计算机控制技术-温度控制系统设计

电气工程及其自动化专业计算机控制技术课程设计

说明书规范（学生用）

1、说明书基本格式

说明书规定所有文字内容为打印稿，各曲线和轨迹用MATLAB软件绘制。

2、说明书结构及要求

（1）封面

包括：题目、系别、班级、完成日期、成绩及指导教师（签字）、学生姓名等项。

（2）目录

要求层次清晰，给出标题及页次。

打印时各章题序及标题用小4号黑体, 其余用小4号宋体。行间距为固定值18磅，段前段后0行。

（3）正文（课程设计报告要求）

正文应按照目录所确定的顺序依次撰写

设计报告要写出详细的设计步骤，每步设计时用到的理论依据和结果，要求计算机辅助设计过程包括Simulink仿真框图，利用Matlab语言对系统进行辅助设计、仿真和调试。

（4）参考文献（4-6篇）

中外文参考文献按下述顺序和格式书写：

[1]申晋，朱维申等．三峡永久船闸高边坡岩体裂隙分布的分形研究．岩土力学学报，1998，

20(5):35—39

[2]毛昶熙，周名德等．闸坝工程水力学与设计管理.北京：水利电力出版社，1995：8—9

英文参考文献及期刊杂志

[3]Tanzi，Vito．Theory and policy：A comment on Dixie and on current tax theory．International

Monetary and Fund Staff Paper (IMF), V ol.39, No.4, 1992: 957-966

著作按下述格式书写：

[4]Rudiger Dorbusch．Policy making in the Open Economy．Oxford University Press Inc., 1993:

149

3、装订要求

（1）沿左侧装订；

（2）装订顺序：封面、任务书、目录、正文、参考文献。

天津城建大学

课程设计任务书

2013 —2014 学年第 2 学期

控制与机械工程 学院 电气工程及其自动化 专业 电气2011级 1班 课程设计名称： 计算机控制技术课程设计13

设计题目： 温度控制系统设计 完成期限：自 2014 年 7 月 7 日至 2014 年 7 月 11 日共 1 周

设计依据、要求及主要内容：

热阻丝加热电炉是利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加电压，改变流经热阻丝的电流，从而改变炉内温度。

可控硅控制器输入0-5V 时，对应炉内温度0-300°，温度传感器的测量值对应也是0-5V 。被控对象的特性是二阶惯性系统，惯性时间常数20s. 基本要求：

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，从键盘上接受p K ，i T ，d T ，

采样周期T 和阈值 ；

3. 计算机仿真被控对象，编写仿真程序；

4. 通过数据分析T 的改变对超调量的影响；

5. 总结与思考

6. 撰写课程设计说明书。

指导教师（签字）：

教研室主任（签字）：

批准日期：2014年6月18日

目录

一、设计任务及要求 (1)

二、方案比较论证 (1)

三、系统硬件设计 (2)

3.1 系统硬件结构 (2)

3.2系统硬件的选择 (2)

3.3 系统硬件连接图 (3)

四、系统软件设计 (4)

4.1 确定程序流程 (4)

4.2 程序控制算法介绍 (6)

五、系统仿真 (8)

六、心得与体会 (10)

七、参考资料 (10)

温度控制系统设计

一、设计任务及要求

热阻丝加热电炉是利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加电压，改变流经热阻丝的电流，从而改变炉内温度。

可控硅控制器输入0-5V 时，对应炉内温度0-300°，温度传感器的测量值对应也是0-5V 。被控对象的特性是二阶惯性系统，惯性时间常数20s.

基本要求：

7. 设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图；

8. 编写积分分离PID 算法程序，从键盘上接受p K ，i T ，d T ，采样周期T 和阈值β；

9. 计算机仿真被控对象，编写仿真程序；

10. 通过数据分析T 的改变对超调量的影响；

11. 总结与思考

12. 撰写课程设计说明书。

二、方案比较论证

用温度传感器来检测炉的温度，将炉温转变成毫伏级的电压信号，经温度变送器放大并转换成电流信号。由电阻网络讲电流信号变成电压信号，送入A/D 转换器，通过采样和模数转换，所检测到的电压信号和炉温给定值的电压信号送入计算机程序中作比较，得出给定值与实际值之间的偏差，并与β进行比较，从而确定算法。计算得到的控制量输出给可控硅控制器，改变可控硅的导通角，达到调压的目的，是电阻丝两端的电压增大或较小，进而实现对炉温的控制。

方案一：热电偶温度自动控制系统。

方案二：数字温度传感器温度控制系统。

这两个方案都是采用单片机控制，两个方案的比较部分为温度检测部分。

方案一温度检测部分检测部分采用热电偶，它需要冷端补偿电路与其配套，并且热电偶输出电压只有几毫负，必须经过放大处理才能A/D 转换和D/A 转换器接口，若采用8位A/D 转换器，ADC0809则输人端需采用仪用放大器，把几毫伏的电压信号放大到5伏左右。由于热电偶属于非线性器件，因此每个温度值都必须通过分度表，查表才能获得，这给软件编程和数据处理增加了难度。这种系统具有测量温度范围可以从零下一百度到早上千摄氏度，而且有很多热电偶精度非常高这是这种测量系统的优点。但构成系统复杂，抗干扰能力不强。 方案二采用数字温度传感器DS18B20，它的最高分辨率为12位，可识别0.0625摄氏度的温度。它具有直接输出数字信号和数据处理，并且它和单片机接口只需要一位I/O 口，因此由它构成的系统简单使用，由于DS18B20，按照工业设计要求设计，抗干扰性能强。但温度测量范围从C C 00125~55--。