基于数字pid的电加热炉温度控制系统设计计算机

计算机控制技术课程设计报告

题 目基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计 授课教师 盖宁 学生姓名 学 号 专 业 教学单位 完成时间

目录

摘要 ...........................................................................................................1 第1章 课程设计方案................................................................................1 1.1系统组成中体结构 ...........................................................................1 第2章 控制

成绩

《计算机控制技术》

课程设计

题目： 基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计

班级： 自动化09-1 姓名： 学号： 2013 年 1 月 1 日

基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计

摘 要：电加热炉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。本设计采用PID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。 电加热炉加热温度的改变是由上、下两组炉丝的供电功率来调节的，它们分别由两套晶闸管调功器供电。调功器的输出功率由改变过零触发器的给定电压来调节，本设计以AT89C51单片机为控制核心，输入通道使用AD590传感器检测温度，测量变送传给ADC0809进行A/D转换，输出通道驱动执行结构过零触发器，从而加热电炉丝。本系统PID算法，将温度控制在5

电加热炉温度控制系统设计

（发布日期：2013-6-10）

电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。

1 前言

在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。

在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力

课程设计说明书 No 1 电加热炉温度微机控制系统 沈 阳 大 学

课程设计说明书 No 2 引言 电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。 而温度是工业对象中一种重要的参数，特别在冶金,化工，机械各类工业中，广泛使用各种加热炉，热处理炉和反应炉等。由于控制系统本身的动态特性，基本上都属一阶纯滞后环节，因而在控制算法上亦基本相同。实践证明，用微型计算机对电热炉进行控制，无论在提高产品质量和数量，节约能源，还是在改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。 沈 阳 大 学

课程设计说明书 No 3 1 系统设计及其工作原理 1.1设计内容 用微型计算机设计一个电热炉温度控制系统对一个空间进行温度控制。在室内安装六个测温点，测温范围在0℃到1000℃，超过1000℃或低于0℃进行越限报警。 1.2系统工作原理 整个加热炉的温度控制系统采用典型的反馈是闭环设计，系统框图如图1所示：

电加热炉温度自动控制系统

一、 任务

设计并制作一个温度自动控制系统，控制电加热炉的温度在某一温度范围。 系统的示意图如图1所示。电加热炉顶部置入深度不一的两温度传感器，用于检测加热炉内的温度，炉内温度取其平均值；单片机通过键盘对加热炉的温度进行设定。根据炉内温度与设定温度值的差别程度，有不同的提示信号。炉内的温度和当前设定温度通过显示设备实时显示。

电加热炉降温部件信号转换与调理电路信号提示温度显示单片机测温元件控制电源信号转换与调理电路

图1 温度自动控制系统示意图

二、要求

⒈ 基本要求

（1）温度可调节范围为60℃～200℃，最小设定分度为1℃。 （2）温度显示功能，分辨率为0.1℃。

（3）当温度达到某一设定值并稳定后，炉内温度的波动控制在±2℃以内。

要求温度调控未达到和达到稳定状态，均给出声或光提示信号。 （4）当设定的调节温差为15℃时, 要求达到稳定状态的调节时间小于等于2

分钟，稳定状态下的温度波动在±2℃以内。

⒉ 发挥部分

（1）当温度达到某一设定值并稳定后，、炉内温度的波动控制在±1℃以内。 （2）当设定的调节温差为15℃时, 尽量减少达到稳定状态的调节时间，并

要求超调量不超过3℃，稳定状态下的温度波动在±1℃

基于PLC控制的加热炉温

度控制系统设计

学 院： 专 业： 姓 名： 学 号：

传统的加热炉电气控制系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能保证正常的工业产生，随着计算机控制技术的发展，传统继电器控制技术必然被基于计算机技术而产生的PLC控制取代，而PLC本身优异的性能使基于PLC控制的温度控制系统变的经济高效稳定且维护方便。这种温度控制系统对改造传统的继电器控制系统有普遍性意义。

1、加热炉温度控制系统基本构成

加热炉温度控制系统基本构成如图1所示，它由PLC主控系统、移相触发模块整、流器SCR、加热炉、传感器等五部分组成。我希望该加热炉的温度稳定在100℃进行工作。

图1加热炉温度控制系统基本组成

加热炉温度控制实现过程是：首先传感器将加热炉的温度转化为电信号，PLC主控系统内部的A/D将送进来的电压信号转化为PLC可识别的数字量，然后PLC将系统给定的温度值与反馈回来的温度值进行处理，给移相触发模块，再给三相整流电路（SCR）一个触发脉冲（既控制脉冲），这样通过三相整流电路的输出我们控制了加热炉电阻丝两端的电压，也既加热炉温度控制

广西工业职业技术学院

设计说明书

课题名称：

姓 名：

专 业：

班 级：

起止日期

指导教师： 加热炉温度控制系统设计

吴雨冬

过程控制

自动化1031

2011年12月 1日～2011年 12月30日

黎鸿坤

广西工业职业技术学院

设计说明书

题目： 加热炉温度控制系统设计

目 录

前言 ………………………………………………………1 第一章 设计的目的及意义…………………………………2 第二章 控制系统工艺流程及控制要求……………………2

2.1 生产工艺介绍 2.2 控制要求

第三章 总体设计方案………………………………………3

3.1 系统控制方案 3.2 系统结构和控制流程图

第四章 控制系统设计………………………………………5

4.1 系统控制参数确定

第五章 控制仪表的选型和配置……………………………6

5.1一体化温度变送器 5.2 DX2000型无纸记录仪

5.3 调节器 5.4 执行器

5.5 电/气阀门定位器ZPD-01 5.6 安全栅 5.7 配电器

5.8 薄膜气动调节阀ZMBS-16K

第六章 联锁保护……………………………………………11 第七章 系统控制接线图…………

主要介绍了基于模糊控制的电加热炉控制系统。有模糊pi控制,模糊pid控制,单片机模糊控制等。

大连理工大学

硕士学位论文

基于模糊PID的箱式电加热炉控制系统

姓名：王明军

申请学位级别：硕士

专业：控制理论与控制工程

指导教师：王金城

20091201

主要介绍了基于模糊控制的电加热炉控制系统。有模糊pi控制,模糊pid控制,单片机模糊控制等。

大连理工大学硕士学位论文

摘要

近年来随着工业的发展，电加热炉在工业控制中的应用越来越广泛。温度是电加热炉控制系统的一个主要参数，对温度的控制要求也越来越高。传统控制算法一般要建立在一定的数学模型之上，模型的精确度对控制效果有直接的影响。然而电加热炉是一种具有非线性、纯滞后、大惯性、时变性和升温单向性的控制对象，很难用数学方法建立精确模型。

模糊控制不依赖于模型，但由于它的理论并不完善，算法复杂，控制过程会存在稳态误差。传统ＰＩＤ控制理论成熟，容易实现，虽然大多数情况下可以满足性能要求，但其性能取决于参数的整定情况，且它的快速性和超调量之间的矛盾关系，使它不能同时满足快速升温和超调量小的要求。鉴于此，本文将模糊算法和常规ＰＩＤ算法结合起来，在手动经验的基础上建立模糊规则，在线自整定ＰＩＤ的参数，提高控制效果。

本文提出了基于模

目录

一、 工艺介绍 .................................................................................. 2 二、功能的设计 ................................................................................ 4 三、实现的情况以及效果 ................................................................ 6

一、工艺介绍

在钢厂中轧钢车间在对工件进行轧制前需要将工件加热到一定

的温度，如图1表示其中一个加热段的温度控制系统。在图中采用了6台设有断偶报警的温度变送器、3台高值选择器、1台加法器、1台PID调节器和1台电器转换器组成系统。

利用阶跃响应便识的，以控制电流为输入、加热炉温度为输出的系统的传递函数为：

温度测量与变送器的传递函数为：

由于，因此，上式中可简化为：

在实际的设计控制系统时，首先采用了常规PID控制系统，但

控制响应超调量较大，不能满足控制要求。

主要介绍了基于模糊控制的电加热炉控制系统。有模糊pi控制,模糊pid控制,单片机模糊控制等。

大连理工大学

硕士学位论文

基于模糊PID的箱式电加热炉控制系统

姓名：王明军

申请学位级别：硕士

专业：控制理论与控制工程

指导教师：王金城

20091201

主要介绍了基于模糊控制的电加热炉控制系统。有模糊pi控制,模糊pid控制,单片机模糊控制等。

大连理工大学硕士学位论文

摘要

近年来随着工业的发展，电加热炉在工业控制中的应用越来越广泛。温度是电加热炉控制系统的一个主要参数，对温度的控制要求也越来越高。传统控制算法一般要建立在一定的数学模型之上，模型的精确度对控制效果有直接的影响。然而电加热炉是一种具有非线性、纯滞后、大惯性、时变性和升温单向性的控制对象，很难用数学方法建立精确模型。

模糊控制不依赖于模型，但由于它的理论并不完善，算法复杂，控制过程会存在稳态误差。传统ＰＩＤ控制理论成熟，容易实现，虽然大多数情况下可以满足性能要求，但其性能取决于参数的整定情况，且它的快速性和超调量之间的矛盾关系，使它不能同时满足快速升温和超调量小的要求。鉴于此，本文将模糊算法和常规ＰＩＤ算法结合起来，在手动经验的基础上建立模糊规则，在线自整定ＰＩＤ的参数，提高控制效果。

本文提出了基于模