PID温控系统的设计及仿真-开题报告

毕 业 设 计 (论 文 )开 题 报 告课题名称： PID 温控系统的设计与仿真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。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。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4完成本课题所必须的工作条件(如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等)及解决的办法1 王春霞 模糊自整定 PID 温控系统的仿真研究及设计 硕士学位论文2 刘洪恩 利用热电偶转换器的单片机温度测控系统 仪表技术 2005 年第 2 期3 陈浩等 热电偶测温系统原理及应用 制造业自动化 20044 朱雪璇 电热箱单片机温控系统 新余高专学报 2005.105 李林静 基于单片机的炉温控制系统 应用与技术 2004.第 1 期6 李萍 单片机温度控制系统的设计与实现 固原师专学报 1999.127 国强 高精度恒温连续可调型温控器 工学硕士学位论文8 高梅娟 基于 DMC- PID 的串级温控系统设计 工业仪表与自动化装置 2005 年第 6 期 9 彭建英 水温智能控制系统的设计 中国仪器仪表 2005 年第 7 期10 吴为民 温度控制系统的发展概况 工 业 炉 第 24 卷 第 2 期 2002 年 5 月11 李振胜 智能 PID 调节仪在湿热箱温控系统中的应用 应用 Application 12 宋洪才 浅 析 PID 参 数 整 定 现代计量仪器与技术 2003.1113 孙亮 MATLAB 语言与控制系统仿真 北京工业大学出版社14 Isidro Sanchez,Julio R Banga,Antonio A AlonsoTemperature control in microwavecombination ovensJJournal of Food Engineering,2000,46:21-2915 Roger Jang J S,ANFISAdaptive Network-based Fussy Interence Systems, IEEE TranJSystem,Man and Cybernatics,1993,23(3):665-68516 ZHANG Bin, Wang Jing-cheng, ZHANG Jian-minDynamic model of reheating furnace based onfuzzy system and genetic algorithmJControl Theory & Application,2003,20(2):293-2965设计(论文)完成进度计划1、熟悉设计任务，选择设计参考资料 （1 周）2、阅读与本设计相关的文献资料 （1 周） 3、确定设计方案 （1 周）4、根据设计方案进一步细化，写出开题报告 （1 周）5、根据方案学习相关内容 （2 周）6、完成硬件部分的设计任务 （3 周）7、完成软件部分的设计任务 （3 周）8、编写设计说明书并绘图 （2 周）9、为答辩做准备 （1 周)6指导教师审阅意见指导教师(签字)： 年 月 日7 教研室主任意见教研室主任(签字)： 系(签章)年 月