计 算机控制技术课程设计基于大林算法的电加热炉温度控制系统课题设计学 院： 专 业： 自动化 班 级： 09 级 小组成员： 指导教师： 2012 年 11 月 20 日 贵州大学课题设计 第 I 页设计任务书设计目的：1、计算机控制技术课程设计的性质与目的：计算机控制技术课程设计是一个综合运用知识的过程，它不仅需要微机原理与接口技术，自动控制理论，数字电路等方面的基础知识，而且还需要具备一定的生产工艺知识。通过分析控制任务，选择微处理器和外围设备、建立数学模型及相应控制算法、系统总体方案设计、硬件和软件的具体设计，使学生对计算机控制系统设计的总体思路和方法有更好的掌握。2、计算机控制技术课程设计的任务：（1） 、了解单片机控制系统设计与制作的一般过程。（2） 、进行总体方案设计，通用 PID 数字控制器的设计方法。（3） 、能阅读电路原理图。（4） 、借助手册查阅电子元器件及材料的有关数据。（5） 、能正确选择、使用电子元器件和材料。（6） 、能根据控制系统的实现目的编写控制系统软件。（7） 、对软件中的各个模块进行单独调试并要求学生能独立掌握软件模块的调试方法和测评方法。（8） 、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（A3 幅面） 。设计任务：设计一个电加热炉，用电炉丝提供功率，使其在预定时间内将炉内温度稳定在给定值上。本控制对象电阻加热炉功率为 8kW，由 220V 交流电源供电。本设计以单片机为控制核心，加上相应的输入输出通道，采用大林算法，将温度控制在规定范围内，并要求实时显示当前温度值。被控对象由一阶惯性和纯滞后环节组成。技术参数：温度控制范围：50350；控制精度1C；三位 LED 显示温度值。 贵州大学课题设计 第 II 页摘 要电加热炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。其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。采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。 常规的温度控制方法以设定温度为临界点，超出设定允许范围即进行温度调控：低于设定值就加热，反之就停止或降温。这种方法实现简单、成本低，但控制效果不理想，控制温度精度不高、容易引起震荡，达到稳定点的时间也长，因此，只能用在精度要求不高的场合。电加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制效果。本设计采用大林算法进行温度控制，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。关键词：大林算法 传感器 炉温控制 单片机 贵州大学课题设计 第 III 页目 录设计任务书 .I摘 要 .II第 1 章 总体设计方案 .11.1 设计任务书分析 .11.2 该设计方案产生的背景 .11.3 设计方案 .2第 2 章 硬件设计 .32.1 设计原理 .32.2 系统的结构框图 .32.3 微处理器 89C51.42.4 温度传感器 .42.5 温度控制系统 .62.6 键盘模块 .62.7 LED 显示模块 .7第 3 章 软件设计 .93.1 系统软件设计 .93.2 基于大林算法的电加热炉温度控制的相关计算 .103.3 程序控制流程图 .12第 4 章 系统的调试 .14第 5 章 总结 .15参考文献 .19附录一 系统原理图 .20附录二 程序清单 .21 贵州大学课题设计 第 1 页第 1 章 总体设计方案1.1 设计任务书分析设计一个电加热炉，使其能够实现以下功能：电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定时间内将炉内温度稳定在给定值上。本控制对象电阻加热炉功率为8kW，由220V交流电源供电。本设计以单片机为控制核心，加上相应的输入输出通道，采用大林算法，将温度控制在规定范围内，并要求实时显示当前温度值。被控对象由一阶惯性和纯滞后环节组成。所需要设计的任务有以下几个方面任务：1、确定系统设计方案，包括单片机的选择，输入输出通道，键盘显示电路；2、建立被控对象的数学模型；3、推导控制算法，设计算法的程序流程图或程序清单；4、仿真研究，验证设计结果。1.2 该设计方案产生的背景近年来，加热炉温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，冶金机械食品化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉热处理炉