计算机控制课程设计基于PID算法的电加热炉温度控制系统设计.doc

"计算机控制课程设计基于PID算法的电加热炉温度控制系统设计" 本设计基于PID算法的电加热炉温度控制系统设计，旨在实现温度的精确控制。电加热炉控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。因此，本设计采用PID算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制。 PID算法是通过计算机PID控制算法程序实现的。计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。进入计算机的连续-时间信号，必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存贮器和寄存器，而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。在数字计算机中，PID控制规律的实现，也必须用数值逼近的方法。 采用PID算法可以将温度控制在50～350℃范围内，并能够实时显示当前温度值。电加热炉加热温度的改变是由上、下两组炉丝的供电功率来调节的，它们分别由两套晶闸管调功器供电。调功器的输出功率由改变过零触发器的给定电压来调节，本设计以AT89C51单片机为控制核心，输入通道使用AD590传感器检测温度，测量变送传给ADC0809进行A/D转换，输出通道驱动执行结构过零触发器，从而加热电炉丝。 系统组成包括温度检测电路、A/D转换电路、驱动执行电路、显示电路及按键电路等。系统采用可控硅交流调压器，输出不同的电压控制电阻炉温度的大小，温度通过热电偶检测，再经过变送器变成0 - 5 V的电压信号送入A/D转换器使之变成数字量，此数字量通过接口送到微机，这是模拟量输入通道。 数字PID控制算法将温度控制在50～350℃范围内，并能够实时显示当前温度值。PID算法的非递推形式称为全量算法，算法中，为了求和，必须将系统偏差的全部过去值e(j)（j=1，2，3，...，k）都存储起来。这种算法得出控制量的全量输出u(k)，是控制量的绝对数值。在控制系统中，这种控制量确定了执行机构的位置，例如在阀门控制中，这种算法的输出对应了阀门的位置（开度）。当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是控制量的增量（例如去驱动步进电动机）时需要用PID的“增量算法”。 本设计基于PID算法的电加热炉温度控制系统设计，可以实现温度的精确控制，并能够实时显示当前温度值，具有广泛的应用前景。