PWM温度自动控制系统的设计

《计算机控制技术》

课程设计

学生姓名：

学号：

专业班级：电气工程及其自动化（1）班

指导教师：

二○一二年十月二十九日

目录

1.课程设计目的 (3)

2.课程设计题目和要求 (3)

3.设计内容 (3)

4.设计总结 (10)

4.参考书目 (11)

5.附录

1.课程设计目的

通过本课程设计, 主要训练和培养学生的以下能力:

(1).查阅资料：搜集与本设计有关部门的资料(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；

(2).方案的选择：树立既考虑技术上的先进性与可行性,又考虑经济上的合理性,并注意提高分析和解决实际问题的能力；

(3).迅速准确的进行工程计算的能力,计算机应用能力；

(4).用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。

2.课程设计题目和要求

题目：PWM温度自动控制系统的设计

要求：

1.要求设计温度控制系统，设定温度为230度，采用电阻丝作为加热器件，要求无余差，超调小，加热速度快。

2.硬件采用51系列单片机，采用固态继电器作为控制元件。

3采用keil c作为编程语言，采用结构化的设计方法。

4.要求用protel设计出硬件电路图。

5画出系统控制框图。

6 画出软件流程图。

3.设计内容

3.1 PID控制原理

将偏差的比例，积分和微分通过线性组合构成控制量，用这一控制对被控对象进行控制，这一样的控制器称PID控制器

3.1.1．模拟PID控制原理

在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。为了说明控制器

(t)与实际输出信号n(t)进行比的原理，以图1.1的例子说明。给定输入信号n

(t)-n(t),经过PID控制器调整输出控制信号u(t),u(t)对目较，其差值e(t)=n

标进行作用，使其按照期望运行。

常规的模拟PID控制系统原理框图如同1.2所示。该系统有模拟PID和被控对象组成。图中r(t)是给定的期望值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值，给定值与实际值构成控制偏差e(t):

e(t)作为PID控制的输入，u(t)作为PID控制的输出和被控对象的输入。构成PID和被控对象的输入。构成PID控制的规律为：

其中：Kp为控制器的比例系数

Ti为控制器的积分时间，也称积分系数

Td为控制器的未分时间，也称微分系数

3.1.2 带死区PID 的算法

带死区的PID 控制

作用：消除由于频繁动作所引起的振荡

计算机中带死区的PID ：

3.2系统控制框图程序模块

3.3程序模块

1、主程序

2、AD转换程序

3、pid计算程序

4、延时程序

5、定时器中断服务程序3.4 Protel硬件电路图

3．5软件设计

3.5.1设计流程图:

主要程序流程说明：

主程序首先进行初始化，包括pid参数设定，定时器设置，中断设置及赋初值。然后循环做四件事：通过AD转换对反馈值采样，根据设定值减反馈值计算偏差进而计算输出值，根据输出值算出定时器初值，扫描给定按键刷新给定值。通过不断循环改变定时器初值以改变占空比，实现PWM控制。

3.5.2程序

#include

sbit A=P2^0;//模拟通道选择位

sbit BB=P2^1;

sbit C=P2^2;

sbit ST=P2^4;

sbit EOC=P2^5;

sbit OE=P2^6;

sbit P27=P2^7;//PWM脉冲输出

sbit P10=P1^0;

sbit P17=P1^7;

void ad();//模数转换

void pid();//pid计算

int a=0,b=0,out=0;

double p=0.4,i=0.1,d=0;//系数设定double s=0,e0=0,elast=0,in=200;

void delay(long i)//延时

{

int j=255;

while(i--)

{

for(;j>0;j--);

}

}

main()

{

A=BB=C=0;

OE=1;

TMOD=0x11;

TH0=0xD8;

TL0=0xF0;

EA=1

ET0=1;ET1=1;

TR0=1;

while(1)

{

ad();//模数转换

pid();

a=(65535-out*39)/0x100;

b=(65535-out*39)%0x100;//T1低8位

if(P10==0)

{ in++;delay(100);}

if(P17==0)

{ in--;delay(100);}

}

}

//模数转换

void ad()

{

ST=0;

ST=1;

ST=0;//启动转换

while(EOC==0); //等待转换结束

}

//pid计算

void pid()

{

e0=in-P0;//偏差值

out=p*(e0+i*s+d*(e0-elast));//由公式计算输出值

s=s+e0;//累计偏差

elast=e0;

}

void int0() interrupt 1 using 0//定时器0服务子程序 (interrupt 1 定时器0)

{

TH0=0xD8;

TL0=0xF0;//定时器0初值

P27=1;//输出高电平

TR1=1;//开定时器1

TH1=a;//定时器1初值

TL1=b;

}

void int3() interrupt 3 using 0//定时器1服务子程序

{

TR1=0;//关定时器1

P27=0;//输出低电平

}

4.设计总结

经过一周的课程设计，使我深刻的感受到所学知识的综合使用，像PID的运用，单片机的运用，C语言编程，protel画原理图，检测与转换技术的传感器等，一开始设计时还真有点迷茫，只能重新翻开以前的书本，才一点一点的理解过来，有了思路。而且以前不是特别明白或根本就不懂的地方，通过重新学习和实践弄懂了不少，对它们的原理有了更深的认识。也使我感受到了理论与实践相结合的重要性，不但使我对所掌握的知识有了更深刻的认识，还提高了我独立思考能力。遇到不懂的地方要的动手查阅资料或问同学、老师。这次设计为以后的学习、生活打下良好的基础，同时也暴露了自己的一些不足之处，基础知识不够扎实，不太懂得知识的综合利用，在以后的时间里要多加注重，以提高自己综合能力。

5参考书目

[1] 于海生.计算机控制技术.北京：机械工业出版社，2007.5

[2] 李群芳.单片机原理、接口及应用（第二版） .北京：清华大学出版社,2010.9

[3]叶东毅.C语言程序设计教程.厦门：厦门大学出版社.2009.5

[4]徐兵.过程控制.北京：机械工业出版社.2004.8

[5] 王春鸣，陈刚，张素贞. 专家PID控制器. 石油化工自动化,2002，（5）:25-27 附录：硬件电路原理图