電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

I內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，控制理論不斷豐富和完善，控制技術(shù)也在向智能化、本文研究的是電阻爐的溫度控制系統(tǒng)，由于電阻爐在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用比較廣泛，所以電阻爐的溫度控制就顯得尤為重要了。建立一個控制系統(tǒng)首先要針對控制對II內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）AbstractIII內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） I II III 1 1 2 4 4 4 4 6 6 6 6 6 8 8 9 IV內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 40 42 1內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）工業(yè)爐是在工業(yè)生產(chǎn)中利用燃料燃燒或電能轉(zhuǎn)化的熱量將物料或工件加熱的熱工設(shè)備。機(jī)械工業(yè)應(yīng)用的工業(yè)爐有多種類型，在鑄造車間，有熔煉金屬的沖天爐、感應(yīng)爐、電阻爐、電弧爐、真空爐、平爐、坩堝爐等；在鍛壓車間，有對鋼錠或鋼坯進(jìn)行鍛前加熱的各種加熱爐，和鍛后消除應(yīng)力的熱處理爐；在金屬熱處理車間，有改善工件機(jī)械性能的各種退火、正火、淬火和回火的熱處理爐；在焊接車間，有焊件的焊前預(yù)熱爐和焊后回火爐；在粉末冶金車間有燒結(jié)金屬的加電阻爐是工業(yè)爐的一種，它是利用電流使?fàn)t內(nèi)電熱元件或加熱對工件或物料加熱的工業(yè)爐。電阻爐在機(jī)械工業(yè)中用于金屬鍛壓前加熱、金屬熱和油漆膜層的干燥等。自從發(fā)現(xiàn)電流的熱效應(yīng)(即楞茨-焦耳定律)以后，電熱法首先用于家用電器，后來又用于實驗室小電爐。隨著鎳鉻合金的發(fā)明，到20世紀(jì)20年代，電阻爐已在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。工業(yè)上用的電阻爐一般由電熱元件、砌體、金屬殼體、爐門、爐用機(jī)械和電氣控制系統(tǒng)等組成。加熱功率從不足一千瓦到數(shù)千千瓦。工作溫度在650℃以下的為低溫爐；650～1000℃為中溫爐;1000℃以上為高溫爐。在高溫和中溫爐內(nèi)主要以輻射方式加熱。在低溫爐內(nèi)則以對流傳熱方式加熱，電熱元件裝在風(fēng)道內(nèi)，通過風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫爐內(nèi)氣體循環(huán)流動，以加強(qiáng)對流傳熱。電阻爐有室式、井式、臺車式、推桿式、步進(jìn)式、馬弗式和隧道式等類型?？煽貧夥諣t、真空爐、流動粒子爐等也都是電阻爐。與其它的工業(yè)爐相比，電阻爐具有發(fā)熱部分簡單，對爐料的種類限制少，爐2內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）溫控制精度高，容易實現(xiàn)在真空或控制氣氛中加熱等特點(diǎn)。因此電阻爐廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、材料等行業(yè)，是發(fā)展最早，品種規(guī)格最多，需要量最大的一類工電阻爐按其加熱方式不同，可以分為間接電熱和直接電熱兩大類。前者依靠電流通過爐內(nèi)的電熱體或?qū)щ娨后w產(chǎn)生熱量，再經(jīng)過一定的傳熱過程將熱量傳給被加熱的物體。目前大多數(shù)的電阻爐都屬于這一類。后者是電流直接通過被加熱的物料，依靠物料本身的電阻發(fā)熱。間接電熱電阻爐的電熱原理：電流通過爐內(nèi)的專門電阻發(fā)熱即電熱體所產(chǎn)生的熱量，借熱輻射、對流和傳導(dǎo)將熱量傳遞給被處理的物料，這種電爐稱為間接電熱電阻爐。其特點(diǎn)是：采用不同材料的電熱體可在爐內(nèi)達(dá)到不同的最高工作溫度;采用不同的電熱體安裝和布置方式，可在爐內(nèi)得到各種所需的溫度分布以及做成各種形式和大小的爐子。所以間接電熱電阻爐是工業(yè)生產(chǎn)和科研中應(yīng)用最廣泛的一種爐子。3內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）模擬量反饋控制為主，輔以開關(guān)量的順序控制和模擬量開關(guān)量混合型的批量控制，它們可以覆蓋煉油、石化、化工、冶金、電力、輕工及市政工程等大部分行業(yè)。而現(xiàn)場式結(jié)構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場，依靠現(xiàn)場智能設(shè)備在本設(shè)計中以電阻爐為研究對象，利用實驗室現(xiàn)有的管式電阻爐和一系列的數(shù)字化儀表來完成電阻爐的溫度控制系統(tǒng)。通過改變調(diào)節(jié)器的比例帶、積分時間和微分時種控制方案可以根據(jù)不同的研究對象完成不同的控制要求。4內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）2.1總體方案設(shè)計5內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）6內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）一般研究調(diào)節(jié)對象特性的方法有兩種。對于簡單的對象或系統(tǒng)各以通過分析過程的機(jī)理、物料或能量平衡關(guān)系求得數(shù)學(xué)模型，即對象動態(tài)特性的微分方程式，這種方法稱為分析法。但是，復(fù)雜對象的微分方程式很難建立，也不容易求解。所以，另一種方法是通過實驗測定，對取得數(shù)據(jù)進(jìn)行加工整理而求得對象的微分方程式或傳遞函數(shù)，這種方法稱為實驗測定法。目前用來測定對象動態(tài)特性的實驗方法主要有三種：測定動態(tài)特性的時域方法、測定動態(tài)特性的頻域方法、測定動態(tài)特性的統(tǒng)計方法。這里僅對本次設(shè)計用到的是時域方法加的飛升曲線或方波響應(yīng)曲線，如輸入量做階躍變化，測繪對象輸出量隨時間變化曲線曲線就得到脈沖方波響應(yīng)曲線。這些方法都不需要特殊的信號發(fā)生器，在很多情況下可以利用調(diào)節(jié)系統(tǒng)中原有的儀器設(shè)備完成，方法簡單，測試工作量小，故應(yīng)用甚廣。壓為管式電阻爐提供電源，將熱電偶所測的電阻爐在不同伏值供電電壓下的毫伏信號接入無紙記錄儀進(jìn)而實時地繪制電阻爐的溫度特性曲線。下面我們將進(jìn)行溫度特性測試原理圖和接線圖的繪制。7內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）調(diào)壓器調(diào)壓器交流無紙記錄儀T8內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）我們通過調(diào)節(jié)自耦變壓器的給定電壓，使電阻爐的溫度變化并繪出溫度升高或降低的3.2溫度特性曲線的記錄與分析在電阻爐溫度特性曲線的測試中，我們通過選擇不同的給定電壓送入電阻爐，從而使電阻爐的溫度由一個穩(wěn)態(tài)階躍到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，也相當(dāng)于給電阻爐一個階躍信們將給定值改變?yōu)?0V，相當(dāng)于給該系統(tǒng)一個階躍信號，從而使溫度的變化曲線出現(xiàn)階躍響應(yīng)。為了使我們的設(shè)計達(dá)到一定的要求，應(yīng)多給幾個階躍信號，使溫度比較高9內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）對于采用PID控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并不要求非常準(zhǔn)確的被控對象模型。因此在滿足在描繪生產(chǎn)過程的動態(tài)特性時，常用微分方程式或傳遞函數(shù)的形式表達(dá)。如何將實驗所獲得的各種不同對象的飛升曲線進(jìn)行處理，以便用一些簡單的典型微分方程或傳遞函數(shù)來近似表達(dá)，既適合工程應(yīng)用，又有足有純滯后的S形飛升曲線，如圖3.4所示。在變化速度最快處作一切線，它的斜率m就是最快的速度(|并從時間軸的交點(diǎn)得出滯后時間τ。同時m記下輸入階躍變化量x和y的最終變量y(m)。然后用下列式子求K及T：xm這種處理方法極為簡單但準(zhǔn)確性不高，再介紹一種比較準(zhǔn)確的方法：內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）求穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)K的式子不變，在計算時間常數(shù)T及純滯后τ時，將y(t)曲線修改成無因次的飛升曲線y*(t)為y*(t)對于有滯后的一階非周期環(huán)節(jié)來說，在階躍作用下的解為y*(t)*--(t>τ)(3-4)t為了確定T及τ的值，在無因次飛升曲線上選取y*(t)的兩個坐標(biāo)值，現(xiàn)2選擇t及t如下：y*(t)-t1τ--(3-5)其中，t>t>τ,對上式聯(lián)立求解可得tln1-y*(t)-tln1-y*(t)t-τt-τ可以看出，由t,t及對應(yīng)飛升曲線上的兩個值y*(t)及y*(t)求得T及τ。對于計算結(jié)果，可在*這幾個時間上，對飛升曲線進(jìn)行校驗。（2）由飛升曲線確定二階環(huán)節(jié)的參數(shù)響應(yīng)曲線測定后，為了分析和設(shè)計控制系統(tǒng)，需要將響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)化為傳遞函數(shù)。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）2-τs（3-8）（3-9）-1-1來近似，前者相當(dāng)于過阻尼的二階環(huán)節(jié)（傳遞函數(shù)的分母有兩個實根及-，后者對于式（3-8在零初始條件下，當(dāng)輸入x(t)作階躍變化，階躍變量為x時，它 t)-tT+2（ t)-tT+2（3-10）T-T用無因式表示:KxT-tT--tT-TT1T-T（3-11）由式（3-11）可知，為了求y*(t)的值，應(yīng)先確定兩個時間常數(shù)T和T，而這就要建立兩個方程。在式（3-11）中引入時間無因次量tt*=—T*TT*=2其中2T=T+T，則可化為:T*-t*T*T*-t*T*--t*-1eT*-T*T*T*-T*2(3-12)（3-13）1.221.201.221.20*1T*=2 22,可見式（3-13）表達(dá)了y*(t*)，t*，和T*T*三者之間的關(guān)系。T*一T*1相對應(yīng)的t*，結(jié)果如下圖3.5所示：這里令T*一T*=Δ2。*7727分析圖3.5可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)y*(t*)=0.7時，t*的值在1.2附近變動。如果令1*=1.2，則由此帶來的誤差為=1.70，這在工程上是允許的。這樣，就得到尋求時間常數(shù)T，1T的第一個關(guān)系式2t*t*7-t7（3-14）關(guān)系，如圖4.8所示，這是尋求時間常數(shù)T、1T的第二個關(guān)系式。在同一圖2*檢驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果之用。*)，這兩條曲線可供內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）4經(jīng)上述分析之后，可將確定典型二階方程參數(shù)的步驟簡述如下：實驗求得飛升曲線后，先按式K=x和式y(tǒng)*(t)=y(t)Kx求出放大倍數(shù)K和無因次的飛升曲線y*(t)，然后根據(jù)y*(t)來求T及T或T及τ。根據(jù)y*(t)=0.7求得與之對應(yīng)的t，再算出t=(2T)t*t=7t*4t7對應(yīng)于t4t從飛升曲線上找到y(tǒng)*的數(shù)值。根據(jù)y*的數(shù)值分三種情況處理：①若0.191≤y*≤0.33，則采用式（3-8）來近似，這時還要計算兩個未4知參數(shù)T及T。計算時需要借助圖3.6的曲線。為了算T及T，首先求出7，再由圖3.6的曲線和y*的值求得對應(yīng)的Δ2的值進(jìn)而求Δ,最后用公2.44式來計算時間常數(shù)T及T。至此就求得了近似傳遞函數(shù)（3-8）式的各參數(shù)。為了對此傳遞函數(shù)進(jìn)行校驗，可以檢查它的幾個點(diǎn)，在校驗時仍需用到圖3.6的曲線，實驗結(jié)果與計算結(jié)果在t=0，t=t，t=t時是重合的，在內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）t=0.8(T+T)和t=2(T+T)兩點(diǎn)可按圖3.6查出y*與y*的值，且與實驗曲線上的值相比較作為校驗。若數(shù)值相近，則認(rèn)為這樣的近似是合理的。②若y*≤0.191，則采用（3-9）式的帶純滯后的二階環(huán)節(jié)近似，這時要4計算的兩個未知參數(shù)是T和τ。**(t)曲線上找到相應(yīng)的時間t及t的值，然后按公式22.4(3-16)來計算純滯后τ及時間常數(shù)T。至此，傳遞函數(shù)（3-9）式就確定了。為了校驗，計算結(jié)果應(yīng)在y*=0，y*=0.191及y*=0.7處與實驗曲線重合，*=0.91與實驗所得飛升曲線相比0.33，則應(yīng)用G(s)=Keτs來描述傳遞函數(shù)的特性。由飛升曲線確定傳遞函數(shù)的方法介紹完畢，下面將對實驗所得數(shù)據(jù)加以處理[9]。3.2.3溫度特性曲線數(shù)據(jù)處理因為我們采用的是PID控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并不要此在滿足精度要求的情況下，采用延遲的二階慣性環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)來擬合被控對象。首先將實驗所得飛升曲線化為無因次飛升曲線y*(t)。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）1.0(t)～t曲線圖7t再從圖中找到對應(yīng)于t的y*4y*44t4x內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）由上述方法求得被控對象的傳遞函數(shù)，通過分析傳遞函數(shù)即可了解被控電阻爐的溫度特性。進(jìn)而我們連接系統(tǒng)并進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)。由實驗曲線圖可得：id內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）控對象、測量變送裝置、控制器和控制閥。本設(shè)計中被控對象是電阻爐的溫度，測量設(shè)定值設(shè)定值內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）表4.1使用儀器設(shè)備表格儀器儀表名稱型號規(guī)格生產(chǎn)廠家——長期使用溫度為1400℃(我國規(guī)定最大電力50KVA，50~輸入輸出自耦變壓器制號1234天津市電機(jī)器電壓電壓電流材廠制造220V0～250V20APWM電路————采用單片機(jī)AT89C2051，ADC0832，74LS164，LED內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）熱電偶溫度計的原理是利用兩種不同的金屬導(dǎo)體在接點(diǎn)溫度不同時，回路內(nèi)就會產(chǎn)生熱電勢。它是接觸式測溫儀表，溫度不同相互接觸，由于它們之間有溫度差存在，熱量就會從高溫物體向低溫物體傳即傳熱量為零，兩者溫度相等。如果兩物體其中之一是溫度計的感溫部分，參考電極定律。中間導(dǎo)體定律是熱電偶回路的一個重要性質(zhì)。這一性質(zhì)表明：在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要這第三種導(dǎo)體材料兩端溫度相同，則熱電偶產(chǎn)生的熱電勢保持不變，不受第三種導(dǎo)體接入的影響。因此，在熱電偶測溫時，可接入測量儀表，測得熱電動勢后，即可知道被測介質(zhì)的溫度。均質(zhì)導(dǎo)體定律是指由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合電路，不論導(dǎo)體的截面如何以及各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。這條定律說明，熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的材料構(gòu)成。中間溫度定律是指熱電偶回路兩接點(diǎn)（溫度為T、T）間的熱電勢，等于熱電n偶在溫度為T、T時的熱電勢與在溫度為T、T時的熱電勢的代數(shù)和。0T稱中間n參考電極定律是專業(yè)人士才研究、關(guān)注的，一般生產(chǎn)、使用環(huán)節(jié)的人士不太了解，簡單說明就是：用高純度鉑絲做標(biāo)準(zhǔn)電極，假設(shè)鎳鉻-鎳硅熱電偶的正負(fù)極分別和標(biāo)準(zhǔn)電極配對，他們的值相加是等于這支鎳鉻-鎳硅的值。性強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，其準(zhǔn)確度等級是最高的。長期使用溫度為內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）如果把整個線圈作原線圈，副線圈只取線圈的一部分圖4.2自耦變壓器的示意圖調(diào)壓變壓器是一種典型的自耦變壓器,它的構(gòu)造12圖4.3自耦變壓器結(jié)構(gòu)圖在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，調(diào)節(jié)器是構(gòu)成自動控制系統(tǒng)的核心儀表，它將來自變準(zhǔn)信號，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作，以實現(xiàn)對溫度及其他工藝變量的自動控制。調(diào)節(jié)器的運(yùn)算規(guī)律是指調(diào)節(jié)器的輸出信號與輸入偏差之間隨時間變化的規(guī)律。PIPIDKTI——調(diào)節(jié)器的積分時間K；TD實際PID調(diào)節(jié)器的運(yùn)算規(guī)律表達(dá)式要復(fù)雜些，其傳遞函數(shù)常用下式表示PFD IDIID式中F——調(diào)節(jié)器變量之間的相互干擾系數(shù)，可表示為TTI數(shù)a的大小與調(diào)節(jié)器的構(gòu)成方式有關(guān)。該式表明，當(dāng)調(diào)節(jié)器無積分作用內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）IDIFT——考慮相互干擾系數(shù)后的實際積分時間；IT DFKI——考慮相互干擾系數(shù)后的實際微分時間；KD當(dāng)K、K均很大時，則上式就近似等于理想PID運(yùn)算規(guī)律的表達(dá)式了。IDPIPDPI為SolidStateRelay，簡稱SSR。固態(tài)繼電器與機(jī)電繼電器相比，是一種沒有機(jī)械運(yùn)動，不含運(yùn)動零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。SSR是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)元件，他利用電子元器件的電，磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場效應(yīng)管，單向可控硅和雙向可控硅等器件的開關(guān)特性，來達(dá)到無觸點(diǎn)，無火花地接通和斷開被控電路。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）固態(tài)繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。按輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具有與TTL/CMOS兼容，正負(fù)邏輯控制和反相等功能。固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。交流輸出時，通常使用兩個可控硅或一個雙向可控硅，直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應(yīng)管。固態(tài)繼電器具有高壽命，靈敏度高，快速轉(zhuǎn)換，電磁干擾小等優(yōu)點(diǎn)，固本設(shè)計采用固態(tài)繼電器。5.無紙記錄儀無紙無筆記錄儀摒棄了傳統(tǒng)記錄儀中使用的記錄筆和記錄紙，把工業(yè)現(xiàn)場的各種需要監(jiān)視記錄的輸入信號，通過本機(jī)CPU數(shù)據(jù)處理，一方面在大屏幕液晶顯示屏幕上以多種形式的畫面顯示出來，另一方面把這些監(jiān)察信號的數(shù)據(jù)存放在本機(jī)內(nèi)藏的大容量存儲芯片內(nèi)，以便在本記錄儀上直接進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖形查詢、翻閱和打印。帶有軟磁盤驅(qū)動的EXII型無紙記錄儀還可將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行拷盤存檔，用戶可用我們提供的上位機(jī)軟件，對已記錄數(shù)據(jù)的軟盤，在上位機(jī)上重現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)和歷史曲線。本設(shè)計使用的是藍(lán)屏無紙記錄儀，在使用時應(yīng)先進(jìn)入組態(tài)模塊，操作身份選為工PWM電路（脈寬調(diào)制電路）是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測量，通信，功率控制與變換等許多領(lǐng)域。脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時候即是直流供電被加到負(fù)載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行PWM的一個優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。對噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式?？傊?，PWM既經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗噪性能強(qiáng)，是一種值得廣大工程師在許多設(shè)計應(yīng)用中使用的有效技術(shù)。本設(shè)計利用脈寬調(diào)制電路將調(diào)節(jié)器輸出4的-20mA的信號線性轉(zhuǎn)化0%-100%的占空比，使其控制固態(tài)繼電器的開關(guān)，進(jìn)而控制了電阻爐的通電和斷電時間。從而實現(xiàn)了電阻爐的溫度控制。（1）PWM電路的硬件原理圖本設(shè)計的PWM電路采用了AT89C2051，ADC0832，74LS164，LED等，因此自己焊制了PWM電路板。PWM電路圖見附錄B。AT89C2051是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含2kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器（RAM器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大at89c2051單片機(jī)可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合。以下為其引腳圖：內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）圖4.4AT89C2051引腳圖2KB可重編程FLASH存儲器（1000次2級程序存儲器保密鎖定；128*8位內(nèi)部RAM；兩個16位定時器/計數(shù)器；可編程串行通道；直接驅(qū)動LED的輸出端口；ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）圖4.5ADC0832的引腳圖ADC0832具有以下特點(diǎn)：·輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；·5V電源供電時輸入電壓在0~5V之間；·工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32μS；·商用級芯片溫寬為0°Cto+70°C，工業(yè)級芯片溫寬為?40°Cto+85°芯片接口說明：·CS_片選使能，低電平芯片使能；·CH0模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用；·CH1模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用；）；·DI數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制；·DO數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出；·CLK芯片時鐘輸入；·Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）；內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng)A、B任意一個為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在）；內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）（2）PWM電路的軟件pWM電路的軟件主要分為三部分，第一是模數(shù)轉(zhuǎn)換程序，第二是將調(diào)節(jié)器的輸出信號轉(zhuǎn)化為占空比的程序，第三是LED顯示占空比的程序。本設(shè)計采用C51進(jìn)行編程（程序見附錄C）由于實驗室的數(shù)字調(diào)節(jié)器不帶有PWM模塊，所以需要自己焊制PWM電路板，電路板見圖4.8內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）用信號發(fā)生器模擬調(diào)節(jié)器輸出的4-20mA電流，對PWM電路進(jìn)行了演示，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）根據(jù)前面的實驗結(jié)果，下一步應(yīng)進(jìn)行該系統(tǒng)的參數(shù)整定及系統(tǒng)調(diào)試。這時就應(yīng)該5.1溫度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)線路系統(tǒng)的接線端子圖與系統(tǒng)的基本原理框圖是一致的。見附錄A連接好儀表后，檢查無誤后再接通電源。檢測一下調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器是否能正常工是由這些基本運(yùn)算規(guī)律組合而成。下面分別介紹三種基-I1ITII內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）采用圖示法表示的積分調(diào)節(jié)器在階躍輸入信號作用下其輸出響應(yīng)特1顯然，斜率與調(diào)節(jié)器積分速度-成正比的直線是積分過程的描述。直線越陡，表TI內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）DDdt采用圖示法表示的理想微分調(diào)節(jié)器在階躍輸入信號作用下其輸出響應(yīng)特性曲線如圖5.3理想微分調(diào)節(jié)器階躍響應(yīng)曲線內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）它是在階躍發(fā)生的時刻，輸出突然跳躍到一個較大的有限值，然后采用微分調(diào)節(jié)的好處在于偏差盡管不大，但在偏差開始劇烈變化的時論其數(shù)值有多大，微分器都無輸出，不能消除偏差，因此不能單獨(dú)使用[1]。KpKp/(TiS)被控對象KpTdS圖5.5典型的PID控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖ID內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）kKkKPSSy0內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）y0CCAΔy/(y_y)K000ID內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）ID試湊法就是根據(jù)控制器各參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響程度，邊觀察系統(tǒng)的運(yùn)行，PIDIDPI意這時的超調(diào)量會比原來加大，應(yīng)適當(dāng)?shù)慕档鸵稽c(diǎn)比例系數(shù)K。PDPI內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）ID內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）經(jīng)過四個多月的設(shè)計，電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計基本完畢，調(diào)試結(jié)果基本達(dá)到系統(tǒng)的分析與設(shè)計過程也是對四年所學(xué)知識的總結(jié)過程，更是進(jìn)一步學(xué)習(xí)和探索的過程。在這個過程中，我對控制系統(tǒng)的設(shè)計有了深刻的認(rèn)識和理解，對一系列儀表的工作原理及使用有了進(jìn)一步的掌握，對控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計有了切身的認(rèn)識與體會，并在學(xué)習(xí)和實踐過程中增長了知識、豐富了經(jīng)驗?？刂葡到y(tǒng)的開發(fā)設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須嚴(yán)格按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)實施、系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試的過程來進(jìn)行。系統(tǒng)的分析與設(shè)計是一項很辛苦的工作，同時也是一個充滿樂趣的過程，應(yīng)就是想到理論與實際的差別。即使再簡單的問題，理論上也許是百分之百的知道、題都是這樣的，理解了書上的理論知識后需要多次實際操作后，才能設(shè)時線頭外露，直接用手觸摸可能帶電的元器件等。左老師的一次次教誨和內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）次次觸電經(jīng)歷使我牢記電的危險性，但我不會就此內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）17.潘新民,王燕芳.微型計算機(jī)控制技術(shù)[M]，北京：電子工業(yè)出版社,200218.吳麒編.自動控制原理[M]，北京：清華大學(xué)出版社,200219.孫凱，李元科.電阻爐溫度控制系統(tǒng)[J]，傳感器技術(shù)2003,22(2)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）數(shù)字調(diào)熱電偶輸出端熱電偶輸出端調(diào)節(jié)器輸出++--+-+VCCVCCVCC6clkVCCVCCBAU8VCC