基于模糊PID算法的电阻炉温度控制系统的设计.doc

基于模糊PID算法的电阻炉温度控制系统设计 　　引言 广告插播信息维库最新热卖芯片： HYPERLINK /icstock/417/LXT908PC.html \t _blank LXT908PC HYPERLINK /icstock/262/EPC1LC20.html \t _blank EPC1LC20 HYPERLINK /icstock/439/MAX153CAP.html \t _blank MAX153CAP HYPERLINK /stock-ic/adg527akr.html \t _blank ADG527AKR HYPERLINK /icstock/690/TLC542IFN.html \t _blank TLC542IFN HYPERLINK /stock-ic/MAX538BEPA.html \t _blank MAX538BEPA HYPERLINK /stock-ic/CD54HC374F3A.html \t _blank CD54HC374F3A HYPERLINK /icstock/431/M62392FP.html \t _blank M62392FP HYPERLINK /icstock/412/LTC1643ALCGN.html \t _blank LTC1643ALCGN HYPERLINK /stock-ic/CY7B145-25JC.html \t _blank CY7B145-25JC 　　电加热炉是典型工业过程控制对象，其温度控制具有升温单向性，大惯性，纯滞后，时变性等特点，很难用数学方法建立精确的模型和确定参数。而PID控制因其成熟，容易实现，并具有可消除稳态误差的优点，在大多数情况下可以满足系统性能要求，但其性能取决于参数的整定情况。且快速性和超调量之间存在矛盾，使其不一定满足快速升温、超调小的技术要求。模糊控制在快速性和保持较小的超调量方面有着自身的优势，但其理论并不完善，算法复杂，控制过程会存在稳态误差。 　　将模糊控制算法引入传统的加热炉控制系统构成智能模糊控制系统，利用模糊控制规则自适应在线修改PID参数，构成模糊自整定：PID控制系统，借此提高其控制效果。 基于PID控制算法，以 HYPERLINK /icstock/822/ADUC845.html \t _blank ADUC845单片机为主体，构成一个能处理较复杂数据和控制功能的智能控制器，使其既可作为独立的单片机控制系统，又可与微机配合构成两级控制系统。该控制器控制精度高，具有较高的灵活性和可靠性。 　　2 温度控制系统硬件设计 　　该系统设计的硬件设计主要由单片机主控、前向通道、后向通道、人机接口和接口扩展等模块组成，如图l所示。由图1可见，以内含C52兼容单片机的 HYPERLINK /icstock/822/ADUC845.html \t _blank ADUC845为控制核心．配有640 KB的非易失RAM数据存储器、外扩键盘输人、320x240点阵的图形液晶显示器进行汉字、图形、曲线和数据显示，超温报警装置等外围电路；预留微型打印机接口，可以现场打印输出结果；预留 HYPERLINK /icstock/970/RS232.html \t _blank RS232接口，能和PC机联机，将现场检测的数据传输至PC机来进一步处理、显示、打印和存档。 　　电阻炉的温度先由热电偶温度传感器检测并转换成微弱的电压信号，温度变送器将此弱信号进行非线性校正及电压放大后，由单片机内部A／D转换器将其转换成数字量。此数字量经数字滤波、误差校正、标度变换、线性拟合、查表等处理后。一方面将炉窑温度经人机面板上的LCD显示：另一方面将该温度值与被控制值(由键盘输入的设定温度值)比较，根据其偏差值的大小，提供给控制算法进行运算，最后输出移相控制脉冲，放大后触发可控硅导通(即控制电阻炉平均功率)。达到控制电炉温度的目的。如果实际测得的温度值超过了该系统所要求的温度范围，单片机就向报警装置发出指令，系统进行报警。 　　2．1 系统主控模块 　　系统主控模块电路如图2所示，它主要由CPU及数据存储器，晶体振荡器、复位电路、图形液晶显示器(LCD)及控制电路、微型打印机接口控制电路、实时日历时钟，热电偶信号处理电路等构成。这里，该系统设计可测量3点温度。传感器选择K型(镍铬-镍硅)热电偶，可用于从室温到1 200°C的温度测量，测量范围宽，精度高。在温度测量范围内K型热电偶的输出热电势只有0～45．119 mV，为了和 HYPERLINK /icstock/822/ADUC845.html \t _blank ADUC845的A／D转换器相匹配，采用ACl226和1B51作为信号调理电路，由 HYPERLINK