温度闭环控制电路设计
烤箱温度控制系统设计
烤箱温度控制系统设计烤箱温度控制系统是一种用于控制烤箱温度的设备。
它通过精确地调节电热元件的功率来实现温度的稳定控制，从而保证食物的烹饪效果。
本文将介绍烤箱温度控制系统的设计原理及其常见组成部分。
1.设计原理烤箱温度控制系统的设计原理基于控制理论。
其核心思想是通过检测烤箱内部温度和设定目标温度之间的偏差，并根据反馈信息调整电热元件的功率，使温度能够稳定在设定值附近。
控制系统通常采用闭环控制的方式。
闭环控制系统通过传感器实时监测烤箱内部温度，并将检测值与设定目标温度进行比较。
如果存在温度偏差，控制系统将根据偏差的大小和方向来调整电热元件的功率输出，从而减少偏差并稳定温度。
2.常见组成部分烤箱温度控制系统通常由以下几个主要组成部分构成：(1)传感器：用于实时监测烤箱内部温度。
常见的传感器类型包括热电偶、热敏电阻和红外线温度传感器等。
这些传感器能够将温度转化为电信号，并传送给控制器。
(2)控制器：控制器是烤箱温度控制系统的核心部分，负责处理传感器传输的信号，并根据设定目标温度进行控制。
控制器通常采用微处理器或专用控制芯片，并通过算法来计算电热元件的功率调整量。
(3)电热元件：电热元件是控制系统中的执行器，负责将控制器输出的功率调整量转化为真实的电能输出。
常见的电热元件包括电热丝和电热管等。
电热元件的功率调整量与电能的输出强度成正比。
(4)电路板：电路板是控制系统中各个部件的连接和控制中心，通常集成在烤箱的控制面板中。
电路板上包含了各个部件的连接线路和电源供应等。
3.系统设计考虑因素在设计烤箱温度控制系统时，需要考虑以下几个因素：(1)温度范围：不同的食物烹饪需要不同的温度，因此控制系统需要能够满足广泛的温度范围。
通常烤箱的温度范围为50℃到250℃。
(2)系统精度：控制系统的精度直接影响到烹饪效果。
对于一些对温度要求较高的食物，如蛋糕和面包，控制系统的精度应达到±2℃以内。
(3)反应速度：烤箱温度的调整速度对于烹饪过程的控制非常重要。
基于PID的温度控制系统设计
基于PID的温度控制系统设计PID（比例-积分-微分）控制系统是一种常见的温度控制方法。
它通过测量实际温度和设定温度之间的差异，并相应调整加热器或冷却器的输出来控制温度。
在本文中，将介绍PID控制系统的基本原理、设计步骤和实施细节，以实现一个基于PID的温度控制系统。
一、基本原理PID控制系统是一种反馈控制系统，其核心思想是将实际温度值与设定温度值进行比较，并根据差异进行调整。
PID控制器由三个部分组成：比例控制器（P），积分控制器（I）和微分控制器（D）。
比例控制器（P）：根据实际温度与设定温度之间的差异，产生一个与该差异成正比的输出量。
比例控制器的作用是与误差成正比，以减小温度偏差。
积分控制器（I）：积分控制器是一个与误差积分成比例的系统。
它通过将误差累加起来来减小持续存在的静态误差。
积分控制器的作用是消除稳态误差，对于不稳定的温度系统非常有效。
微分控制器（D）：微分控制器根据温度变化速率对输出进行调整。
它通过计算误差的变化率来预测未来的误差，并相应地调整控制器的输出。
微分控制器的作用是使温度系统更加稳定，减小温度变化速率。
二、设计步骤1.系统建模：根据实际温度控制系统的特点建立数学模型。
这可以通过使用控制理论或系统辨识技术来完成。
将得到的模型表示为一个差分方程，包含输入（控制输入）和输出（测量温度）。
2.参数调整：PID控制器有三个参数：比例增益（Kp）、积分时间（Ti）和微分时间（Td）。
通过试验和调整，找到最佳的参数组合，以使系统能够快速稳定地响应温度变化。
3.控制算法：根据系统模型和参数，计算控制器的输出。
控制器的输出应是一个与实际温度偏差有关的控制信号，通过改变加热器或冷却器的输入来调整温度。
4.硬件实施：将控制算法实施到硬件平台上。
这可以通过使用微控制器或其他可编程控制器来实现。
将传感器（用于测量实际温度）和执行器（用于控制加热器或冷却器）与控制器连接起来。
5.调试和测试：在实际应用中，进行系统调试和测试。
基于dq闭环的pi控制电路
基于dq闭环的pi控制电路
基于dq闭环的PI控制电路是一种常用的控制器设计方法，它可以通过监测系统输出与期望值之间的误差来调整系统输入，从而实现对系统的精确控制。
这种控制电路广泛应用于工业自动化领域，例如温度控制、速度控制等。
在dq闭环控制电路中，dq坐标系是一种用于描述三相交流电机动态特性的坐标系。
通过dq变换，可以将三相电机的动态特性转化为直流电机的动态特性，进而实现对电机的精确控制。
dq闭环控制电路由三部分组成：dq变换、PI控制和逆dq变换。
dq变换是将三相电流和电压转换为dq坐标系下的电流和电压。
这一步骤可以通过使用dq变换矩阵来实现。
dq变换矩阵将三相电流和电压的幅值和相位，转换为dq坐标系下的电流和电压的幅值和相位。
接下来，PI控制是通过比较系统输出与期望值之间的误差，来调整系统输入。
PI控制器由比例项和积分项组成，比例项用于根据误差的大小调整系统输入的幅值，积分项用于根据误差的持续时间调整系统输入的相位。
通过调整比例项和积分项的参数，可以实现对系统的精确控制。
逆dq变换是将dq坐标系下的电流和电压转换为三相电流和电压。
逆dq变换矩阵将dq坐标系下的电流和电压的幅值和相位，转换为
三相电流和电压的幅值和相位。
基于dq闭环的PI控制电路是一种实现对系统精确控制的常用方法。
它通过dq变换将三相电机的动态特性转化为直流电机的动态特性，然后通过PI控制器调整系统输入，最后通过逆dq变换将dq坐标系下的电流和电压转换为三相电流和电压。
这种控制电路在工业自动化领域具有广泛的应用前景。
闭环温度控制系统
本文介绍了一种小型温度测量与控制系统——闭环温度控制系统。
该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的设定，也可以通过计算机与单片机的串行通讯，实现工业过程中的交互式PID控制。
该原理是用温度传感器将检测到的温度转化为电信号，然后经过变送器使输出电信号随输入温度信号呈线性关系。
之后再经过A/D转换送入PC机中，与设定值进行比较，得出偏差。
对此偏差经PID算法进行修正，求得对应的控制量经D/A转换来控制驱动器，从而实现对温度的闭环控制。
本学期主要设计、制作和调试直流稳压电源和变送器,了解信息测试、校准和控制的过程,不仅提高了电子工程设计和实际操作方面的综合能力,而且培养了研发工程项目中所具备的基本素质和要求。
一、课题背景 (3)二、需求分析 (3)三、方案论证 (3)(一)稳压电源方案选择 (3)(二)变送器方案选择 (4)四、电路设计 (5)(一)直流稳压电源部分1.工作原理 (5)2. Protel99 SE 自主绘制电路原理图 (6)3.所需元件 (7)4.芯片介绍 (8)(二)变送器部分1.工作原理 (9)2.所需元件 (11)3.芯片介绍 (11)4.参数计算 (13)五、电路调试 (13)六、故障分析 (17)七、结果与收获 (18)八、致谢 (19)九、参考文献 (20)一、课题背景第一阶段我们主要解决闭环温度控制系统的直流稳压电源和变送器这两部分。
要求在工业生产中降低成本，降低材料、能源消耗，提高产品质量和生产效率。
二、需求分析稳压电源和变送器的功能和指标如下:1.温度测量范围: 0℃～+100℃2.温度测量误差: 不大于±2℃(在次要求下尽量提高指标)3.变送器输出电压: 0～5V4.测量误差: 满刻度1%（0.05V或1℃ ）5.要求线性规律控制电压—温度6.保证电路性能稳定可靠,具有一定的抗干扰能力7.注意各电路之间的可靠配合与保护问题(过流、断路、过热保护)三、方案论证（一）稳压电源方案选择要求输入9 V和14 V的交流电压,输出＋5 V和±12 V的直流电压。
温控系统的信号采样放大及AD转换电路设计
温控系统的信号采样放大及A/D转换电路设计一．简介本温度控制和显示系统是一个闭环反馈控制系统,它用温度传感器将检测到的温度信号经放大,A/D转换后送进计算机中,与设定值进行比较,得到偏差。
对此偏差按PID算法进行修正,返回对应工况下的可控硅导通时间,调节电热丝的有效加热功率,从而实现对铁块的温度控制。
系统采用AT89C52芯片为CPU,外扩了8K的数据存储器6264。
AT89C52是美国A TMEL 公司生产的低电压,高性能的CMOS 8位单片机,片内含8K的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存储技术生产,与标准的MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容,片内置通用8位中心处理器（CPU）和Flash存储单元,功能强大AT89C52单片机适用于很多较为复杂控制应用场合。
AT89C52的主要性能参数有：·与MCS-51产品指令和引脚完全兼容。
·8K可重擦写的闪速存储器。
·1000次擦写周期。
·全静态操纵：0Hz-24MHz。
·三级加密程序存储器。
·256×8字节内部RAM。
·32个可编程I/O口线。
·3个16位的定时/计数器。
·8个中断源。
·可编程串行UART通道。
·低功耗空闲和掉电模式。
A T89C52提供以下标准功能：8K字节的Flash闪速存储器,256字节的内部RAM,32个I/O口线,3个16位的定时/计数器,一个6向量两极中断结构,一个全双工串行通讯口,片内振荡器及时钟电路。
同时,AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操纵,并支持两种软件可选的节电工作模式：空闲方式停止CPU的工作,但答应RAM,定时/计数器,串行通讯口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
闭环控制系统的工作过程和方式
【2011年会考第38题】某核电站运行时， 高压循环水经过反应堆被加热到300—400℃， 这些高压循环水再把蒸汽发生器中的水加热 成蒸汽用于发电。为了保证系统的正常运行， 需要控制循环水的温度，其控制过程为（原 理如图所示）：热电偶测出循环水的温度， 该温度被传送到控制机构与设定的温度进行 比较，根据偏差值通过驱动机构调节控制棒， 控制反应堆的发热功率，使水温达到预设的 值。请完成下列各题，在有“ ▲ ”处 填上相应的内容。
给定 比较器
水温
控制器 (控制电路)
加热时间
输出量
执行器
被控对象 ②（▲）
(加热器)
①（▲）
检测装置
图甲 热水机保温自动控制系统
⑵该系统是 ▲ (选填“开环”或“闭环”)控制系统；
⑶小黄发现办公室的饮水机经常在没人时电源还 开着。为了解决这一问题，他尝试设计一个能自 动控制电源的控制系统，通过红外线传感器获取 几米以内的人体热辐射信号来控制电源的开启或 关闭。小黄设计的控制系统方框图如图乙所示， 继电器内有一开关，开关的打开或闭合由控制电 路控制，该开关可以控制220V电源的通断。请在 图乙上有“ ▲ ”处填上相应的内容。
【类型一】机械式控制方式。当浮球浸在水中 时，因为浮力而上升，通过连杆控制系统带动浮 门运动，使进水阀关闭，停止进水；当水少了， 浮球下降，进水阀打开，又再进水，如此循环。
其中的检测装置是什么？
【类型二】传感器控制方式。电子式水位传感 器能对水位进行检测，当被测液体到达预设点时， 将输出信号给水位控制器，从而实现对液位的控 制。
(3)出水管出水会导致水塔水位下降，在控制系统 中将这种现象称为_干__扰___
窑炉的温度控制系统设计与实现
窑炉的温度控制系统设计与实现窑炉是生产过程中不可或缺的设备，在烧制各种物品时扮演着重要角色。
然而，为了确保生产过程的质量和稳定性，保证烧制出来的产品符合标准要求，必须对窑炉进行温度控制。
温度控制系统是窑炉生产过程中的关键，必须精心设计和实现才能达到预期效果。
一、窑炉温度控制系统的特点窑炉温度控制系统的特点在于控制对象的复杂性和计算量的大。
首先，窑炉的加热方式各异，如能源的选择、传热方式、加热温度等等都会影响整个控制系统的设计。
其次，窑炉内部环境变化迅速而非常复杂。
温度、湿度、风速等都会影响窑炉内的热传输和物品的烧制。
因此，设计人员需要考虑到窑炉的物理特性和控制过程的复杂性，实现一个高效的温度控制系统。
二、窑炉温度控制系统的分类窑炉温度控制系统主要有两类：闭环控制系统和开环控制系统。
闭环控制系统是指在窑炉内安装温度传感器，采用反馈控制的方法来控制窑炉的温度。
其中，传感器用于实时采集窑炉内的温度数据，然后通过控制器进行处理，输出控制信号，调节热源的输出量以达到温度控制的目标。
这种方式对于窑炉内部温度变化的监测和控制非常精准，因此比较常用。
开环控制系统则是直接控制热源的输出量，不考虑窑炉内部的温度变化。
因此，这种方法相对来说比较简单，易于实现，但是对于温度变化比较复杂的烧炼工艺不是很适用。
三、窑炉温度控制系统实现的技术实现窑炉温度控制系统需要掌握一些技术，如传感器技术、控制电路设计、信号处理等。
其中，传感器技术是实现闭环控制系统关键的部分，直接影响到系统的稳定性和精度。
当窑炉内物品的大小和数量不同时，温度的分布也会发生变化。
因此，需要在不同位置安装不同类型的传感器来采集温度数据，以充分了解窑炉内部的温度分布，减小误差，提高精度。
同时，控制电路设计也是温度控制系统实现的关键。
控制电路需要根据温度传感器采集到的数据进行处理和分析，输出控制信号，并调整热源的输出量。
为了提高系统精度和可靠性，还需要进行电路参数的精确计算，以保证控制电路的工作效果。
电烤箱温度控制计算机控制系统设计
计算机控制系统课程设计说明书电烤箱温度控制系统设计DESIGNOFELECTRICOVENTEMPERATURECONTROLSYSTEM学生姓名周泽民学院名称信电工程学院学号班级12电气 1专业名称电气工程及其自动化指导教师曹言敬2015年7月10日摘要本次温度控制系统设计整体而言完全可以实现对电烤箱温度闭环恒定控制。
但是不当之处在所难免。
当热电阻检测出当前电烤箱所处温度时，不能和预置温度一起以数字形式很直观的对比显示出来。
及操作者无法同时看到电烤箱当前所处温度和预置温度。
鉴于此种情况，应再外接一个数码显示器以软件程序来实现，将电烤箱当前所处温度和预置温度同时显示出来；在实际使用过程中，由于电烤箱加热时有一定得温度缓冲，即当电烤箱断电时，加热并不是立即停止，而是过一段时间后温度才慢慢停下来以致开始下降。
这样就使得我们控制很不准确，会出现严重超温或者低温现象。
鉴于此种情况，我们应在电烤箱温度接近我们要求的温度时，由连续加热或连续降温改为断续加热或断续降温。
关键词单片机；温度；电烤箱；控制目录1绪论...................................................... 错误!未指定书签。
1.1技术指标............................................... 错误!未指定书签。
1.2控制方案............................................... 错误!未指定书签。
1.2.1控制系统的建模..................................... 错误!未指定书签。
1.2.2PLC系统............................................ 错误!未指定书签。
1.2.3单片机系统......................................... 错误!未指定书签。
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大连民族大学
温度闭环控制设计电路仿真
专业：通信工程
学生姓名：***
指导教师：吴宝春老师
完成时间：2022年4月27日
一、设计内容
1.通过运算差分放大电路将温度传感器的阻值变化转化为电压信号的变化放大。
2.利用A/D转换实现魔力信号到数字信号的转换，根据模拟电路部分电路原理计算得出最后电压与温度值的关系，并通过数码管显示温度的值，实现温度的测量。
3.并利用比较器来实现对温度的控制，通过设定温度上下限可使整个系统工作于一个限定的温度范围内。
4.报警设置，当被测温度超出温度范围时，进行相应的报警设。
5.学会系统仿真、测量和测试。
二、方案实现及设计思路
1.当温度小于等于20℃时，系统自动加热。
2.当水温高于或等于50℃时，系统停止加热。
3.并用数码管显示温度情况，水温测量用热敏电阻，加热、停止加热用不同的发光二极管。
4.系统流程图：
电路仿真及调试方案设计电路设计器件设计机构设计
方案设计：按照要求，将电路划分为若干模块，从而将一个大的系统划分为小的单元电路，并分配各单元模块要完成的任务，确定各模块间输入输出关系，最后决定各单元电路的组成方式。
电路设计：电路设计是按功能模块确定的单元电路设计。
在该部分中，要详细拟定单元电路组成，性能指标及前后电路关系，明确采用的算法，理清思路。
器件设计：是在单元电路的结构确定后，根据单元电路的功能，确定具体器件型号及计算相应的系数，计算量较大。
主要分为①阻容原件的设计；②分立元件的选择；③模拟集成电路的相关计算。
电路仿真测试：使用Proteus 软件仿真，争取实现各单元的具体功能。
三、设计方法及步骤 1.系统框图
⑴信号调理模块
由于被测是温度，由设计要求，温度检测用热敏电阻。
而热敏电阻将温度转化成电阻值的变化，故在系统中由信号调理电路作用是将温度的变化这样一个非电量转化成电信号，然后加以放大。
以便后一温度显示 检测对象
信号调理 水温检测 加热、停止、状态显示
加热、停止检测
单元检测。
信号调理的任务是将非电量转化成电话并适当放大，故该模块也成为放大电路。
⑵水温检测模块
水温检测模块的任务是将经转换后得到的温度间接测量值与设计要求所设定的上下限温度进行比较，从而确定被测对象的加热与否
⑶加热、停止加热模块
加热、停止加热模块的任务是对水温用电热丝进行加热或停止加热。
在这里使用热敏电阻加热，也是放大电路。
⑷温度显示模块
温度显示模块的任务是对当前温度反应在显示器上，起作用是将温度的间接值得模拟量转化为数字量。
2.电路设计与器件设计
⑴信号调理模块
①电路设计
信号调理模块的任务是非电量转化为电量，然后加以放大，将非电量转化为电量的传感器用热敏电阻，环境温度发生变化时，热敏电阻的组织发生变化，利用这一特性将非电量转化为电量，因此，选用由运算状态组成的放大电路最为简便，且采用同比例运算。
②器件设计
a．运放的选择
b．热敏电阻的选择
c．电路的外围电路所用元件的参数运算
d．电路的设计以选定的热敏电阻系数入手，然后计算出所需要的电压增益。
经查：在T=25℃时，电阻为10千欧。
由设计要求，当环境下降为20℃时，系统要加热，当上升为59℃时，系统停止加热。
20℃时，对应阻值为12.561千欧；50℃时，对应阻值为4.111千欧，分压电路为+5V，R1为20K，这样V20℃=1.89v；V50℃=0.826v。
然后再计算电压所需增益为2.
⑵水温检测模块
水温检测模块的任务是将温度为20°C 和50°C 相对电压检测值给测出来，并将这两个电压值提供给加热停止模块及加热，停止状态显示模块，因此，这部分由电压比较器组成，利用运放的非线性特征来完成，由于温度不同时对应的2 个电压值，故利用2 个电压比较器及信号锁存器来完成 a. 对应温度为20°C 时的检测电路由于采用负温度系数电阻，温度越低，电阻值越大，股采用反向电压比较器，有信号调理电路输出的电压作用与运放的同向输入端R4=10k，阙值电压为3.2k 考虑到允许误差，用电位器Rp 代替R5，取Rp=10K 当环境温度大于20°C 时，v=0（实际值为0.3v）当温度小于或等于20°C 时，v=+5v（实际值为3.5v）b．对应于T=50°C 时的检测电路由于温度越高，R 的阻值越小，信号调理输出的电压越低, 这样，采用反向电压比较器，即vo1 作用于 A 的反向输入端当环境温度没有50°C 时，vO3=0v；当环境温度大于或等于50°C 时，v=5v c. 阙值电压V 的确定：取R6=10K, Vt=Vp，带入数据1.65=10/10+R7 *5, 得到R7=20.3K,考虑到电阻的允许误差，故用阻值为50K 的电位器Rp 代替R7。
综上所述，对于A2：温度大于20 小于50°C 时，V o2=0；温度小于20°C 时，vo2=5v。
对于A3：温度大于20 小于50°C 时，V o2=0；温度大于50°C 时，vo3=5v。
我们运放A2，A3 不同的输出状态控制加热停止电路的工作，由设计要求，当温度小于20°C 时加热，当T 大于等于50°C 时停止加热，由以上分析，将A2，A3 的输出分别接 D 触发器的置数端及清零端，可达到要求。
当温度到达50°C 时，对A2，vo2=0，
对于A3，vo3=5V，74ls04 输出低电平，d 触发器输出端Q=0，停止加热，当温度从50 度减小到20°C 时，对于A2,vo2=0，vo3=0，D 触发器输出状态保持不变，停止加热。
当温度小于20°C 时，对于A2，VP>VN , Ve2=5V , 74LS04-A 输出由高电平变为低电平，D 触发器74LS74 至数端Sd=0，导致其输出端Q=“1” （实际电压值3.6~4.5），开始加热。
对于A3，VP<VN , V03=0，74LS04-B 输出维持高电平不变。
温度由20°C 逐渐上升至50°C 时。
对于A2，VP<VN, V03=0，74LS04-A 输出为高电平，D 触发器置数端Sd=1,由其输出状态不变，即Q= “1” 不变，继续加热。
对于A3，VN>VP , V03=0，74LS04-B 输出为高电平D 触发器置数端Sd=1，其输出状态仍然不变。
加热/停止加热控制模块（温度控制）加热/停止解热控制模块电路设计按如下思路进行：通过振荡器，产生持续的占空比一定的脉冲信号来控制三极管的导通。
振荡器采用NE555 构成占空比可调的多谐振荡器，电路如图所示。
其频率f0=660KHZ，多谐振荡器输出端连接到一开关电路，以控制三极管T 的导通和截止。
其工作过程如下，当T<=20°C，Q=“1”，振荡器工作。
三极管处于间歇状态，这时开关电路有间歇电流流过。
20 欧姆/3W 电阻发热，安装在它旁边的热敏电阻感受到其温度变化，并将该变化转化为相应直，以使后续电路做出判断。
在一个震荡周期，三极管导通时间是通过Rp 调节其占空比来实现的。
当20°C <T<50°C 时，由于定时器NE5554 四引脚始终是高电平，则振荡器持续工作。
开关电路间歇导
通，则热敏电阻温度持续上升。
当T>=50°C 时，定时器NE555(4 引脚)为低电平，三极管T 截止，则20 欧姆/3W 电阻无电流流过，热敏电阻温度逐渐下降。
（4）控制状态显示模块控制状态显示模块实际上是一个通过一个开关电路使加热/停止加热的两种状态通过发光二极管显示出来，74LS74 为温度检测电路中的 D 触发器74LS74 当T<=20°C 0，74LS74 ，Q=“1”，则T2 导通，T3 截止，绿灯亮，表示正在加热；当20°C <T<50°C 时，由于74LS74 输出端Q=1 不变，则绿灯持续亮，表示加热继续；当T>=50°C 时，74LS74 输出Q=0，则T2 截止。
T3 导通，红色发光二极管亮，表示加热停止。
（5）温度显示模块温度显示模块的任务是将环境温度（20°C ~50°C）在数码管上显示出来其方法时将热敏电阻温度的变化值转化为相应的电压值，然后通过三位半LED 专用A/D 转化显示芯卡。
⑶仿真图的显示如下图：
①小于20度时的仿真图如下
②温度大于50度时的仿真图如下。