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PID温控系统的设计及仿真(MATLAB)【1张CAD图纸+程序+毕业论文】

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PID 温控系统 设计 仿真 matlab cad图纸 程序 毕业论文 PID温控系统
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PID温控系统的设计及仿真(MATLAB)

41页 19000字数+说明书+任务书+开题报告+文献综述+1张CAD图纸【详情如下】

PID温控系统的设计及仿真(MATLAB)开题报告.doc

PID温控系统的设计及仿真(MATLAB)文献综述.doc

PID温控系统的设计及仿真(MATLAB)论文.doc

PID温控系统的设计图.dwg

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目   录

第1章  引言1

1.1  课题的提出及意义1

1.2  文献综述1

1.2.1  工业温度控制发展简介1

1.2.2  温度微机控制系统控制方案1

1.2.3  目前快速发展的一些具体温控方案2

1.3  本文所做的工作2

第2章  硬件系统3

2.1  单片机中央控制系统3

2.1.1  单片机简介3

2.1.2  时钟电路4

2.1.3  复位电路5

2.1.4  I\O接口扩展6

2.2  前向通道6

2.2.1  常用形式7

2.2.2  集成形式7

2.3  后向通道9

2.3.1  双向晶闸管9

2.3.2  固体继电器SSR9

第3章  人机通道10

3.1  按键电路11

3.2  数码管显示电路12

3.3  蜂鸣报警电路12

第4章  PID控制14

4.1  PID 控制理论14

4.1.1  PID 控制概述14

4.1.2  PID 控制的基本理论14

4.2  模糊控制理论16

4.2.1  模糊控制概述16

4.2.2  模糊控制的基本原理16

4.3  模糊 PID 控制17

第5章  仿真研究19

5.1  仿真工具19

5.2  MATLAB及仿真环境 simulink19

5.3  仿真和优选。19

5.3.1  控制对象模型20

5.3.2  仿真21

5.3.3  方案选择26

第6章  单片机软件设计26

6.1  主程序设计27

6.2  热电偶测温查表子程序27

6.3  滤波子程序27

6.4  中断子程序31

6.5  人-机接口程序33

结束语35

参考文献36

致谢37

摘   要

温度是工业控制的主要被控参数之一,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,给控制过程带来了难题。本文研究合适的控制方案对电烤箱温度进行控制,技术要求是调节时间短,超调量为零且稳态误差在±1℃内。对电烤箱这样一个被控对象进行控制,有很多方案可选。

本文分析了PID控制和模糊控制的优缺点,考虑可以把它们相互结合,实现优势互补。文中用 simulink软件对 PID 控制、模糊控制和参数模糊自整定PID 控制的控制性能和抗干扰能力分别进行了仿真研究,仿真结果表明参数模糊自整定 PID 控制能满足调节时间短、超调量为零且稳态误差在±1℃内的控制要求,且对暂态可回复性干扰、不可回复性干扰和随机干扰都有很强的抑制能力。因此本论文最终确定采用参数模糊自整定 PID 控制方案;

设计了以 AT89C52 单片机为核心的温度控制器,选用 k 型热电偶为温度传感器结合MAX6675芯片构成前向通道,同时双向晶闸管和SSR构成后向通道,由按键、LED 数码显示器及报警单元等组成人机联系电路。在进行硬件设计的同时,也设计了相应软件程序流程图。

关键词:AT89C52; PID 控制;模糊控制;仿真

ABSTRACT

Temperature is one of the main parameters controlled in the industrial process. But it is very difficult to control temperature well because of some characteristics of the temperature itself. For example temperature’s inertia is great, it’s time-lag is serious and it is difficult to establish accurate mathematical model of the object. This paper is to study an adapt control method to control the temperature of the electric oven, the technology demand of control method is: the regulating time must be short, the overshoot must be zero and steady-state error must be in ±1℃.For the electric oven, there are many control methods to be selected.

This paper analyses the advantages and disadvantages of the PID control and fuzzy control and comes to the method of combining them together. In the paper stimulations of PID control、fuzzy control and fuzzy self-tuning PID control are done by simulink And then the fuzzy self-tuning PID control method is selected.. because it can meet the control demands and it’s anti-interference ability is very strong.. Moreover, simulation results show that: it’s robustness is good because very good control result that the regulating time is short, the overshoot is zero and the steady-error is very little can be obtained, for first-order inertia and time-lag model.

In the paper AT89S52 is used as controller, toward access is composed of K which is used as temperature sensor, and with MAX6675 .Backward access is composed of photoelectrical coupler and Solid State Relay SSR. Man-machine circuit is composed of buttons, LED and warning unit, etc. While the hardware circuit is designed, the corresponding procedure flow chart is also designed.

Key words: AT89C52;  PID Control;  Fuzzy Control;  Stimulation;

第1章  引言

1.1  课题的提出及意义

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。另外在各高等院校的实验室中,无不将温度作为被控参数,构成微机测控系统,供学生作综合实验或课程设计。可见温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域,所以对温度进行控制是非常有必要和有意义的。

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,本论文是基于这一特点,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。

1.2  文献综述

1.2.1工业温度控制发展简介

目前先进国家各种炉窑自动化水平较高,装备有完善的检测仪表和计算机控制系统。其计算机控制系统已采用集散系统和分布式系统的形式,大部分配有先进的控制算法,能够获得较好的工艺性能指标。而我国的温度控制系统的发展大致经历了三个阶段:

第一阶段:基地式仪表。

第二阶段:单元组合式仪表。

第三阶段:微机控制阶段。温度微机控制系统取代模拟控制系统,克服了其调节精度差、可靠性不高的缺点。由于计算机具有高速的数据运算处理功能和大容量存贮信息的能力,使得此类系统稳定可靠、维护方便、抗干扰能力强,而且可以采用先进的控制算法以进一步提高控制性能。

1.2.2温度微机控制系统控制方案

计算机技术的发展极大地推动了工业控制系统的进步,而现代控制理论的发展,人工智能技术的深入研究,为控制系统的理论领域增加了新的内容。计算机硬件与控制软件的紧密结合必然导致新型的微机控制系统的出现。温度微机控制系统常用的控制方案有以下三类:经典控制方案、基于现代控制理论的设计方案和智能控制方案。

智能控制方案是一类无需人的干预就能够针对控制对象的状态自动地调节控制规律以实现控制目标的控制策略。它避开了建立精确的数学模型和用常规控制理论进行定量计算与分析的困难性。它实质上是一种无模型控制方案,即在不需要知道对象精确模型的情况下,通过自身的调节作用,使实际响应曲线逼近理想响应曲线。

智能控制系统有以下一些特点:

(l)智能控制系统一般具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型表示的混合控制过程。它适用于含有复杂性、不完全性、模糊性、不确定性和不存在己知算法的生产过程。

(2)智能控制具有信息处理和决策机构,它实际上是对人神经结构或专家决策机构的一种模仿。

(3)智能控制器具有非线性。

(4)智能控制器具有变结构的特点。

(5)智能控制器具有总体自寻优的特点。

1.2.3目前快速发展的一些具体温控方案

常用的温度控制电路根据应用场合和要求的性能指标的不同,除了传统的PID控制方法,近几年来快速发展的是将模糊控制、神经网络、遗传算法等智能控制方法应用于温控系统,以及包括智能控制与PID控制相结合及这些智能控制之间的结合。具体有如下一些方法:

(1)模糊控制:

(2)遗传算法与PID的结合:

(3)模糊控制与PID的结合:

(4)神经网络与PID的结合:

(5)模糊控制、神经网络和遗传算法三者的结合:

针对电烤箱温度控制系统,本文在simulink中分别对PID控制、模糊控制和参数模糊自整定PID控制进行了仿真研究。结果表明:PID控制响应曲线超调量较大,模糊控制的响应特性稳态误差大;而采用本文设计的用模糊规则调节Kp、KI 两个参数的参数模糊自整定PID控制方法,可得到调节时间短、超调量为零、稳态误差为零的极为理想的性能指标。而且这种方法的抗干扰能力也很强,同时对一阶惯性滞后环节的适应能力很强,由于一般温控对象的数学模型可用一阶惯性滞后环节来描述,因而这一控制方法对温控场合的适用性很强。

具体设计了以 AT89C52 单片机为核心,K型热电偶为温度传感器,MAX6675芯片 ICL7135 为 温度转换元件,由双向晶闸管和SSR构成温度反馈信息给单片机,并由按键、LED 数码显示器及报警电路等组成电烤箱温度控制闭环系统,并进行了相应软件程序流程结构设计。

但是由于一些原因,未得出最后的实验调试结果。虽然仿真环境不可能与实际情况完全相同,但它的结果还是有相当指导意义的。实验调试工作有必要以后继续进行。本文的这一设计思想也为以后继续完善奠定了基础,提供了思路,可进一步研制成实验设备和工业生产过程中的控制仪表。

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内容简介:
浙江工业大学浙西分校毕业设计(论文)题目: PID温控系统的设计与仿真 作者: 孟 华 东 系 (部): 信 电 系 专业班级: 03电气 指导教师: 郁 炜 职称: 讲 师 2006年 6月 4 日
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