温度控制资料翻译.doc

毕业设计外文资料翻译专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： XXX 学 号： XXXXXXXX X 外文出处： SciVerse ScienceDirect (用外文写) Procedia Engineering 15(2011) 246250 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语： 签名： 年 月 日附件1：外文资料翻译译文基于单片机的熏蒸温度控制系统设计ZHANG Hai-feng, ZHAO Ai-ling, HOU Jun摘要： 为了减少温度的非线性、严重滞后和剧烈的波动等问题，我们设计了基于AT89C51单片机的熏蒸温度控制系统。改进的PID控制算法与脉冲宽度调制（PWM）技术相结合导致在整个熏蒸温度控制过程中减少超调量和缩短滞后时间。我们的测试结果表明，该设计表现出优良的温度控制能力和动态性能。熏蒸温度控制系统的设计是基于该设计在操作方便的友好用户界面方面具有很好的稳定性和可靠性。在设计中使用的电路和程序具有良好的通用性和可移植性。关键词：DS18B20,T89C52,改进的PID算法，脉宽调制，温度控制。1.简介熏蒸疗法是用液体的汽化作用产生蒸汽，直达部分病人的身体。这种疗法使传统中药与热疗，蒸汽疗法和离子电渗疗法结合在一起。此疗法通常表现出副作用小，疗效快速，并且不会造成患者的疼痛。因此，它在卫生保健领域具有很高的推广价值。为保证熏蒸处理的有效性，温度控制是至关重要的。采用传统的手动温度控制会导致大的温度波动，因而高的疗效取决于操作人员的经验，缺乏经验往往使得熏蒸治疗效率低下。甚至产生不良效果，影响熏蒸疗法的推广。此外，根据患者个体的具体情况，熏蒸控制参数不能被实时修改。为了解决上述问题，确保熏蒸治疗的有效性，我们设计了一个具有精度高、体积小、可靠性高和良好应用前景的基于单片机的温度控制系统采用先进的控制算法实现温度的控制。单片机控制系统不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可大幅度提供被控温度的技术指标，动而提高产品的质量和数量。所以以单片机为基础的温控系统使我们首要的选择。简单流程介绍如下：AT89C52对象控制输出数据采集 .DS18B20控制输入数据采集.加热、冷却图1 温度控制系统结构图2.系统概述图1显示了设计的控制系统图。它包括如信号采集，信息中央处理，信息显示（LED、LCD）键盘控制，控制对象（加热器和风机）等单元。操作者通过键盘设置温度和时间值，单片机接收数据，使用脉冲宽度调制（）技术执行控制算法，固态继电器控制炉加热功率和冷风机（辅助散热）。当温度高于设置点，加热炉停止冷风扇工作便于散热。当温度低于设置点，加热炉开始工作，冷风扇停止。系统状态不断反馈到输出端和液晶显示屏方便操作人员的有效及时操控。控制理论熏蒸蒸汽温度控制系统是一个滞后系统，是一个较为复杂的控制对象，常规控制效果并不显著。为了进一步提高其温度的控制性能，该设计采用一种改进的控制方法。.改进的控制算法在改进的控制算法里，区别对待仅用于输出数据，而不是输出数据。微分输出信号包括目标参数变化及其变化速率，这样的信号再反馈到控制器用于超调预防。该算法补偿了系统的迟滞现象，提高了熏蒸过程的整体性能。改进的控制系统具有以下的传递函数：其中（）代表比例积分控制器是前向微分环节，（）标志着不包括时间滞后的控制量的传递函数，e s包含于控制对象的时间滞后函数。. 目标控制模型和参数初始化在一系列的开环实验基础上建立了对象控制模型，默认初始系统温度是室内室温，即20。基于大量的多重筛选试验的数据分析，我们选了秒的采样间隔。然后获得稳定的实验数据和如图所示的相应温度阶跃响应曲线。图温度的阶跃响应变化曲线传统控制器参数的通用工程方法如下：找出被控对象的绝对延迟时间和上升时间常数。利用模型参数之间的关系，我们可以得到响应曲线特征：秒，秒，系统增益.温度控制系统的参考模型是：利用，和控制程度的值，、的理论参考值可以从自动调节对象的结果预设值中设定。上述方法只能作为初始参考值建立参数。在采用控制操作公式和离差过程中，控制算法如所示：是取样数量，、（）是计算机的输出值抽样，（）是第（）次输入偏差值采样对于温度控制系统，一般的采样间隔是秒到秒，我们选择秒作为采样周期。为了获得更好的控制效果，闭环微调是必要的。在此闭环响应特性数据的基础上，反复修改控制参数以实现最佳的温度控制性能。当设定温度为，控制参数的计算结果为：，。.算法实现完整的系统程序由主程序，数据采集，控制和计算，输入/输出显示等模块组成。主程序主要用于系统初始化，数据处理和程序的执行。计算模块执行控制，调节占空比，并且控制温度加热和温度冷却过程。熏蒸整个系统软件框图如图。系统软件的工作流程：当系统通电或重置，所有模块进行初始化程序。这包括初始化堆栈指针，端口设置，占空比设定，改进操作等。然后软件和硬件进行自我诊断后，定时器和外部中断被激活，系统进入循环模式。当一个中断发生时，系统首先找中断源。一旦中断源识别，则调用相应的应用程序模块采取适当反应。执行相应的程序后，控制系统总是返回到主程序并开始下一个循环。在程序设计里，它对控制算法和脉冲宽度调制技术之间的连接时至关重要的。可以看出，控制算法的输出流程直接影响PWM输出。PID调节的最大值对应最大的PWM占空比输出，而最小值对应最小的PWM占空比。在控制系统里，PWM周期被设置为5秒，改进PID运行结果最大值为100，最小值为0。PWM占空比有最大值100%，最小值0%。有以下关系：P = DC = ( A B)C （4）PWMP是系统PWM（脉宽调制）的值，D是输出幅度。A和B分别为代表改进的PID算法结果的上下限。C是一个系数。5.实验结果和数据分析把改进的PID控制与常规PID控制在熏蒸法上做个比较。我们监测的性能具有相同的初始条件。根据在初始温度是20下，我们设定所需的蒸汽温度在40.总测量时间为40分钟。图4显示了温度曲线：图4中，曲线系列1（用虚线）是常规PID控制的动态响应，而曲线系列2（实线）是改进的PID控制的动态响应。可以看出，改进的PID控制显著地缩短了初始加热时间。并在750秒后温度已经稳定。随着时间的推移，温度振荡频率降低，振幅减小。发散的趋势被有效地抑制，温度最终变得稳定。改进的PID使得温度偏差向更小的方向发展，并且该系统的温度稳定性优于1，这是一个很好的性能。改进的PID控制已被证明远远早于常规PID控制达到稳定状态。所以说明了此种方法的有效、搞笑性及可行性。6结论为了减少复杂的熏蒸蒸汽温度控制问题，如温度非线性和严重的磁滞现象我们设计了PWM技术与改进的PID算法相结合的熏蒸蒸汽温度控制系统。试验结果表明，该设计缩短了温度控制的滞后时间。同时减小了超调量。减少了系统引起的不必要的误差，节省了操作时间和准确性