基于大林算法的电阻炉温度控制系统设计(DOC)
课程设计任务书
目录
摘要 (1)
1.课题简介 (2)
1.1课题目的 (2)
1.2课题内容 (2)
1.3课题要求 (2)
2.大林算法控制系统方案设计 (3)
2.1控制系统总体介绍 (3)
2.2控制系统闭环工作原理 (3)
3.大林算法控制系统硬件电路设计 (4)
3.1 A/D采样电路 (4)
3.2 D/A输出电路 (5)
3.3给定对象硬件电路设计 (6)
3.4总硬件图 (7)
4.大林算法控制系统算法设计 (8)
4.1 控制算法的原理 (8)
4.2 计算机实现的计算机公式推导 (8)
4.3 采样周期的选择 (9)
5.大林算法控制系统软件编程设计 (10)
5.1 主程序与中断流程图 (10)
5.2 部分控制程序代码 (11)
6.结论 (15)
7. 小结与体会 (16)
参考文献 (17)
摘要
电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。在本控制对象电阻加热炉功率为20KW ，有220V 交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。本设计针对一个温区进行控制，要求控制温度范围50～350℃，保温阶段温度控制精度为±1℃。选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双
向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压，其对象温控数学模型为：()1s
d d K
e G s T s -=+τ其中：时间
常数d T =350秒，放大系数d K =50，滞后时间τ=10秒，控制算法选用大林算法 。 关键词：单片机；A/D 、D/A ；大林算法；传感器；炉温控制
1.课题简介
1.1课题目的
课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。
《计算机控制系统》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。
1.2课题内容
设计以89C51单片机和ADC 、DAC 等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制系统。
1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。
2. 控制算法：大林控制算法。
3. 软件设计：主程序、中断程序、A/D 转换程序、大林算法控制程序、D/A 输出程序等。
1.3课题要求
1. 模入电路能接受双极性电压输入（-5V~+5V ），模出电路能输出双极性电压（-5V~+5V ）。
2. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。
3. 选择被控对象： T ,e )
s .)(s .()s (G s .=++=
-τ501501408
4. 对象的纯延迟环节s e τ-用软件通过数组单元移位实现。
5. 定时中断间隔选取50ms ，采样周期T 要求既是采样中断间隔的整数倍，又满足
(0.21)T τ=-。
6. 闭环系统时间常数T τ按11~23??
???的被控对象最大时间常数选择。
2.大林算法控制系统方案设计
2.1控制系统总体介绍
图2.1-1大林算法设计的闭环控制系统方框图
大多数工业对象具有较大的纯滞后时间，可以近似用一阶或二阶惯性环节加纯滞后环节来表示，其传递函数为 一阶对象：NT ,e s T K
)s G(s =+=-ττ1
1， 二阶对象：NT ,e )
s T )(s T (K
)
s (G s =++-ττ1121,
大林算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数 Φ（s ）相当于一个纯滞后环节和一个惯性环节相串联，即
NT ,e s T )s (s =+=
-ττ1
1
τΦ， 并希望整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象的纯滞后时间相同。其中为闭环系统的时间常数，纯滞后时间与采样周期T 有整数倍关系，（N=1,2﹒﹒﹒﹒）。
2.2控制系统闭环工作原理
在本次大林算法控制系统中，系统先进行A/D 采样，将给定值采样值取到单片机内，之后单片机会选择另外一路通道，进行输出值即反馈值的采样。将输出值采样到单片机内后，在单片机中进行差值E(K )计算，再通过单片机中的算法程序得到输出量U(K )，再经过D/A 变换器，将输出结果作用于被控对象。经被控对象的输出值又将作为反馈值被采样到单片机内。
3.大林算法控制系统硬件电路设计
3.1 A/D采样电路
该实验的A/D采样硬件电路如图3-1所示
图3-1 A/D采样硬件电路图
上图所示的是ADC0809与8051连接的硬件电路图，其中在ADC0809中，IN-6、IN-7分别采样给定信号和反馈信号，A\D转换器的引脚A接单片机的P1^6，用于选择采样通道。控制计算机的定时器作为基准时钟（初始化为50ms），在第一次启动A/D转换时，此时P1^6=0，选择的IN-6，采样的是给定信号，当采样周期到时，此时P1^6=1，同时在定时器中启动A/D转换，此时采样的是反馈信号，给定信号和反馈信号的采样值分别存储在程序的RK和UK1中。
模数单元采用ADC0809芯片，主要包括多路模拟开关和A/D转换器两部分。其主要特点为：单电源供电、工作始终CLOCK最高可达1200KH Z、8位分辨率、8个单端模拟输入端（IN0~IN7）、TTL电平兼容等，可以很方便地和微处理器接口。
通过三端地址译码A、B、C多路开关可选通8路模拟输入的任何一路进行A/D变换。其中IN1~IN5的模拟量输入允许范围：0V~4.98V，对应数字量为00H~FFH，2.5V对应80H；
IN6和IN7两路由于接了上拉电阻，所以模拟量输入允许范围：-5V~+4.98V,对应数字量
00H~FFH，0V对应80H。在设计过程中使用的TD-ACC+教学系统中的ADC0809芯片，其输出八位数据线以及CLOCK线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK
（1MH Z）上。其它控制线根据实验要求可另外连接（A、B、C、STR、/OE、EOC、IN0~IN7），如图3-1（2）所示。
其中IN6和IN7可以测量-5V~+5V的量，主要是因为加了外部电路。如图所示，在IN6和IN7的实际输入端其输入范围为0~5V，在外围电路中，采用两个相同电阻分压的方式，因为给了一个5V的电压，当输入端为-5V时，0809的实际输入端为两者相加之和的一半，为0V，在0809采样电压的范围以内。但将该采样值取进单片机内后，其表示范围为
-128~127，对应为0~5V的电压，所以我们需要在程序里将采样值减去128以使采样值与设定值相对应。因此加了外部电路，0809就可以采集-5~+5V的电压了。
3.2 D/A输出电路
数模转换单元采用TLC7528芯片，它是8位、并行、两路、电压型输出模数转换器。其主要参数如下：转换时间100NS，满量程误差1/2LBS，参考电压-10V~+10V，供电电压
+5V~+15V，输入逻辑电平与TTL兼容。输入数字范围为00H~FFH,80H对应于0V，输出电压为-5V~+4、96V。在课程设计过程中采用的TD-ACC+教学系统中的TLC7528，其输入数字量得八位数据线、写线和通道选择控制线已经接至控制计算机的总线上。片选线预留出待实验中连接到相应的I/O片选上，如图3-2。
图3-2 D/A输出电路
该芯片TLC7528可以双极性输出，但须在单片机中将D/A的输出值加128后再交给TLC7528芯片进行D/A输出。
3.3给定对象硬件电路设计
图3-3 给定对象硬件电路图
大林算法课程设计
摘要 在控制系统应用中，纯滞后环节往往是影响系统动态特性的不利因素。工业过程中如钢铁，热工和化工过程中往往会有纯滞后环节。对这类系统，控制器如果设计不当，常常会引起系统的超调和持续振荡。由于纯延迟的存在，使被控量对干扰、控制信号不能即时的反映。即使调节机构接受控制信号后立即动作，也要经过纯延时间t后才到达被控量，使得系统产生较大的超调量和较长的调节时间。当t>=0.5T（T为对象的时间常数）时，实践证明用PID控制很难获得良好的控制品质。对这类具有纯滞后环节系统的控制要求，快速性往往是次要的，通常要求系统稳定，要求系统的超调量要小，而调整时间允许在较多的采样周期内结束。 这样的一种大时间滞后系统采用PID控制或采用最少拍控制，控制效果往往不好。本课程设计介绍能满足上述要求的一种直接数字控制器设计方法——大林（Dahlin)算法。 关键字：纯滞后、大林（Dahlin)算法
目录 0引言 (1) 1被控对象模拟与计算机闭环控制系统的构成 (2) 1.1被控对象 (2) 2大林算法 (3) 2.1一阶被控对象的达林算法 (3) 3振铃现象和消除方法 (4) 3.1振铃现象的产生 (4) 3.1.1振铃现象的分析 (4) 3.2振铃幅度RA (6) 3.3振铃现象的消除 (6) 3.4Simulink 仿真 (7) 4一种改进的消除振铃现象的方法 (9) 5总结 (10) 参考文献 (11)
0引言 大林算法是由美国IBM公司的大林(Dahllin)于1968年针对工业生产过程中含纯滞后的控制对象的控制算法。该算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器，使整个系统的闭环传递函数为带有原纯滞后时间的一阶惯性环节。大林算法是运用于自动控制领域中的一种算法，是一种先设计好闭环系统的响应再反过来综合调节器的方法。设计的数字控制器（算法）使闭环系统的特性为具有时间滞后的一阶惯性环节，且滞后时间与被控对象的滞后时间相同。此算法具有消除余差、对纯滞后有补偿作用等特点。
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书 概 述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 1 整体设计及系统原 理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2 硬件设 计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 2.1温度检测电 路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 2.2键盘控制和显示电 路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 2.3加热控制电 路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 3 心得体 会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 参考文 献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书
大林算法课程设计报告
微型计算机控制技术课程设计报告 班级：自动化901 A B C
一、课题名称 大林算法控制系统设计 二、课程设计目的 课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。 《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。 三、课程设计内容 已知被控对象的传递函数为： 采样周期为T=0.5s ，用大林算法设计数字控制器D(z)，并分析是否会产生振铃现象。 四、课程设计要求 1、用大林算法设计数字控制器D(z) ； 2、在 Simulink 仿真环境画出仿真框图及得出仿真结果，画出数字控制； 3、绘制并分析数字控制器的振铃现象； 4、对振铃现象进行消除; 5、得出仿真结果并进行仿真分析; 6、程序清单及简要说明; 7、成设计说明书（列出参考文献，以及仿真结果及分析）。 五、大林算法控制系统方案设计 在控制系统应用中，纯滞后环节往往是影响系统动态特性的不利因素。工业过程中如钢铁，热工和化工过程中往往会有纯滞后环节。对这类系统，控制器如果设计不当，常常会引起系统的超调和持续振荡。 由于纯延迟的存在，使被控量对干扰、控制信号不能即时的反映。即使调节机构接受控制信号后立即动作，也要经过纯延时间t 后才到达被控量，使得系统产生较大的超调量和较长的调节时间。当t >=0.5T （T 为对象的时间常数）时，实践证明用PID 控制很难获得良好的控制品质。 对这类具有纯滞后环节系统的控制要求，快速性往往是次要的，通常要求系统稳定，要求系统的超调量要小，而调整时间允许在较多的采样周期内结束。 这样的一种大时间滞后系统采用PID 控制或采用最少拍控制，控制效果往往不好。本节介绍能满足上述要求的一种直接数字控制器设计方法 ——达林(Dahlin)算法 ()1s e G s s -=+
电阻炉温度控制实习报告
北华大学 过程控制实习 实习题目：电阻炉温度控制系统 班级学号：_________________________ 姓名：_________________________ 专业名称：_________________________ 指导教师：_________________________ 2014年3月24日
前言 在大二的课程里我们学习了自动控制系统、过程控制工程及工业自动化仪表等课程。我们学习到了许多关于自动控制方面的理论知识，但实践是检验一切真理的标准，只有真真正正的将理论与实践相结合。用理论来指导实践，用实践来检验并完善理论。为了使提高我们的动手能力及理论相结合的能力，学校组织了为期三周的关于电阻炉温度控制系统的生产实习。 生产实习为期三周，分为两阶段。第一阶段为第一周，在这一周里，我们要了解温度控制系统所用到的仪器仪表及理论知识，学习使用组态王这一生产模拟软件并用它将温度控制系统的整个控制过程做成动态模拟动画。第二阶段为第二、第三两周，在这段时间里，我们需要学会PID自整定控制仪、无纸记录仪及可控硅三相调功器的功能、使用方法以及校准。画出整个系统的电气原理图及仪器仪表的电路接线图。利用4:1衰减曲线法来调节PID的控制参数，以实现无偏差控制的控制目标。经过三周的生产实习能够更好的做到学以致用，将理论实际相结合，用理论来指导实践，用实践来完善理论。
目录 第一部分系统简介及工艺流程 (1) 1.1系统简介 (1) 1.2双向可控硅 (2) 1.3三相电阻炉 (3) 1.4K型热电偶 (5) 1.5温度变送器 (9) 1.6无纸记录仪 (10) 1.7工艺流程图 (13) 第二部分零点调整及量程调整 (14) 2.1零点调整 (14) 2.2量程调整 (18) 第三部分静态特性及动态特性 (18) 3.1静态特性及动态特性的定义 (18) 3.2实验步骤 (19) 3.3PID的参数整定口诀 (20) 3.4积分饱和问题 (20) 第四部分参数整定及投运 (22) 4.1在纯比例作用的参数整定 (22) 4.2在比例积分作用下的参数整定 (24) 4.3比例积分微分的参数整定 (25) 4.4系统的投运 (26) 第五部分组态王软件的应用 (27) 5.1组态王软件的简介 (27) 心得体会 (28) 参考文献 (30) 附录一 (31) 附录二 (32) 附录三 (33) 附录四 (34)
高温箱式电阻炉温度控制器介绍
高温箱式电阻炉温度控制器介绍 本章主要介绍电阻炉温度过程控制中，常用的位控、晶闸管调节器及变压器等几种控制方法，并对计算机和可编程控制器在电阻炉控制系统中的应用、PID控制原理也作了简单介绍。 电阻炉的温度控制，就是根据实际温度与设定温度的偏差，改变炉子的加热功率，使炉子温度在设定温度范围之内，满足加热工艺要求。加热功率的大小决定了炉子温度的高低和升温速度的快慢，加热功率的稳定性决定了宏达炉业电阻炉温度的稳定性。改变加热功率的方法很多，常见的有位式、晶闸管调节器和电炉变压器控制方式等，采用何种加热方式由炉子的结构、用途和温度的高低决定。 电阻炉的温度控制无论采用哪种控制方式，其控制过程基本是相同的，总是包括温度测量、温度控制器、加热驱动部件、电热元件以及辅助电路等 (1)温度测量。电阻炉的温度测量通常采用热电偶温度传感器和光电高温计，一般情况下采用热电偶进行接触式侧量，当温度较高时则必须选用辐射型光电测温计进行非接触时测量。 (2)温度控制器。温度控制器也就是常说的温度控制仪表，其作用是一方面显示温度传感器或变送器送来的温度信号;另一方面把测量的温度值与设定值进行比较，输出温度控制信号。在电阻炉温度控制中，如果控制精度要求不高，可采用模拟位控温度控制器，否则采用数字式智能温度控制仪表，目前后者应用较多。 (3)加热驱动部件。加热驱动部件起着功率放大的作用，把温度控制信号的变化转换为加热功率的变化，给电热元件加热，达到改变炉子温度的目的。加热驱动部件是影响温度控制方式的主要因素之一，常用的有接触器、固态继电器、晶闸管调节器以及变压器等。 (4)电热元件。电热元件是把电能转化为热能的部件，主要有非金属、金属合金及纯金属三种类型。 (5)辅助电路。辅助电路是指除加热主电路以外的电路，包括辅助装置的动作、工作状态的指示以及安全互锁保护等。
基于大林算法的温度控制系统设计说明
计算机控制技术课程设计2015/2016学年第二学期 设计课题：基于大林算法的电路温度控制系统的设 计 专业：__ __ 班级： __ _ 学号：___ _______ 姓名：_______ _ _____ 2016年5月
目录 第一章课题简介 (1) 1.1课题的目的 (1) 1.1.1 本机实现的功能 (1) 1.1.2 扩展功能： (1) 1.2课题的任务及要求 (1) 第二章系统方案设计 (2) 2.1 水温控制系统的总体介绍 (2) 2.2 系统框图 (2) 2.3 闭环系统的工作原理 (2) 第三章系统硬件设计 (3) 3.1 系统原理图 (3) 3.2 单片机最小系统设计 (3) 第四章大林控制算法设计 (5) 4.1 大林控制算法原理： (5) 4.2 控制器的设计及公式推导过程 (6) 4.3 采样周期的选择： (7) 第五章水温控制系统的仿真 (7) 5.1振铃现象 (7) 5.2 Matlab仿真 (9) 5.2 大林算法控制系统编程设计： (10) 5.3各模块子程序设计 (11) 5.3.1主程序设计 (11) 5.3.2读出温度子程序 (12) 5.5.3数码管显示模块 (13) 5.5.4温度处理程序 (14) 第六章小结与体会 (15) 第七章参考文献 (16) 第八章附录 (17)
第一章课题简介 1.1课题的目的 1.1.1 本机实现的功能 （1）利用温度传感器采集到当前的温度，通过AT89S52单片机进行控制，最后通过LED数码管以串行口传送数据实现温度显示。 （2）可以通过按键任意设定一个恒定的温度。 （3）将水环境数据与所设置的数据进行比较，当水温低于设定值时，开启加热设备，进行加热；当水温高于设定温度时，停止加热，从而实现对水温的自动控制。 （4）当系统出现故障，超出控制温度围时，自动蜂鸣报警。 1.1.2 扩展功能： （1）具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备。（2）采用适当的控制方法实现当设定温度或环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。 （3）温度控制的静态误差。 1.2课题的任务及要求 一升水由800W的电热设备加热，要求水温可以在一定围由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。 （1）温度测量围：10~100℃，最小区分度不大于1℃。 （2）控制精度在0.2℃以，温度控制的静态误差小于1℃。 （3）用十进制数码管显示实际水温。
单片机的电阻炉温度控制系统设计
目录 概述 (2) 1 整体设计及系统原理 (2) 2 硬件设计 (3) 2.1 温度检测电路 (3) 2.2 键盘控制和显示电路 (5) 2.3 加热控制电路 (6) 3 心得体会 (8) 参考文献 (9)
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计 概述 电阻炉在化工、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。此次课程设计温度控制系统的主要技术指标有：温控范围：300C?1000C ；恒 温时间：0?24小时；控制精度：±C；超调量＜1%。 1整体设计及系统原理 本系统由单片机AT89C51、温度检测电路、键盘显示、显示电路、温度控制电路等部 分组成。系统中采用了新型元件，功能强、精度高、硬件电路简单。其硬件原理图如图 1 所示。 在系统中，利用热电偶测得电阻炉实际温度并转换成毫伏级电压信号。该电压信号经过温度检测电路转换成与炉温相对应的数字信号进入单片机，单片机进行数据处理后，通过液晶显示器显示温度，同时将温度与设定温度比较，根据设定计算出控制量，根据控制量通过控制继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制。 图1硬件原理图
程序流程图 在系统软件中，主程序完成系统初始化和电炉丝的导通和关断；炉温测定、键盘输入、时间确定和显示、控制算法等都由子程序来完成；中断服务程序实现定时测温和读取时间。流程图如图2所示。 图2总体流程图
电阻炉温度控制系统的设计说明
电炉温度控制系统设计
摘要 热处理是提高金属材料及其制品质量的重要技术手段。近年来随工业的发展， 对金属材料的性能提出了更多更高的要求，因而热处理技术也向着优质、高效、节能、无公害方向发展。电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，加热时恒温过程的测量与控制成为了关键技术，促使人们更加积极地研制热加工工业过程的温度控制器。 此设计针对处理电阻炉炉温控制系统，设计了温度检测和恒温控制系统，实现了基本控制、数据采样、实时显示温度控制器运行状态。控制器采用51 单片机作为处理器，该温度控制器具有自动检测、数据实时采集处理及控制结果显示等功能，控制的稳定性和精度上均能达到要求。满足了本次设计的技术要求。 关键词：电阻炉，温度测量与控制，单片机
目录 一、绪论 ....................................................................................................... - 1 - 1.1 选题背景........................................................................................ - 1 - 1.2 电阻炉国发展动态........................................................................... - 1 - 1.3 设计主要容 .................................................................................... - 2 - 二、温度测量系统的设计要求........................................................................... - 3 - 2.1 设计任务......................................................................................... - 3 - 2.2 系统的技术参数................................................................................ - 3 - 2.3 操作功能设计................................................................................... - 4 - 三、系统硬件设计........................................................................................... - 5 - 3.1 CPU选型........................................................................................ - 5 - 3.2 温度检测电路设计.............................................................................. - 6 - 3.2.1 温度传感器的选择..................................................................... - 6 - 3.2.1.1热电偶的测温原理 ......................................................... - 7 - 3.2.1.2 热电偶的温度补偿......................................................... - 7 - 3.2.2 炉温数据采集电路的设计.......................................................... - 8 - 3.2.2.1 MAX6675芯片.......................................................... - 8 - 3.2.2.2 MAX6675的测温原理................................................. - 9 - 3.2.2.3 MAX6675 与单片机的连接.......................................... - 10 - 3.3 输入/输出接口设计......................................................................... - 10 - 3.4 保温定时电路设计 .......................................................................... - 13 - 3.4.1 DS1302 与单片机的连接....................................................... - 13 - 3.5 温度控制电路设计............................................................................ - 14 - 系统硬件电路图...................................................................................... - 17 - 四、系统软件设计......................................................................................... - 19 - 4.1 软件总体设计 .................................................................................. - 19 - 4.2 主程序设计 ..................................................................................... - 19 - 4.3 温度检测及处理程序设计................................................................... - 20 - 4.4 按键检测程序设计............................................................................ - 23 - 4.5 显示程序设计 .................................................................................. - 25 - 4.6 输出程序设计 .................................................................................. - 27 - 4.7中值滤波 ......................................................................................... - 28 - 五、结论 ..................................................................................................... - 30 - 参考文献 ..................................................................................................... - 31 -
实验 大林算法(1)
实验 大林算法 一、实验目的 1.进一步掌握大林算法 2.熟悉大林算法硬件电路结构 二、实验器材 https://www.360docs.net/doc/c61086067.html,KL —4型实验箱 2.虚拟示波器（软件） 3.计算机 三、实验线路原理 (1)纯滞后环节是通过控制采样保持器，使采样保持器的输出滞后D/A 输出一拍来模拟实现的。 采样周期T=0.2S ，大林设计目标定为：W b (S)=1 S e rs +τ- 式中τ=0.1S (2)D(Z)算法 计算机输入为E(Z)，输出为U(Z)，有： D(Z)=3 322113 322110Z P Z P Z P 1Z K Z K Z K K )Z (E )Z (U ------++++++= 将D(Z)式写成差分方程，则有： U K =K 0E K +K 1E K-1+K 2E K-2+K 3E K-3-P 1U K-1-P 2U K-2-P 3U K-3 (3)采样周期T 计算机用8253产生定时信号，定时10ms ，采样周期T 为：T=T K ×10ms T K 需事先送入2F60H 单元。范围：01H ～FFH ，对应T 的范围：10ms ～2550ms ，实验取T=0.2S=200ms ，T K =20=14H 。 (4)接线：
四、实验内容及步骤 (1)根据设计要求，确定计算机的D(Z)各个系数。 D(Z)=(0.48-0.3936Z-1)/(1-0.1350Z-1-0.8650Z-2) K0=0.4800， K1=-0.3936， K2=0， K3=0， P1=-0.1350， P2=0.8650， P3=0 (2)S11置方波档，S12置T3档，调W12使U1单元的OUT端的输出波形为2.5V方波，实验过程中调节W11改变波形的周期。S与ST短接。 (3)装入程序（TH6-1.EXE），使用默认的段地址和偏移量，由于程序前256T数据为存储缓冲，T K值（14H）存入2F60H单元，。 (4)在调试窗口内运行程序G=0000：2000，对照输入R观察输出C点的波形。 图6.1－4
电阻炉温度控制.
项目九电阻炉温度控制 项目内容： 在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。 温度采集采用热电偶，经过变送器后转换为电信号。经过A/D转换器ADC0809转变为数字量。 8031对温度的控制是通过D/A转换实现的。双向可控硅管和加热丝串接在交流220V、50Hz市电回路。在给定周期T内，8031只要改变可控硅管的接通时间即可改变加热丝的功率，以达到调节温度的目的。 通常，电阻炉炉温控制都采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值，然后对偏差值处理获得控制信号去调节电阻炉的加热功率，以实现对炉温的控制。在工业上，偏差控制又称PID控制，这是工业控制过程中应用最广泛的一种控制形式，一般都能收到令人满意的效果。
能力目标： 课题1 A-D转换接口技术 课题2 ADC0809的应用技术 课题3 D-A转换接口技术 课题4 TLC5615的应用技术 实践演练： 1．亲手设计调试电阻炉的温度，对炉温的采集，与预设值相比较，对偏差值处理获得控制信号去调节电阻炉的加热功率，以实现对炉温的控制。 2．动手设计采集A/D转换温度对电炉丝进行控制，从而实现温度的调节。 3．通过该项目的训练，提高学生的实际动手操作能力，养成学生的工程道德观念，建立工程敬业精神和团队合作精神。
计算机控制技术课程设计-电阻炉温度控制系统设计
合肥工业大学 《计算机控制技术》课程设计 ——电阻炉温度控制系统设计 学院专业 姓名 学号_______ ________ _ 完成时间
摘要：电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件，电流通过加热元件时产生热量，再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。直接加热式电阻炉，是将电源直接接在所需加热的材料上，让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。工业电阻炉，大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。由于电阻炉具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场分布均匀、环保等优点，应用十分广泛。 关键词：炉温控制；高效率；加热 一、总体方案设计 本次课程设计主要就是使用计算机以及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，从而使系统达到工艺要求的性能指标。 1、设计内容及要求 电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。在本控制对象电阻加热炉功率为8KW，有220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。 2、工艺要求及要求实现的基本功能 本系统中所选用的加热炉为间接加热式电阻炉，控制要求为采用一台主机控制8个同样规格的电阻炉温度；电炉额定功率为20 kW；）恒温正常工作温度为1000℃，控温精度为±1%；电阻炉温度按预定的规律变化，超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性；具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±1℃；具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。 3、控制系统整体设计 电阻炉温度计算机控制系统主要由主机、温度检测装置、A/D转换器、执行机构及辅助电路组成。系统中主机可以选用工业控制计算机、单片微型计算机或可编程序控制器中的一种作为控制器，再根据系统控制要求，选择一种合理的控制算法对电阻炉温度进行控制。控制系统组成框图如图11-1所示。采用热电偶
大林算法实验报告(20200623034811)
大林算法实验报告 一、实验目的 1、 掌握大林控制算法的基本概念和实现方法； 2、 进一步熟悉MATLAB 的使用方法； 3、 掌握在MATLAB 下大林算法控制器的调试方法; 4、 观察振铃现象，并且尝试消除振铃现象 二、实验原理 1■大林算法的原理及推导 大林算法是IBM 公司的大林(Dahlin)在1968年提出了一种针对工业生产过程中含有纯 滞后对象的控制算法。其目标就是使整个闭环系统的传递函数 相当于一个带有纯滞后的一 阶惯性环节。该算法具有良好的控制效果。 大林控制算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数 0 (s) 相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联，即 ： 整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象 G0(s)的纯滞后时间T 相同。 闭环系统的时间常数为 T T ，纯滞后时间T 与采样周期T 有整数倍关系, T =NT 。 其控制器形式的推导的思路是用近似方法得到系统的闭环脉冲传递函数，然后再由被 控系统的脉冲传递函数，反推系统控制器的脉冲传递函数。 由大林控制算法的设计目标，可知整个闭环系统的脉冲传递函数应 当是零阶保持器与理想的 0 (s)串联之后的Z 变换，即0 (z)如下： R(z) _ s Ts 1 1- e T z 对于被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节即: s NTs Ke G o (s)- 1 Tp Ke 1 「s 其与零阶保持器相串联的的脉冲传递函数为: (s)二 1 Ts 1 G (z)=z3 心 .s 1 + T 1S 」 K Z — NT T/T 1 1 _ e ； 1 ■ e z
于是相应的控制器形式为: （仁「厲）（仁/仁一1 ） K （I e TTl ）1 - ―1 -（1 e TT ）^N_1 2■振铃现象及其消除 按大林算法设计的控制器可能会出现一种振铃现象，即数字控制器 的输出以二分之一的采样频率大幅度衰减振荡，会造成执行机构的磨损。 在有交互作用的多参数控制系统中，振铃现象还有可能影响到系统的稳 定性。 衡量振铃现象的强烈程度的量是振铃幅度 RA (Ringing Amplitude)。 它的定义是：控制器在单位阶跃输入作用下，第零次输出幅度与第一次 输出幅度之差值。 当被控对象为纯滞后的一阶惯性环节时，数字控制器 D(z)为： D 注 ⑴e TT )(i -宀\ D(Z) T T 1 T T -1 T T N -1 K(1- e J 1- e "z - (1- e f)z ] 由此可以得到振铃幅度为： T/T T/T 1 T/T 1 -T/T RA= ( e ) -( e 1 p e - e 于是，如果选择 T T >T1,则RA W 0,无振铃现象；如果选择 T T < T1, 则有振铃现象。由此可见，当系统的时间常数 T T 大于或者等于被控对象的 时间常数T1时，即可消除振铃现象。 三、实验内容 已知某过程对象的传递函数为: 期望的闭环系统时间常数 T 0 = 0.25s ，采样周期 T =0.5s 。 要求： (1) 适用大林算法设计数字控制器； (2) 判断有无振铃现象，若有则修改控制器消除之，仿真并分析系统在单位阶跃响应下 的输出结果； (3) 利用PID 控制器控制该对象，使得系统在单位阶跃信号下的响应满足超调量不超过 20%，衰减比为4:1，调节时间不超过 4s ； ⑷分析以上两种方法的优缺点。 四、实验过程 G （s ）二 3e -0.5s 0.6s 1
大林算法控制系统设计
扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告 题目：大林算法控制系统设计 课程：计算机控制技术课程设计 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号：
第一部分 任 务 书
《计算机控制技术》课程设计任务书 一、课题名称 大林算法控制系统设计 二、课程设计目的 课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。 《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。 三、课程设计内容 设计以89C51单片机和ADC 、DAC 等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制系统。 1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。 2. 控制算法：大林控制算法。 3. 软件设计：主程序、中断程序、A/D 转换程序、滤波程序、大林算法控制程序、D/A 输出程序等。 四、课程设计要求 1. 模入电路能接受双极性电压输入（-5V~+5V ），模出电路能输出双极性电压（-5V~+5V ）。 2. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。 3. 每个同学选择不同的被控对象： 5 10 0.5 1.5(), ()(1)(0.81) (1)(0.41) s s G s e G s e s s s s --= = ++++8 8 10.5(), ()(0.81)(0.41)(0.41)(0.51) s s G s e G s e s s s s --==++++5 8 1.52(), ()(1)(0.21) (0.81)(0.21) s s G s e G s e s s s s --= = ++++ 5 5 12(), ()(0.81)(0.31) (0.81)(0.21) s s G s e G s e s s s s --= = ++++
电阻炉温度控制系统设计
0121011360504 学号： 题目电阻炉温度控制系统设计 学院自动化学院 专业自动化专业 班级自动化1005班 姓名柳元辉 指导教师刘小珠 2014 年 1 月10 日
课程设计任务书 学生姓名：柳元辉专业班级：自动化1005指导教师：刘小珠工作单位：自动化学院 题目: 电阻炉温度控制系统设计 初始条件： 1.课程设计辅导资料：“过程控制系统和应用”、“过程控制系统与仪表”、“过程 控制仪表及控制系统”、“过程控制系统”等； 2.先修课程：仪表与过程控制系统等。 3.主要涉及的知识点： 过程控制仪表、控制系统、被控过程等 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具 体要求） 1.课程设计时间：1.5周； 2.课程设计内容：根据指导老师给定的题目，按规定选择其中1套完成； 本课程设计统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目所涉及的生产工艺和控制原理进行介绍，针对具体设计选择相应的控制参数、 被控参数以及过程检测控制仪表，并画出控制流程图及控制系统方框图。3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写， 具体包括： ①目录； ②摘要； ③生产工艺和控制原理介绍； ④控制参数和被控参数选择； ⑤控制仪表及技术参数； ⑥控制流程图及控制系统方框图； ⑦总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）； ⑧课程设计的心得体会（至少500字）； ⑨参考文献（不少于5篇）； ⑩其它必要内容等。
时间安排： 指导教师签名： 2013 年 12 月 27 日系主任（或责任教师）签名：年月日
计算机控制课程设计电阻炉温度控制系统
计算机控制课程设计 报告 设计题目：电阻炉温度控制系统设计 年级专业： 09级测控技术与仪器 姓名：武帆 学号： P6******* 任课教师：谢芳 电阻炉温度控制系统设计 0.前言 随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，特别是微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，利用单片机来改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本设计就是利用单片机来控制高温加热炉的温度，传统的以普通双向晶闸管（SCR）控制的高温电加热炉采用移相触发电路改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率，达到自动控制电加热炉温度的目的。这种移相方式输出一种非正弦波，实践表明这种控制方式产生相当大的中频干扰，并通过电网传输，给电力系统造成“公害”。采用固态继电器控温电路，通
过单片机控制固态继电器，其波形为完整的正弦波，是一种稳定、可靠、较先进的控制方法。为了降低成本和保证较高的控温精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零点迁移、冷端补偿功能的温度变送器桥路，使实际测温范围缩小。 温度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。采用单片机进行温度控制，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随着单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。单片机已经无处不在、与我们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面。 1.课程设计任务 项目设计：电阻炉温度控制系统设计 以在工业领域中应用较为广泛的电阻炉为被控对象，采用MCS—52单片机实现电阻炉温度计算机控制系统的设计，介绍电阻炉温度计算机控制系统的组成，并完成系统总体控制方案和达林算法控制器的设计，给出系统硬件原理框图和软件设计流程图等。 1.1电阻炉组成及其加热方式 电阻炉是工业炉的一种，是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化元件或物料的热加工设备。电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成，炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。由于炉子的种类不同，因而所使用的燃料和加热方法也不同;由于工艺不同，
控制系统的极点配置设计法
控制系统的极点配置设计法 一、极点配置原理 1.性能指标要求 2.极点选择区域 主导极点： n s t ζω 4 = ；当Δ=0.02时，。 n s t ζω 3 = 当Δ=0.05时,
3.其它极点配置原则 系统传递函数极点在s 平面上的分布如图（a ）所示。极点s 3距虚轴距离不小于共轭复数极点s 1、s 2距虚轴距离的5倍，即n s s ξω5Re 5Re 13=≥（此处ξ，n ω对应于极点s 1、s 2） ；同时，极点s 1、s 2的附近不存在系统的零点。由以上条件可算出与极点s 3所对应的过渡过程分量的调整时间为 135 1 451s n s t t =?≤ ξω 式中1s t 是极点s 1、s 2所对应过渡过程的调整时间。 图（b ）表示图（a ）所示的单位阶跃响应函数的分量。由图可知，由共轭复数极点s 1、s 2确定的分量在该系统的单位阶跃响应函数中起主导作用，即主导极点。因为它衰减得最慢。其它远离虚轴的极点s 3、s 4、s 5 所对应的单位阶跃响应衰减较快，它们仅在极短时间内产生一定的影响。因此，对系统过渡过程进行近似分析时。可以忽略这些分量对系统过渡过程的影响。 n x o (t) （a ） （b ） 系统极点的位置与阶跃响应的关系
二、极点配置实例 磁悬浮轴承控制系统设计 1.1磁悬浮轴承系统工作原理 图1是一个主动控制的磁悬浮轴承系统原理图。主要由被悬浮转子、传感器、控制器和执行器(包括电磁铁和功率放大器)四大部分组成。设电磁铁绕组上的电流为I0，它对转子产生的吸力F和转子的重力mg相平衡，转子处于悬浮的平衡位置，这个位置称为参考位置。 （a）（b） 图1 磁悬浮轴承系统的工作原理 Fig.1 The magnetic suspension bearing system principle drawing 假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，转子就会偏离其参考位置向下运动，此时传感器检测出转子偏离其参考位置的位移，控制器将这一位移信号变换成控制信号，功率放大器又将该控制信号变换成控制电流I0+i，控制电流由I0增加到I0+i，因此，电磁铁的吸力变大了，从而驱动转子返回到原来的平衡位置。反之，当转子受到一个向上的扰动并向上运动，此时控制器使得功率放大器的输出电流由I0，减小到I0-i，电磁铁的吸力变小了，转子也能返回到原来的平衡位置。因此，不论转子受到向上或向下的扰动，都能回到平衡状态。这就是主动磁轴承系统的工作原理。即传感器检测出转子偏移参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测到的位移信号变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力从而使转子维持其悬浮位置不变。悬浮系统的刚
大林算法实验报告
大林算法实验报告 一、实验目的 1、掌握大林控制算法的基本概念和实现方法； 2、进一步熟悉MATLAB 的使用方法； 3、掌握在MA TLAB 下大林算法控制器的调试方法； 4、观察振铃现象，并且尝试消除振铃现象 二、实验原理 1.大林算法的原理及推导 大林算法是IBM 公司的大林(Dahlin)在1968年提出了一种针对工业生产过程中含有纯滞后对象的控制算法。其目标就是使整个闭环系统的传递函数 相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节。该算法具有良好的控制效果。 大林控制算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数φ(s ) 相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联，即： 整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象G 0(s )的纯滞后时间τ相同。 闭环系统的时间常数为T τ ，纯滞后时间τ与采样周期T 有整数倍关系， τ=NT 。 其控制器形式的推导的思路是用近似方法得到系统的闭环脉冲传递函数，然后再由被控系统的脉冲传递函数，反推系统控制器的脉冲传递函数。 由大林控制算法的设计目标，可知整个闭环系统的脉冲传递函数应 当是零阶保持器与理想的φ(s )串联之后的Z 变换，即φ(z )如下： 对于被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节即： 其与零阶保持器相串联的的脉冲传递函数为： 1 ()1 s s e T s ττ φ-=+1/1() 1(1)()=()11T s ττ T/T s N T T -Y z e e e z z Z z R z s T s e z ττ φ------??--==?=? ? ?+-?? 011()11s NTs Ke Ke G s T s T s τ--== ++11/1/1111()11T T Ts s N T T e Ke e G z Z Kz s T s e z τ-------??--=?=? ?+-??