温度自动控制论文：双热电偶外热式坩埚盐浴炉温度自动控制系统研究.doc

温度自动控制论文：双热电偶外热式坩埚盐浴炉温度自动控制系统研究【中文摘要】本文研究的对象是双热电偶外热式坩埚盐浴炉的温度自动控制系统。温度自动控制系统的控制质量,如控制精度、响应速度、自动化级别等,对于盐浴热处理工艺的顺利进行和处理后材料的性能有着至关重要的作用。但是,盐浴热处理的温度控制系统具有大滞后性和复杂性等特点。而传统的温度控制系统,多采用的是人工控温、分档调节等方法,能量消耗大并且控制质量低,不适于滞后、复杂、时变温度系统的控制,给热处理工艺的进行过程带来不便,甚至有时不能满足某些材料的加工要求。本文针对以上问题进行研究,寻找一种好的解决方法。本文的研究目标是设计一种针对外热式坩埚盐浴炉的温度自动控制系统,在传统半自动温控系统的基础上,采用较先进的自动控制理论、控制技术来实现高控制质量的控温系统。同时,针对双热电偶外热式坩埚盐浴炉,计算出加工过程的热量传输量以及系统的温度-热量传递函数,为实际的盐浴处理工艺提供数学理论支持。本文的研究内容主要有：1)采用PID算法并通过扩充响应曲线法来整定控制参数；2)计算系统的热量传输量并导出了系统热量传递的函数关系式；3)设计了温度控制系统的硬件,使用单片机为核心、较先进的电子元件为辅助的硬件系.【英文摘要】Automatic temperature control system based on external heated crucible-type salt bath furnace was studied in this paper. The salt bath furnace is one of the most important heating equipment of heat treatment technology. The control quality of automatic temperature control system, such as control accuracy, response speed and automatic level, has a crucial influence on the process of salt bath heat treatment technology and the high performance of treated materials. However, the characteristics of temperature .【关键词】温度自动控制 TD处理 传递函数 单片机【英文关键词】automatic control of temperature TD process transfer function singlechip【目录】双热电偶外热式坩埚盐浴炉温度自动控制系统研究摘要4-6Abstract6-7目录8-12第1章. 绪论12-251.1 TD盐浴渗金属的发展概况12-131.1.1 引言12-131.2 外热式坩埚盐浴炉概况13-161.2.1 盐浴炉的特点13-141.2.2 盐浴炉的分类14-151.2.2.1. 内热式盐浴炉141.2.2.2. 外热式盐浴炉14-151.2.3 TD盐浴设备15-161.2.3.1. 外热式坩埚盐浴炉的结构15-161.2.3.2. 温度控制模式161.3 自动化控制技术发展和现状16-181.4 加热炉的温度自动控制概况18-201.5 单片机和PID控制在加热炉温度控制系统中的运用20-231.5.1 单片机在温度控制系统中的运用20-231.5.1.1. 单片机控制系统的组成20-211.5.1.2. 单片机控制系统的概况21-221.5.1.3. 单片机控制系统的分类221.5.1.4. 单片机在温度控制系统中的运用22-231.5.2 PID算法在温度控制系统中的运用231.6 选题内容及课题意义23-241.7 本章小结24-25第2章. 温度控制系统的主要数学模型25-532.1 双热电偶外热式坩埚盐浴炉温度控制要求25-262.1.1 炉膛温度控制要求252.1.2 盐浴温度控制要求25-262.2 数字PID算法26-352.2.1 PID控制原理26-282.2.2 PID控制参数整定的方法28-312.2.2.1. 按扩充临界比例度法整定参数28-292.2.2.2. 按扩充响应曲线法整定参数29-312.2.3 温度控制系统的PID模型和参数的求取31-352.2.3.1 盐浴炉PID参数的整定31-342.2.3.2 PID控制规律和控制参数整定34-352.3 炉膛和盐浴的热量传输35-452.3.1 热量传输的概念和基本方式35-402.3.1.1. 传导传热36-372.3.1.2. 对流传热37-382.3.1.3. 辐射传热38-402.3.2 炉膛到坩埚的热量传递的计算40-422.3.2.1. 炉膛到坩埚的对流换热量40-412.3.2.2. 炉膛到坩埚的辐射换热量41-422.3.3 坩埚传入盐浴的热量传递计算42-452.3.3.1. 坩埚传入盐浴的辐射换热量422.3.3.2. 坩埚传入盐浴的对流换热量42-442.3.3.3. 坩埚传入盐浴的导热量44-452.4 温度控制系统的热量传递函数的求取45-522.4.1 传递函数概念45-462.4.2 温度控制系统的热量传递函数46-522.4.2.1. 电源到炉膛的传递函数表达式46-472.4.2.2. 炉膛到坩埚和盐浴的热量传递函数47-522.5 本章小结52-53第3章. 温度控制系统硬件设计53-693.1 系统概述53-553.1.1 温度控制系统的硬件结构53-553.1.2 温度控制系统的软件模块553.2 温度控制系统硬件电路设计55-683.2.1 电源电路和看门狗电路55-563.2.1.1. 电源电路55-563.2.1.2. 看门狗电路563.2.2 温度控制电路56-593.2.2.1. 单片机AT89C52573.2.2.2. 过零触发器57-583.2.2.3. 可控硅的型号和功能58-593.2.3 温度检测电路59-603.2.3.1. K型热电偶603.2.3.2. 高精度数字转换器603.2.4 时钟电路60-613.2.5 串口通讯电路61-633.2.6 键盘63-673.2.6.1. 键盘的设置63-653.2.6.2. 键盘接口电路65-673.2.7 LED显示67-683.2.7.1. 显示示意图67-683.2.7.2. 显示电路图683.3 本章小结68-69第4章. 温度控制系统软件设计69-774.1 引言694.2 温度控制系统软件流程图69-714.3 温度控制系统软件程序设计71-764.3.1 数字调节器设计7