术，实验与课程设计环节起着非常重要的作用。
电阻炉微型计算机温度控制系统的设计
课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：自动化学院题目: 电阻炉微型计算机温度控制系统的设计初始条件：设计一个电阻炉微型计算机温度控制系统，系统为一阶惯性纯滞后特性，温度控制要求为100℃，温度控制精度为 1℃；通过LED 显示温度；要求完成的主要任务:1．输入通道及输出通道设计（温度传感器，A/D转换，PWM输出控制和温度调节驱动电路）；2．键盘(温度设置)与LED（温度显示）接口设计；3．采用SMITH预估控制算法；4．系统软件流程及各程序模块设计；5．完成符合要求的设计说明书时间安排：2011年6月20日~2010年6月30日指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录1 控制对象及其控制性能要求 (3)2 系统控制方案的比较 (3)3 微机控制系统总体设计 (4)4.1 温度信号输入通道 (4)4.1.1 温度传感器 (5)4.1.2 运算放大器 (6)4.1.3 A/D转换器 (6)4.2 执行信号输出通道 (7)4.3 LED显示模块 (8)4.4 系统控制器电路设计 (9)5 Smith预估控制算法 (10)6 系统软件设计 (11)小结 (13)参考文献 (14)附录 (15)附录一 (15)附录二 (22)附录三 (23)电阻炉微型计算机温度控制系统的设计摘要单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。
目前，一个学习与应用单片机的高潮在全社会大规模地兴起。
学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重，本文用89C51单片机自制了一个温度控制系统，重点介绍了该系统的硬件结构，即输入通道及输出通道、LED 接口显示与主控制器的设计及编程方法。
关键词：单片机、温度传感器、模/数转换器、输入输出通道1 控制对象及其控制性能要求本系统电阻炉进行微型计算机控制，系统为一阶惯性纯滞后特性动态特性()1s Ke G s Ts τ-=+，温度控制在100℃，温度控制精度为1℃，电阻炉的温度通过LED 数码管显示。
基于SMITH-PID的电阻炉温度控制系统设计
课程设计任务书摘要 (3)第1章课程设计方案 (1)1.1 概述 (1)1.2 系统组成总体结构 (1)第2章硬件设计 (2)2.1器件选择 (2)2.2 控制器 (2)2.3电源部分 (2)2.4输入输出通道设计 (3)2.4.1温度输入电路 (3)2.4.2信号输出电路 (3)第3章软件设计 (5)3.1系统流程图 (5)3.2 PID算法流程图 (6)3.3程序流程图 (7)第4章常规PID控制器设计 (8)4.1 PID概述 (8)4.2数字PID控制器 (8)4.3 PID调节器参数对系统性能的影响 (9)第5章温度控制系统的smith预估控制器设计 (11)5.1史密斯（smith）预估控制 (11)5.2史密斯控制器方案设计 (13)第6章Smith预估补偿控制的Matlab仿真与实验 (16)6.1 Matlab仿真软件的介绍 (16)6.2采用Matlab系统仿真 (16)第7章锅炉夹套水温pid控制系统 (17)7.1 课程设计目的 (17)7.2 被控对象 (17)7.3 检测仪表 (18)7.3 执行机构 (18)7.4 控制原理框图 (19)7.5 实验内容与步骤 (20)第8章组态软件界面、逻辑、代码 (23)8.1 MCGS组态软件 (23)8.2 组态软件设计 (25)第9章数据采集硬件系统构件、连线 (26)9.1数据采集硬件系统构件 (26)9.2硬件系统连线 (26)第10章实验结果曲线及分析 (27)总结 (29)参考文献 (30)现代工业生产过程中，不少工业对象存在着纯滞后时间。
这种纯滞后时间或者是由于物料或能量传输过程中所引起的。
或者是由于对象中多容积所引起的，或者是高阶对象低阶近似后所形成的等效滞后。
在纯滞后过程中，由于过程控制通道中存在纯滞后，使得被控量不能及时反映系统所承受的扰动。
因此这样的过程必然会产生较明显的超调量和需要较长的调节时间，被公认为是较难控制的过程，其难控制程度将随着纯滞后工占整个过程动态时间参数的比例增加而增加。
温度控制系统(计算机控制课设)
中北大学课程设计任务书2012/2013学年第一学期学院：信息与通信工程学院专业：自动化学生姓名：学号：09050542 课程设计题目：温度程序控制系统设计起迄日期: 2013年1 月7日~2013年1 月18日课程设计地点:中北大学指导教师:张艳兵张秀艳系主任:王忠庆下达任务书日期: 2013年 1 月 7日课程设计任务书课程设计任务书4．主要参考文献：1、李朝青.单片机原理及接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，20052、张艳兵、赵建华、鲜浩.计算机控制技术.北京：国防工业出版社，20083 、袁保生.Protel99SE电路设计实验指导.太原：中北大学，20104、胡锦、蔡谷明、梁先宇. 单片机技术使用教程. 北京：高等教育出版社，2003.5、李勋. 单片机实用教程. 北京：北京航空航天大学出版社，2000.6、李晓莹. 传感器与测试技术. 北京：高等教育出版社,2004.5.设计成果形式及要求：课程设计说明书1份原理图和PCB图各1份程序清单1份6．工作计划及进度：起迄日期工作内容2013年1月7日~ 1月8 日 1月 9日~ 1月11日 1月12日~ 1月14 日1月 15日~ 1月16日1月 17日~ 1月18 日查阅资料，确定设计方案设计硬件电路画出流程图，编写控制程序撰写课程设计说明书课程设计答辩系主任审查意见：签字：年月日基于单片机的电炉温度检测、控制系统摘要：本文主要解决对电炉的温度进行实时检测和控制的问题。
采集电炉的温度，并控制在一定的温度。
一．原理电炉温度控制系统是闭合的反馈系统。
温控系统主要由温度传感器、温度调节仪、执行装置、被控对象四个部分组成，其系统组成框图如图1所示。
被控制对象是大容量、大惯性的电炉温度对象，是典型的滞后环节，在这里近似为包含有纯滞后的一阶滞后；由于被控对象电容量大，通常采用可控硅作调节器的执行器，图1温度控制系统结构图如下：图2二．硬件电路设计1.传感器的选择（1）铂金电阻Pt100具有高精度、高稳定、宽泛的工作温度范围。
【精品】计算机控制技术课程设计温度控制系统设计
课程设计题目温度控制系统设计学院自动化学院专业自动化专业班级姓名指导教师2014年6月24日课程设计任务书题目：温度控制系统设计要求完成的主要任务:被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小,来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。
可控硅控制器输入为0－5伏时对应电炉温度0－300℃，温度传感器测量值对应也为0－5伏，对象的特性为二阶惯性系统,惯性时间常数为T1＝20秒，滞后时间常数为τ＝10秒。
1）设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图；2）编写积分分离PID算法程序，从键盘接受K p、T i、T d、T及β的值；3）通过数据分析T i改变时对系统超调量的影响.4）撰写设计说明书。
时间安排:6月9日查阅和准备相关技术资料,完成整体方案设计6月10日—6月12日完成硬件设计6月13日-6月15日编写调试程序6月16日-6月17日撰写课程设计说明书6月18日提交课程设计说明书、图纸、电子文档指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日本次课程设计我设计的题目是温度控制系统。
通过专业课程的学习，我将引入计算机，单片机,传感器，以及PID算法来实现电炉温度的自动控制，完成课程设计的任务.计算机的自动控制是机器和仪表的发展趋势,它不仅解放了劳动力，也比以往的人为监控更准确,更及时。
一旦温度发生变化，计算机监控系统可以立即检测到并通过模拟量数字通道传送到计算机。
计算机接收到信号后通过与给定值进行比较后，计算出偏差，再通过PID控制算法给出下一步将要执行的指令。
最后通过模拟量输出通道将指令传送到生产过程，实现机器仪表的智能控制.本次课程设计用到了MATLAB这一软件，通过编写程序，将被控系统离散化。
再通过MATLAB中的simulink 仿真功能，可以看到随着Ki,Kp，Kd改变波形发生的改变,从而可以通过波形直观地看出PID参数对系统动态性能的影响。
计算机控制技术课程设计(整理版)
电阻加热炉温度控制系统设计一、摘要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。
电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。
间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件，电流通过加热元件时产生热量，再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。
直接加热式电阻炉，是将电源直接接在所需加热的材料上，让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。
工业电阻炉，大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。
由于电阻炉具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场分布均匀、环保等优点，应用十分广泛。
二、总体方案设计1、设计任务：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，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。
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。
电阻炉温度控制系统设计
计算机控制课程设计报告设计题目：电阻炉温度控制系统设计姓名：学号：班级：指导教师：完成时间：目录1.概述 (3)1.1电阻炉简介 (3)1.2电阻炉加热原理 (3)2.方案的比较和确定 (3)3.电阻炉温度控制系统简介 (4)3.1系统的介绍 (4)3.2技术指标 (5)4.控制算法 (5)4.1控制算法的确定 (5)4.2数学模型的建立 (6)5.系统总体设计 (6)6.硬件系统设计 (7)6.1温度输入电路 (7)6.2执行信号输出电路 (8)6.3系统控制器电路 (8)6.4显示模块 (9)6.5报警模块 (10)7.软件系统设计 (11)8.Matlab/Simulink仿真 (12)9.不同控制算法的Simulink仿真 (16)9.1PID控制算法simulink仿真 (16)9.2Dahlin控制算法simulink仿真 (17)9.3Smith控制算法simulink仿真 (18)10.总结与感想 (19)参考文献 (21)附录一 (21)附录二 (22)附录三 (29)电阻炉温度控制系统设计1.概述电阻炉是工农业生产中常用的电加热设备，广泛应用于冶金、机械、建材等行业，而大功率的电阻炉则应用在各种工业生产过程中。
然而，大多数电阻炉存在着各种干扰因素，将会给工业生产带来极大的不便。
因此，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，选择合适的芯片及控制算法是非常有必要的。
随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。
本设计以89C51单片机为核心控制器件，以ADC0809作为A/D转换器件，采用闭环直接数字控制算法，通过控制可控硅来控制热电阻，进而控制电炉温度，最终设计出一个电阻炉微型计算机温度控制系统。
1.1电阻炉简介电阻炉是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化工件和物料的热加工设备。
电阻炉微型计算机温度控制系统设计.
学号：0121011360211课程设计电阻炉微型计算机温度控制题目系统的设计学院专业班级姓名指导教师2013 年7 月 4 日课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：石云工作单位：题目: 电阻炉微型计算机温度控制系统的设计初始条件：设计一个电阻炉微型计算机温度控制系统，系统为一阶惯性纯滞后特性（参数自定），温度控制要求为500℃，温度控制精度为 1℃；通过LED 显示温度；要求完成的主要任务:1．输入通道及输出通道设计；2．LED接口设计；3．采用改进PID控制算法；1．系统软件流程及各程序模块设计并用仿真软件演示；4．完成符合要求的设计说明书。
时间安排：2013年6月25日~2013年7月4日指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录1 控制对象 (3)1.1控制对象介绍 (3)1.2 控制性能要求 (3)2方案的比较和确定 (3)3统软硬件设计 (4)3.1总体设计 (4)3.2温度检测电路 (4)3.3 控制信号输出通道 (5)3.4 LED显示电路 (6)4 系统软件设计 (7)4.1 程序流程图 (7)4.2控制算法 (8)5基MATLAB仿真被控对象 (10)6.心得体会 (12)参考文献 (13)附录一电路图 (15)附录二程序代码 (16)摘要当今社会，随着产品的精细化，温度对产品的影响原来越受到人们的关注，于是，温度控制成为了工业生产中重要的控制参数之一。
这样，一个能够精确控制温度的系统成为人们迫切的需要，它将能够广泛的被使用于的各种加热炉、精密器件制造、甚至于食品行业等。
本次试验便以电阻炉的温度控制为例，试图探求一个具有良好稳定性的温度控制系统。
本次试验以C51单片机为核心，采用温度变送器桥路和固态继电器控温电路，该控制系统具有硬件成本低、控温精度较高、可靠性好、抗干扰能力强等特点。
基本的想法是：C 51单片机能够按要求对电阻炉进行实时监测和控制算法的确定，发出准确的控制命令；A /D转换芯片将得到的模拟量转化为数字量；单片机对数字量进行处理，得到应有的控制量，去控制加热功率，从而实现对温度的控制。
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计算机控制课程设计报告设计题目：电阻炉温度控制系统设计年级专业： 09级测控技术与仪器**：**学号： P********任课教师：**电阻炉温度控制系统设计0.前言随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，特别是微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，利用单片机来改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。
温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化工、机械、食品等领域。
温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。
因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。
本设计就是利用单片机来控制高温加热炉的温度，传统的以普通双向晶闸管（SCR）控制的高温电加热炉采用移相触发电路改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率，达到自动控制电加热炉温度的目的。
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”。
采用固态继电器控温电路，通过单片机控制固态继电器，其波形为完整的正弦波，是一种稳定、可靠、较先进的控制方法。
为了降低成本和保证较高的控温精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零点迁移、冷端补偿功能的温度变送器桥路，使实际测温范围缩小。
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，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。
采用单片机进行温度控制，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随着单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。
单片机已经无处不在、与我们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面。
1.课程设计任务项目设计：电阻炉温度控制系统设计以在工业领域中应用较为广泛的电阻炉为被控对象，采用MCS—52单片机实现电阻炉温度计算机控制系统的设计，介绍电阻炉温度计算机控制系统的组成，并完成系统总体控制方案和达林算法控制器的设计，给出系统硬件原理框图和软件设计流程图等。
1.1电阻炉组成及其加热方式电阻炉是工业炉的一种，是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化元件或物料的热加工设备。
电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成，炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。
由于炉子的种类不同，因而所使用的燃料和加热方法也不同;由于工艺不同，所要求的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同，对控温精度要求不同，因而控制系统的组成也不相同。
电气控制系统包括主机与外围电路、仪表显示等。
辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，因炉种的不同而各异。
电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。
间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件，电流通过加热元件时产生热量，再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。
直接加热式电阻炉，是将电源直接接在所需加热的材料上，让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。
工业电阻炉，大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。
由于电阻炉具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场分布均匀、环保等优点，应用十分广泛。
1.2控制要求本系统中所选用的加热炉为间接加热式电阻炉，控制要求为:（1）采用一台主机控制8个同样规格的电阻炉温度;（2）电炉额定功率为20 kW;（3）恒温正常工作温度为1000℃，控温精度为±1%;（4）电阻炉温度按预定的规律变化，超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性;（5）具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±1℃;（6）具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。
二、系统总体设计根据题目要求,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。
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。
系统总体框图如下。
2.1核心处理模块——单片机该部分的功能不仅包括向温度传感器写入各种控制命令、读取温度数据、数据处理，同时还要对执行单元进行控制。
单片机是整个系统的控制核心及数据处理核心。
选择单片机的理由：单片机的特点是体积较小，也就是其集成特性，其内部结构是普通计算机系统的简化，增加一些外围电路，就能够组成一个完整的小系统，单片机具有很强的可扩展性。
它具有和普通计算机类似的、强大的数据处理功能，通过使用一些科学的算法，可以获得很强的数据处理能力。
所以单片机在工业应用中，可以极大地提高工业设备的智能化、数据处理能力和处理效率，而且单片机无需占用很大的空间。
2.2温度信号采集与传感器本部分的主要作用是用传感器检测模拟环境中的温度信号，温度传感器上电流将随环境温度值线性变化。
再把电流信号转换成电压信号，使用A/D转换器将模拟电压信号转换成单片机能够进行数据处理的数字电压信号，本设计采用的是数字温度传感器，以上过程都在温度传感器内部完成。
2.3人机交互及串口通信人机交换的目的是为了提高系统的可用性和实用性。
主要包括按键输入、输出显示。
通过按键输入完成系统参数设置，而输出显示则完成数据的显示和系统提示信息的输出，串口通信的主要功能是完成单片机与上位机的通信，便于进行温度数据统计，为将来系统功能的扩展做好基础工作。
2. 4控制执行单元是单片机的输出控制执行部分，根据单片机数据处理的结果，驱动继电器控制外部设备，可以达到超温报警及升温或者降温目的，使环境温度始终保持在一个范围之内。
根据温度变化慢,并且控制精度不易掌握的特点,我们设计了以AT89S52单片机为检测控制中心的电热锅炉温度自动控制系统。
温度控制采用改进的PID数字控制算法,显示采用8位LED动态显示。
三、硬件电路设计硬件电路如图所示：硬件系统主要由AT89S52单片机、温度采集、A／D转换、键盘显示电路、报警等功能电路组成。
3.1、核心部分单片机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。
3.2、温度采集转换模块温度采集电路主要由铂铑-铂热电偶LB-3。
LB-3热电偶可以在1300℃高温下长时间工作，满足常规处理工艺要求。
测温时，热电阻输出mV热电势，必须经过变送器变换成0-5V 的标准信号。
本系统选用DWB型温度变送器，并将其直接安装在热电偶的接线盒内，构成一体化的温度变送器，不仅可以节省补偿导线，而且可以减少温度信号在传递过程中产生的失真和干扰。
电阻炉炉温信号是一种变换缓慢的信号。
这种信号在进行A/D转换时，对转换速度要求不高。
因此为了减低成本以及方便选材，可以选用廉价的、常用的A/D芯片ADC0809，ADC0809是一种逐次逼近式8路模拟输入、8为数字输出地A/D转换器件，转换时间为100us，完全满足系统设计的要求。
经过ADC0809转换所得到的实测炉温数据直接送入AT89S52单片机中进行数据处理。
此外，为了防止断偶或者炉温越限，产生热处理质量事故；同时为了提高温控系统的智能化控制性能，降低热处理操作人员的劳动强度，本系统特别设置了断偶或炉温越限自动报警电路。
在热处理生产过程中，当发生断偶或炉温越限等异常现象时，主控单元AT89S52单片机自动启动报警电路进行声、光报警，以便操作人员快速处理，防止炉内工件过热，破坏金属组织结构。
3.3、AC—SSR交流功率调节电路由输出来控制电炉,电炉可以近似建立为具有滞后性质的一阶惯性环节数学模型。
其传递函数形式为：其中时间常数T=350秒，放大系数K=50，滞后时间t=10秒。
为了避免交流接触器等机械触电因频繁通断产生电弧，烧坏触电或者干扰其他设备正常工作，本系统选用AC-SSR交流功率调节器作为PID控制系统的执行机构。
AT89S52单片机P1.0口输出的温度控制信号经过光电耦合器件隔离，送至过零检测电路。
过零检测电路产生脉冲控制AC-SSR调功电路。
当实测温度偏低时，单片机输出的控制信号使得双向可控硅的导通角减小，导通时间变短，加热器功率降低炉温适当降低。
通过控制输入到加热器平均功率的大小达到控制电阻炉炉温的目的。
控制执行部分的硬件电路如下图3.4键盘模块电路采用4×4矩阵键盘接单片机的P1口，然后实现对设定温度的修改，将它与实际温度进行对比，实现要求的功能。
矩阵键盘如下图3所示：3.5 A/D转换电路如图所示：3.6 变送电路3.6.1、4~20mA变送器XTR101XTR101为4~20mA线性化变送器，它可与镍络-镍硅测温传感器构成精密的T/I变换。
器件中的放大器适合很宽的测温范围，在-40℃~+85℃的工作温度内，传送电流的总误差不超过1%，供电电源可以从11.6V到40V,输入失调电压<±2.5mV，输入失调电流<20nA。
XTR101外形采用标准的14脚DIP封装。
XTR101有如下两种应用于转换温度信号的典型电路：3.6.2、I/V转换器RCV420RCV420是一种精密电流/电压变换器，它能将4~20mA的环路电流变为0~5V的电压输出，并且具有可靠的性能和很低的成本。
除具有精密运放和电阻网络外，还集成有10V基准电源。
对环路电流由很好的变换能力。
具有-25℃~+85℃和0℃~70℃的工作温度范围，输入失调电压<1mA，总的变换误差<0.1%，电源电压范围±5~±18V。
RCV420的外形采用标准的16脚DIP 封装。
它的典型应用如下：四、系统软件设计系统的软件由三大模块组成：主程序模块、功能实现模块和运算控制模块。
4.1 主程序模块主程序流程图4.2 功能实现模块以用来执行对可控硅及电炉的控制。
功能实现模块主要由A／D转换子程序、中断处理子程序、键盘处理子程序、显示子程序等部分组成。
4.2.1T0中断子程序该中断是单片机内部100ms定时中断,优先级设为最高,是最重要的子程序。
在该中断响应中,单片机要完成调用PID算法子程序且输出PID计算结果等功能。