温控系统的设计及仿真开题报告.doc

信息与电子工程系毕业设计(论文)毕业设计(论文)开题报告信电系电气专业03级1班课题名称：PID温控系统的设计与仿真毕业设计(论文)起止时间：2006年2月20日6月8日(共16周)学生姓名：学号：2指导教师：报告日期：信息与电子工程系毕业设计(论文)1本课题所涉及的问题在国内(外)的研究现状综述在工业生产中,电流、电压、温度、压力等都是常用的主要被控参数。可是由于温度自身的一些特点,如惯性大、滞后现象严重、难以建立精确的数学模型等,使控制系统性能不佳。采用单片机来对它们进行控制，不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。目前，应用大规模集成电路和计算机技术对温度量的控制，向着智能化、小型化和多功能的方向发展，其控制系统亦日趋简洁。以往的理论和实践均证明了：在连续控制系统中，当对象为一阶和二阶惯性环节或同时带有滞后时间不大的滞后环节时，PID控制算法是一种比较好的控制方法。传统模拟系统中的控制器设计己有一套成熟的方法，其中以PID控制器为代表。PID控制器具有原理简单、易于实现、适用范围广等优点。而温度对象一般都可以看作是纯滞后时间的一阶惯性环节，用PID控制算法就可以对其进行很好的调节。本设计提出的单片机温度控制系统，是以MCS51系列单片机为核心控制系统，并选择其他较好的电子电路形成前、后向通道，要求该系统具有较大的测温范围，并且对温度的调节精度要偏高于其他温控系统，控制的效果用MATLAB仿真功能来验证。信息与电子工程系毕业设计(论文)2设计(论文)要解决的问题和拟采用的研究方法温度是生产过程和科学实验中非常普遍而又十分重要的物理参数。在工业生产过程中，为了高效地进行生产，必须对生产工艺过程中的主要参数，如温度、压力、流量、速度等进行有效的控制，其中温度控制在生产过程中占有相当大的比例。准确地测量和有效地控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件。而且在我们的日常生活中也使用微波炉、电烤箱、电热水器、空调等家用电器，温度与我们息息相关。可是由于温度自身的一些特点,如惯性大、滞后现象严重、难以建立精确的数学模型等,使控制系统性能不佳。在关于温度控制的绝大部分文献资料中，控制结果都是有超调的，而且很多时候超调量较大，基于这一特点，研究一种控制方案，将其用于大部分温控场合，都能达到零超调，且调节时间快，稳态误差也非常小的理想效果。另一方面也是基于控制实验室建设的需求，将其用于对实验电烤箱温度进行控制，达到调节时间短、超调量为零且稳态误差在±1内的技术要求。本设计提出的单片机温度控制系统，是以MCS51系列单片机为核心控制系统，并选择其他较好的电子电路形成前、后向通道，要求该系统具有较大的测温范围，并且对温度的调节精度要偏高于其他温控系统，控制的效果用MATLAB仿真功能来验证。1前向通道前向通道是系统获取信息数据的组成部分，它的性能好坏直接决定了整个系统的精度，而且一旦产生较大误差，将无法消除。本设计拟采用性能较好的热电偶测温装置，采用查表法处理热电偶电势与温度值间的非线性。辅加冷端温度补偿器，再配测量放大器、4位半（相当于14bit）的A/D转换通道等组成。其整体性能应可满足工业高温电炉的测控要求0.1%。2.单片机中央控制系统这是整个系统的核心控制部分，数据的分析利用等都是通过这个中央处理系统来完成的。它的硬件计划主要包括MCS51单片机、8155扩展芯片两部分，整个系统的软件部分也都在这个单片机中实现，包括采样炉温、读入数据、数据线性化处理、数字滤波、PID运算、报警以及显示、键盘程序、移相触发等。3.后向通道后向通道是系统实现控制，实现调温的执行部分，计划采用移相型触发脉冲三相全控桥控温电路构成。A/D转换后的数字量读入单片机后经PID算法处理，再经过查表得到全控桥的控制角由T1控制。即通过控制导通角来控制输出电压从而达到控温的目的，当角为0度时功率达到100%。4.人机交互通道包括LED显示器与键盘及报警蜂鸣器，5.其它除以上所述，还应考虑复位电路时钟电路、滤波设计、掉电保护和报警电路等附属部分，以保证系统的安全运行。信息与电子工程系毕业设计(论文)3本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路（一）、传感器选型（二）、温度检测、前置放大、A/D转换、三相同步及过零检测等元件及电路的选择（三）、MCS51单片机扩展系统的形成(四）、LED显示器及键盘的接口技术（五）、PID数字控制器。(六)、MATLAB仿真