昆明理工大学过程控制及仪表装置实训报告.pdf

实训成绩 批阅教师 日 期 实训报告 课程名称 过程控制及仪表装置实训 专业班级 电信1311 学 号 2013118504111 学生姓名 杨幼周 指导教师 胡寅 2016 年 11 月 11 日 闭环分段PID温度过程控制系统设计 一．摘要 目前计算机控制系统得到了普及与应用，单片机是目前控制系统采用最多的 器件和芯片。大量的控制系统任务交专业化，并且执行的是直接数字控制人物， 基本采用单片机。单片机机械控制也发展成为一个重要领域。它提高了机械设备 的自动化程度，提升了机械设备工艺时间的效率，同时也大幅度提高了产品和成 果的品质。在民用方面，单片机加快了日常生活的效率，例如洗衣机、微波炉、 电烤箱等等的电器设备，使得人们的日常生活高效率化，合理化，提升了人们的 生活水平。 二．课题的主要内容及要求 1．基本要求 熟悉计算机控制系统的组成，计算机控制系统的硬件结构形式和计算机控制 系统软件程序的编写。并熟悉单片机及外围相关芯片、电路的工作原理和借口技 术。能读懂原电烤箱闭环控制实验的汇编语言程序，掌握A/D （0808）、转换原 理及温度控制系统的工作原理，给出完整的硬件原理图及PCB 图。能够利用C 语言编程，实现闭环控制系统的PID控制功能。 2．设计内容 本设计是给予单片机控制系统，完成“计算机控制技术”电烤箱闭环控制实 验的功能。要求给食物加热至60度应保持3分钟时间。使用温度检测单元测量 温度，经ADC0808转换后读入系统，引入数字分段PID控制。 三．硬件系统设计 1.系统框图 硬件控制系统的核心元件为计算元件，负责收集由数模转换器转换来的二进 制信号，将温度信号送给显示元件显示，同时将信号转换为真正的温度信号并带 入PID 算法系统当中，得出相应的控制量，控制加温元件工作。在这里，计算 元件选用AT89C52 单片机。显示元件选用LED 数码管与74HC573 组合。数模 转换元件选用ADC0808芯片。 2．加热电压控制方式 所谓加热电压控制，就是通过对加热元件两端电压的控制，来实现对炉内温 度的控制。此时温度敏感元件选用LM35温度传感器。加热元件用加热线圈即可。 3．加热时间控制方式 所谓加热电压控制方式，就是通过对加热元件两端的通电时间的控制，来实 现对炉内温度的控制。由于控制加热时间方式只控制通电时间，不涉及控制电压 的相关电路，所以电路比电压控制较为简单。又因为选用Proteus作为仿真软件， 在该软件中，可选用Heater 作为加热、温度敏感元件的集成元件，大大降低了 设计电路的复杂度，所以选用第二种方案比较合适，即控制加热时间的方式。 4．ID算法系统方案 PID 控制将比例、积分和微分控制整合到一个控制器中，它是一个非常普遍 的控制策略，对过程控制有为有用。模拟PID 控制器运用差分均算放大器产生 三个控制分量，并把它们相加。数字PID 控制通过程序实现，这个程序是无限 循环。PID 的传统形式的方程为 （2.1）所示： 1 dE u K (E  EdtT ) p T  D dt I 式中u 为PID 的控制输出，KP 为系统的比例常数，TI 为积分时间常数， TD 为微分增益常数，E 为误差 （与设定点的偏差）。 现在制造商应用的PID 算法用3种不同类型，如式 （2.2）至式 （2.4）所示： E “并行”形式： u K E K (Et)K P I D t