溫控系統(tǒng)的設(shè)計及仿真開題報告.doc

信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(論文)畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告信電系電氣專業(yè)03級1班課題名稱：PID溫控系統(tǒng)的設(shè)計與仿真畢業(yè)設(shè)計(論文)起止時間：2006年2月20日6月8日(共16周)學(xué)生姓名：學(xué)號：2指導(dǎo)教師：報告日期：信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(論文)1本課題所涉及的問題在國內(nèi)(外)的研究現(xiàn)狀綜述在工業(yè)生產(chǎn)中,電流、電壓、溫度、壓力等都是常用的主要被控參數(shù)?？墒怯捎跍囟茸陨淼囊恍┨攸c(diǎn),如慣性大、滯后現(xiàn)象嚴(yán)重、難以建立精確的數(shù)學(xué)模型等,使控制系統(tǒng)性能不佳。采用單片機(jī)來對它們進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。目前，應(yīng)用大規(guī)模集成電路和計算機(jī)技術(shù)對溫度量的控制，向著智能化、小型化和多功能的方向發(fā)展，其控制系統(tǒng)亦日趨簡潔。以往的理論和實(shí)踐均證明了：在連續(xù)控制系統(tǒng)中，當(dāng)對象為一階和二階慣性環(huán)節(jié)或同時帶有滯后時間不大的滯后環(huán)節(jié)時，PID控制算法是一種比較好的控制方法。傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)中的控制器設(shè)計己有一套成熟的方法，其中以PID控制器為代表。PID控制器具有原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。而溫度對象一般都可以看作是純滯后時間的一階慣性環(huán)節(jié)，用PID控制算法就可以對其進(jìn)行很好的調(diào)節(jié)。本設(shè)計提出的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)，是以MCS51系列單片機(jī)為核心控制系統(tǒng)，并選擇其他較好的電子電路形成前、后向通道，要求該系統(tǒng)具有較大的測溫范圍，并且對溫度的調(diào)節(jié)精度要偏高于其他溫控系統(tǒng)，控制的效果用MATLAB仿真功能來驗(yàn)證。信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(論文)2設(shè)計(論文)要解決的問題和擬采用的研究方法溫度是生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中非常普遍而又十分重要的物理參數(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了高效地進(jìn)行生產(chǎn)，必須對生產(chǎn)工藝過程中的主要參數(shù)，如溫度、壓力、流量、速度等進(jìn)行有效的控制，其中溫度控制在生產(chǎn)過程中占有相當(dāng)大的比例。準(zhǔn)確地測量和有效地控制溫度是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和安全生產(chǎn)的重要條件。而且在我們的日常生活中也使用微波爐、電烤箱、電熱水器、空調(diào)等家用電器，溫度與我們息息相關(guān)?？墒怯捎跍囟茸陨淼囊恍┨攸c(diǎn),如慣性大、滯后現(xiàn)象嚴(yán)重、難以建立精確的數(shù)學(xué)模型等,使控制系統(tǒng)性能不佳。在關(guān)于溫度控制的絕大部分文獻(xiàn)資料中，控制結(jié)果都是有超調(diào)的，而且很多時候超調(diào)量較大，基于這一特點(diǎn)，研究一種控制方案，將其用于大部分溫控場合，都能達(dá)到零超調(diào)，且調(diào)節(jié)時間快，穩(wěn)態(tài)誤差也非常小的理想效果。另一方面也是基于控制實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的需求，將其用于對實(shí)驗(yàn)電烤箱溫度進(jìn)行控制，達(dá)到調(diào)節(jié)時間短、超調(diào)量為零且穩(wěn)態(tài)誤差在1內(nèi)的技術(shù)要求。本設(shè)計提出的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)，是以MCS51系列單片機(jī)為核心控制系統(tǒng)，并選擇其他較好的電子電路形成前、后向通道，要求該系統(tǒng)具有較大的測溫范圍，并且對溫度的調(diào)節(jié)精度要偏高于其他溫控系統(tǒng)，控制的效果用MATLAB仿真功能來驗(yàn)證。1前向通道前向通道是系統(tǒng)獲取信息數(shù)據(jù)的組成部分，它的性能好壞直接決定了整個系統(tǒng)的精度，而且一旦產(chǎn)生較大誤差，將無法消除。本設(shè)計擬采用性能較好的熱電偶測溫裝置，采用查表法處理熱電偶電勢與溫度值間的非線性。輔加冷端溫度補(bǔ)償器，再配測量放大器、4位半（相當(dāng)于14bit）的A/D轉(zhuǎn)換通道等組成。其整體性能應(yīng)可滿足工業(yè)高溫電爐的測控要求0.1%。2.單片機(jī)中央控制系統(tǒng)這是整個系統(tǒng)的核心控制部分，數(shù)據(jù)的分析利用等都是通過這個中央處理系統(tǒng)來完成的。它的硬件計劃主要包括MCS51單片機(jī)、8155擴(kuò)展芯片兩部分，整個系統(tǒng)的軟件部分也都在這個單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)，包括采樣爐溫、讀入數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)線性化處理、數(shù)字濾波、PID運(yùn)算、報警以及顯示、鍵盤程序、移相觸發(fā)等。3.后向通道后向通道是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)溫的執(zhí)行部分，計劃采用移相型觸發(fā)脈沖三相全控橋控溫電路構(gòu)成。A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量讀入單片機(jī)后經(jīng)PID算法處理，再經(jīng)過查表得到全控橋的控制角由T1控制。即通過控制導(dǎo)通角來控制輸出電壓從而達(dá)到控溫的目的，當(dāng)角為0度時功率達(dá)到100%。4.人機(jī)交互通道包括LED顯示器與鍵盤及報警蜂鳴器，5.其它除以上所述，還應(yīng)考慮復(fù)位電路時鐘電路、濾波設(shè)計、掉電保護(hù)和報警電路等附屬部分，以保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(論文)3本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路（一）、傳感器選型（二）、溫度檢