電加熱爐溫度PID控制算法

武漢理工大學(xué)《計算機(jī)掌握技術(shù)》課程設(shè)計說明書 基于PID電加熱爐溫度掌握系統(tǒng)設(shè)計概述機(jī)械等各類工業(yè)掌握中得到了廣泛應(yīng)用，并且在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。對于這樣一個具有非線性、大滯后、大慣性、時變性、升溫單向性等特點(diǎn)的掌握對象，很難用數(shù)學(xué)方法建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，因此用傳統(tǒng)的掌握理論和方法很難到達(dá)好的掌握效果。掌握，可以提高掌握質(zhì)量和自動化水平。800W220V溝通電供電，承受雙向可控硅進(jìn)展掌握。本設(shè)計針對一個溫度區(qū)進(jìn)展溫度掌握，要求掌握溫度范圍1度。選擇適宜的傳感器，計算機(jī)輸出學(xué)模型為：G(s)

KesdKd=50滯后時間=10秒

Ts1d1看門狗鍵盤LED看門狗鍵盤LED顯示微型掌握機(jī)8路A/D轉(zhuǎn)換ADC0809送PT100溫度8路D/A轉(zhuǎn)換DAC0832驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)加熱電阻通信接口AT89S52報警提示系統(tǒng)硬件的設(shè)計熱電偶傳感器、溫度變送器以及被控對象組成。系統(tǒng)硬件構(gòu)造框圖如下：圖2-1 系統(tǒng)硬件構(gòu)造框圖2 武漢理工大學(xué)《計算機(jī)掌握技術(shù)》課程設(shè)計說明書 2-2系統(tǒng)電路圖3 武漢理工大學(xué)《計算機(jī)掌握技術(shù)》課程設(shè)計說明書 電源局部本系統(tǒng)所需電源有220V溝通市電、直流5V電壓和低壓溝通電，故需要變壓器、整流裝置和穩(wěn)壓芯片等組成電源電路。電源變壓器是將溝通電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過整流電路將溝通電壓變?yōu)槊}動的直流電壓。由平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動〔一般有+-10%左右的波動,還需要接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)78L05,5V掌握電路、測量電路和驅(qū)動執(zhí)行電路中弱電局部使用。除此之外，220V溝通市阻功率的目的。采樣測量局部承受三線制接法，采樣電路為橋式測量電路，其輸入量程為50~350°C，經(jīng)測量電路采樣后輸出2~5V電壓，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809進(jìn)展轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)字量后送入單片機(jī)進(jìn)展分析處理。鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成肯定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器,由于其測量準(zhǔn)確度高、測量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等,被廣泛用于中溫(-200℃～650℃)范圍的溫度測量中。PT100-50~600℃范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳Pt電阻的電阻值和溫度對應(yīng)起來后存入EEPROM中，依據(jù)電路中實(shí)測的AD值以查表方式計算相應(yīng)溫4 武漢理工大學(xué)《計算機(jī)掌握技術(shù)》課程設(shè)計說明書 度值。PT100中，承受了第一種方法，即橋式測溫。測溫原理：電路承受TL431和電位器VR1調(diào)整產(chǎn)生4.096V的參考電源；承受R1、R2、VR2、Pt100構(gòu)成測量電橋〔其中R1＝R2，VR2為100Ω周密電阻〕，mV級的壓差信號，這個壓差信號經(jīng)過運(yùn)放LM324放大后輸出期望大小的電壓信號，該信號可直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。差動放大電路中R3＝R4、R5＝R6、放大倍數(shù)＝R5/R3，運(yùn)放承受單一5V供電。設(shè)計及調(diào)試留意點(diǎn)：R1和R2的電阻值可以轉(zhuǎn)變電橋輸出的壓差大??；轉(zhuǎn)變R5/R3的比值即可轉(zhuǎn)變電壓信號的放大倍數(shù)，以便滿足設(shè)計者對溫度范圍的要求放大電路必需接成負(fù)反響方式，否則放大電路不能正常工作。VR2也可為電位器，調(diào)整電位器阻值大小可以轉(zhuǎn)變溫度的零點(diǎn)設(shè)定，至109.885Ω時，溫度的零點(diǎn)就被設(shè)定在了25℃。測量電位器的阻值了轉(zhuǎn)變。論值小很多，實(shí)際輸出信號為4.096*(R

/(R1+R

)-R

/(R1+R

))〔1〕Pt100

Pt100

VR2

VR2式中電阻值以電路工作時量取的為準(zhǔn)。壓波動造成VCC5 武漢理工大學(xué)《計算機(jī)掌握技術(shù)》課程設(shè)計說明書 到以VCC未發(fā)生波動時建立的溫度-電阻表中查表求值時就不準(zhǔn)確。驅(qū)動執(zhí)行局部MOC3061來驅(qū)動。光耦驅(qū)動電路牢靠、體積小、等特點(diǎn)。所以在本系統(tǒng)設(shè)計中承受了帶過零檢測的光電隔離器MOC3061MOC3061是一片把過零檢測和光耦雙向可控硅集成在一起的芯片。其輸出端的額定電壓是400V，7500V15mA。2-2驅(qū)動執(zhí)行電路中，當(dāng)單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2發(fā)出規(guī)律數(shù)字量為高電尋常，經(jīng)過三極管放大后驅(qū)動光耦合器的放光二極管，MOC3061的輸入端MOC30664腳尖電壓稍稍P2.0、P2.1、P2.2為低電尋常，MOC3061截止，雙向可控硅始終處于截止?fàn)顟B(tài)。驅(qū)動電路有關(guān)元件的選擇R25，C10組成吸取電路，并接在雙向可控硅的兩極之間。吸取回路組成緩沖器。有了吸取回路，可控硅通斷過程中電源電壓的變化率受到R25，C10的限R25C10依據(jù)閱歷公式6 武漢理工大學(xué)《計算機(jī)掌握技術(shù)》課程設(shè)計說明書 uF。R27為限流電阻，用來限制MOC3061的輸出驅(qū)動電流，其數(shù)值為電源電壓R27300歐。R26MOC3061在輸出關(guān)斷狀態(tài)下也有小于或等于500mAR26分流消退這個電流對雙向可控硅的影響，以防止雙向可控硅誤觸發(fā)，提高了系統(tǒng)的牢靠性。在此電路中可以看出單片機(jī)的輸出通道承受了MOC3061進(jìn)展驅(qū)動有以下優(yōu)點(diǎn)：P2.0、P2.1、P2.2以掌握加熱電阻的工作與否。〔2〕MOC3061由于承受了過零觸發(fā)電路大大簡化了雙向可控硅的觸發(fā)電SCR一向掌握變?yōu)橛杏玫臄?shù)字脈沖掌握。MOC3061與雙向可控硅實(shí)際組成了一個固態(tài)繼電器，實(shí)現(xiàn)了無觸電掌握。輸出通道實(shí)現(xiàn)了光電隔離，防止了射電干擾。P2.0、P2.1、P2.2D/A轉(zhuǎn)換電路，簡化了接口電路。雙向可控硅電路雙向可控硅。雙向可控硅的通斷狀況由掌握極柵極〔G〕MT1和MT2〔1.5V〕RC網(wǎng)絡(luò)加以吸取。觸發(fā)方式7 武漢理工大學(xué)《計算機(jī)掌握技術(shù)》課程設(shè)計說明書 〔阻斷區(qū)〕轉(zhuǎn)換到低阻態(tài)〔導(dǎo)通區(qū)〕可以用不同的方式實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的分為四種方式：MT1MT2為正，掌握脈沖電壓UgMT1為正MT1MT2為負(fù)，掌握脈沖電壓UgMT1為負(fù)MT1MT2為正，掌握脈沖電壓UgMT1為負(fù)MT1MT2為負(fù)，掌握脈沖電壓UgMT1為正雙向可控硅通常工作在掌握方式1〕和掌握方式2設(shè)計中，選擇了掌握方式〔1〕和〔2。如同晶閘管的掌握極那樣，雙向可控硅的掌握極在觸發(fā)后便失去了作用。I掌握溝通電壓時，每次電源電壓過零雙向可控硅都會自動截止，所以雙向可控硅每半個周期都需要重觸發(fā)。400V4ABT136。利用單片機(jī)掌握雙向可控硅的導(dǎo)通角。在不同時刻利用單片機(jī)給雙向可控硅的掌握端發(fā)出觸發(fā)信號，使其導(dǎo)通或關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電壓有效值的不同，以到達(dá)調(diào)壓掌握的目的。具體如下：10ms進(jìn)展一次過零觸發(fā)信號，由此信號來到達(dá)與單片機(jī)的同步。P2.3口，由單片機(jī)對此口進(jìn)展循環(huán)檢測，然后進(jìn)展延時觸發(fā)。8 武漢理工大學(xué)《計算機(jī)掌握技術(shù)》課程設(shè)計說明書 掌握電路及程序流程圖微處理器89C5189C51是一種帶4K字節(jié)Flash可編程可擦除的高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件承受ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃耀存儲器組合在單個芯片中，ATMEL89C51是一種高效微掌握器。單片機(jī)的抗干擾性設(shè)計。單片機(jī)干擾最常見的現(xiàn)象就是程序消滅不行逆狀時，監(jiān)控模塊將重啟系統(tǒng)。MAX1232微處理器監(jiān)控電路給微處理器供給關(guān)心功能以及電源供電監(jiān)控功能，當(dāng)電源過電壓、欠電壓時，MAX1232將供給至少5%10%的容限。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC08098A/D88位A/D轉(zhuǎn)換器、三態(tài)輸出鎖存器及地址鎖存譯碼器等組成。它允許8路模擬量分時輸入，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸出是三態(tài)的〔總線型輸出，可以直接與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線連接。ADC0809承受+5V電源供電，外接工作時鐘。當(dāng)?shù)湫凸ぷ鲿r鐘為500KHz128us.74LS02，ADC0809進(jìn)展讀/6MHz/s的晶振，ALE66MHz/s74LS742500KHz的ADC0809CLK相連。ADDA、ADDB、ADDCP1口P1.0、P1.1、P1.2三位打算選擇那一通道。的輸出端相連。74LS02的兩個輸入端/WRP3.59 武漢理工大學(xué)《計算機(jī)掌握技術(shù)》課程設(shè)計說明書 電平，執(zhí)行外部I/O口的寫操作。OE端為高電平，8位轉(zhuǎn)換數(shù)D0~D7輸出到數(shù)據(jù)線上。只有P3.5和/RD同時為低電尋常，OE端I/O口讀操作/RD為低電平。開頭將PSW壓棧A/D結(jié)果調(diào)顯示程序-20%<結(jié)果<20%開頭將PSW壓棧A/D結(jié)果調(diào)顯示程序-20%<結(jié)果<20%AD結(jié)果比較結(jié)果=0置位狀態(tài)位F0關(guān)閉報警F0是否等于零結(jié)果>or<設(shè)定20%F0=0F0=0報警子程序調(diào)PID掌握算法程序N溝通電是否過零Y啟動定時器T1N溢出標(biāo)志TF1是否為零Y輸出掌握量PSW出棧并返回3-1A/D轉(zhuǎn)換完畢中斷效勞程序流程圖10 武漢理工大學(xué)《計算機(jī)掌握技術(shù)》課程設(shè)計說明書 LED顯示模塊8LED顯示屏是最常用的顯示器件，分為共陽極和共陰極兩種形式。共LED將全部極管陽極接高電尋常，相應(yīng)的字段就被點(diǎn)亮。LED數(shù)碼管的顯示方法動態(tài)顯示的器件都在顯示。靜態(tài)顯示次送的顯示模型為止。這種顯示占用機(jī)時少，顯示牢靠。開頭將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為七段碼開頭將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為七段碼8255PA口譯碼選擇顯示位子程序返回3-211 武漢理工大學(xué)《計算機(jī)掌握技術(shù)》課程設(shè)計說明書 報警模塊1后自動復(fù)位開頭開頭置報警位P3.4去除報警狀態(tài)位F0子程序返回鍵盤模塊

3-3報警子程序在本次設(shè)計當(dāng)中，輸入設(shè)備承受4*4描的任務(wù)是：首先推斷是否有鍵按下。AFFH去除鍵抖動。10—20ms，再一次推斷有無鍵按下，假設(shè)此時仍有鍵按下，則認(rèn)為鍵盤上確實(shí)有鍵處于穩(wěn)定閉合期。方法：對鍵盤逐行掃描。程序中需等閉合鍵釋放后才對其進(jìn)展處理。12 武漢理工大學(xué)《計算機(jī)掌握技術(shù)》課程設(shè)計說明書 通信模塊機(jī)，進(jìn)展同一協(xié)調(diào)和集中治理。RS-232承受的數(shù)據(jù)傳20KB/s15m，RS-232也是目前最廣泛使用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。RS232MAX232芯片是美信公司特地為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的接口電路,使用+5v電源供電。內(nèi)部構(gòu)造根本可分三個局部：第一局部是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、64+12v-12v兩個電源，供給應(yīng)RS-232其次局部是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13〔R1IN〕、12〔R1OUT〕、11〔T1IN〕、14〔T1OUT〕為第一數(shù)據(jù)通道。8〔R2IN〕、9〔R2OUT〕、10腳〔T2IN〕、7腳〔T2OUT〕為其次數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOST1INT2INRS-232T1OUTT2OR2INTTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUTR2OU