(完整版)基于Matlab的恒温箱温度控制系统设计与仿真毕业设计

摘要温度与生物的生活环境密切相关，不同的生物或物体对温度的要求都不同。

随着智能控制技术不断的发展，在现代工业生产以及科学实验的许多场合，为了获取生物或物体所需求的温度，需要及时准确的获取温度信息，同时完成对温度的预期控制，这时候温度检测与控制系统就显得尤其的重要。

因此，温度检测系统的设计与研究一直备受广大科研者重视。

本次课题设计了一个低成本，高精度的恒温箱。

该设计主要从硬件和软件两个方面出发：1）在硬件上，选择AT89C52单片机为核心，，并以Pt100温度传感器作为温度检测仪器，通过ICL7135模数转换器采集数据，用LED数码管作为显示器，构成了一个恒温箱；2）在软件上，设计了温度检测算法，并在C语言编程环境下，编写了相应的程序来实现所设计的算法。

最后通过Proteus ISIS与Keil的联合仿真，保证了算法的可行性。

通过仿真实验可以发现所设计的系统可以较好的检测、控制并且保持温度。

但是由于温度调节的迟滞性以及设计上的不足，该系统具有一定的局限性。

关键词：温度检测；AT89C52单片机；恒温箱；C语言编程ABSTRACTTemperature is closely related to life and environment. Different creature or object have different requirements to temperature. With the development of the intelligent-control- technology, and in order to arrive to the creature's or object's temperature-demand, we should take the information of temperature timely and accuratly, and control the temperature to the expected degree, in the modern industrial production and scientific experiment many occasions . I n this situation, the testing and controlling system for temperature is especially important. Therefore, the designs for temperature detection system attract researchers' attentions.In this dissertation, we designed a box with constant temperature which has low cost as well as high accuracy. We designed the system mainly from two aspects: hardware and software1)Hardware's design: At first, we chosed AT89C52 SCM as the core of the system. And then we selected TL431 to compose the V constant and Pt100 temperature sensor for testing temperature. At last, we collecte data througn the ICL7135 ADC and display data them on the LED. All of this consists of a the constant-temperature-box;2)Software's design: In this papar, we designed a algorithm detecte temperature and implemented it based on the C programming language's environment. Finally we did a series of simulationexperiment through the Proteus ISIS and Keil to ensure that the algorithm is feasible.Simulation results show that the system designed had a very good effect on temperature's detection, controlling and keeping . Because of the adjustmentand of the temperature and the insufficiency of the design, this system has some limitations.Keywords：Temperature detection;AT89C52 SCM; Box of constant temperature ;C language programming目录第一章绪论 .................................................... 错误!未定义书签。

第二章 被控对象及控制策略控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、结构或其他设备内任何感兴趣或可变化的量。

控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。

控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。

2.1被控对象本文的被控对象电烤箱或者电炉的温度。

设计目的是要对它的温度进行控制，达到调节时间短、超调量为零且稳态误差在±1℃内的技术要求。

在工业生产过程中，控制对象各种各样。

理论分析和实验结果表明:电加热装置是一个具有自平衡能力的对象，可用二阶系统纯滞后环节来描述。

然而，对于二阶不振荡系统，通过参数辨识可以降为一阶模型。

因而一般可用一阶惯性滞后环节来描述温控对象的数学模型。

所以， 电烤箱模型的传递函数为：1)(+•=-TS e K S G s τ（2-1）式（2-1）中 K-对象的静态增益T-对象的时间常数τ-对象的纯滞后时间目前工程上常用的方法是对过程对象施加阶跃输入信号，测取过程对象的阶跃响应，然后由阶跃响应曲线确定过程的近似传递函数。

由于本文是对温度控制系统的控制方式（采用什么样的控制器）优劣的探究，所以对于控制对象不是主要的研究对象，这里取三组控制温度控制对象的模型)(S G 如下：1220)(5.01+=-S e S G s se 5.0-1420)(5.02+=-S e S G s)14)(12(20)(5.03++=-S S e S G s2.2 控制策略分别设计PID 和Fuzzy 控制器，并做多层次不同比较各自性能，得出最优控制方法。

其中Yd=1, 1)()2)0.1t d ξ⎧=⎨=⎩白噪声 方差0.0001确定干扰,采样周期为0.1s.2.3 控制器的模型2.3.1 PID 控制器的模型与设计)(11)(s E S T S T K s U d i p ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=或写成传递函数形式：)11()()()(S T ST K S E S U S G d i p p ++==公式中U(s)和E （s ）分别是u （t ）和e （t ）的拉氏变换，其中p K 、i T 、d T 分别控制器的比例系数、积分时间常数、微分时间常数。

基于MATLAB GUI的控制系统界面设计摘要：MATLAB语言是一种十分有效的工具，能容易地解决在系统仿真及控制系统设计领域的教学与研究中遇到的问题，它可以将使用者从频繁的底层编程中解放出来，把有限的宝贵时间更多地华仔解决科学问题上。

MATLABA GUI是MATLAB人际交互界面。

由于GUI本身提供了windows基本控件的支持，并且具有良好的时间驱动机制，同时提供了MATLAB数学库的接口，所以GUI对于控制系统仿真的平台设计显得十分合适。

GUI对于每个用户窗口生成.fig和.m 文件。

前者负责界面的设计信息，后者负责后台代码的设计。

本文界面设计主要基于MATLAB GUI平台，结合控制系统基础理论和MATLAB控制系统工具箱，实现了用于控制系统界面的设计。

主要包括：进行常规控制环节（比如PID）的图形界面设计，能够在已知传输函数的情况下，输出常用响应曲线。

关键词：控制系统；MATLAB GUI；计算机设计Control system based on MATLAB GUI interface designAbstract: MATLAB language is a very effective tool,and can be easily resolved in the system simulation and control system of teaching in the field of computer-aided design and research problems,it could be the bottom of the user from tedious programming liberate the limted spend more valuable time to solve scientific problems. The MATLAB GUI is the interative interface.As the GUI itself provides the basic control windows support,and has a good mechanism for event-driven,while providing the MATLAB Math Library interface,the GUI for control system simulation platform for the design of it is suitable. GUI window generated for each user.Figand .M file. The former is responsible for the design of the interfaceinformation,which is responsible for the design of the background code.Research done in this article is mainly based on MATLAB GUI platform,the basis of combination of control syetem theory and MATLAB Control System Toolbox,the realization of control systems for computer-aided analysis and design software.Mainly includes:routine control links,such as PID,graphical interface design,can in the known transfer function of the case,the output respnonse curve is commonly used.Key words: Control System;MATLAB GUI;Computer design目录1 概述 (1)1.1 本文研究的目的以及意义 (1)1.2 已了解的本课题国内外研究现状 (1)1.3 本课题研究内容 (3)2 控制系统与MATLAB语言 (3)2.1 控制系统理论基础 (3)2.1.1 控制系统的古典理论与现代理论 (3)2.1.2 控制系统理论的基本内容 (4)2.2 MATLAB语言与控制系统工具箱 (4)2.2.1 MATLAB软件介绍 (5)2.2.2 控制系统工具箱介绍 (7)3 MATLAB简介及应用 (9)3.1 MATLAB GUI (9)3.2 图形用户界面设计工具的启动 (10)3.2.1图形用户界面设计工具的启动方式 (10)3.2.2 菜单方式 (10)3.2.3 图形用户界面设计窗口 (13)3.3 图形用户界面开发环境(GUIDE) (14)3.4 控件对象及属性 (16)3.5 菜单设计 (18)3.5.1 建立用户菜单 (18)3.5.2 菜单对象常用属性 (18)3.5.3 快捷菜单 (18)3.5.4 对话框设计 (19)3.5.5 公共对话框 (19)3.6 GUI程序设计 (19)4 GUI控制系统界面 (20)4.1 GUI控制系统界面设计 (20)4.1.1 具体设计步骤 (20)4.2 具体实现过程 (23)4.2.1 运行效果 (23)4.2.2 实现代码 (24)[参考文献] (25)附录 (26)谢辞 (29)1 概述1.1 本文研究的目的以及意义自动控制原理是自动控制专业和自动化专业的主要课程之一[3]，是研究自动控制技术的基础理论课，是必修的专业基础课程。

基于Matlab的PID温控系统的设计与仿真摘要在Matlab6.5环境下,通过Matlab/Simulink提供的模块,对温度控制系统的PID控制器进行设计和仿真。

结果表明,基于Matlab的仿真研究,能够直观、简便、快捷地设计出性能优良的交流电弧炉温度系统控制器。

关键词温度系统数学模型;参数整定;传递函数在钢铁冶炼过程中,越来越多地使用交流电弧炉设备,温控系统的控制性能直接影响到钢铁的质量,所以炉温控制占据重要的位置。

PID控制是温控系统中一种典型的控制方式,是在温度控制中应用最广泛、最基本的一种控制方式。

随着科学发展,各行各业对温控精度要求越来越高,经典PID控制在某些场合已不能满足要求,因而智能PID控制的引入是精密温控系统的发展趋势。

为了改善电弧炉系统恒温控制质量差的现状,研制具有快速相应的、经济性好的、适合国情的恒温控制装置具有十分重要的意义。

1温控系统模型的建立在Matlab6.5环境下,通过Simulink提供的模块,对电弧炉温控系统的PID控制器进行设计和仿真。

由于常规PID控制器结构简单、鲁棒性强,被广泛应用于过程控制中。

开展数字PID控制的电弧炉控制系统模型使应用于生产实际的系统稳定性和安全性得到迅速改善。

1.1温控系统阶越响应曲线的获得在高校微机控制技术实验仪器上按以下步骤测得温度系统阶越响应曲线:1)给温度控制系统75%的控制量,即每个控制周期通过X0=255×75%=191个周波数,温度系统处于开环状态。

2)ATMEGA32L内部A/D每隔0.8s采样一次温度传感器输出的电压值,换算成实际温度值,再通过串口通讯将温度值送到电脑上保存。

使用通用串口调试助手“大傻串口调试软件-3.0AD”作为上位机接收数据并保存到文件“S曲线采集.txt”中。

3)在采集数据过程中,不时的将已经得到的数据通过“MicrosoftExcel”文档画图,查看温度曲线是否已经进入了稳态区;根据若曲线在一个较长时间里基本稳定在一个小范围值内即表明进入稳态区了,此时关闭系统。

毕业设计（论文）题目基于MATLAB控制系统仿真应用研究毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文)题目：基于MATLAB的控制系统仿真应用研究II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：原始资料：（1）MATLAB语言。

（2）控制系统基本理论。

设计技术要求：（1）采用MATLAB仿真软件建立控制系统的仿真模型，进行计算机模拟，分析整个系统的构建，比较各种控制算法的性能。

（2）利用MATLAB完善的控制系统工具箱和强大的Simulink动态仿真环境，提供用方框图进行建模的图形接口，分别介绍离散和连续系统的MATLAB和Simulink仿真。

III、毕业设计(论文)工作内容及完成时间：第01～03周：查找课题相关资料，完成开题报告，英文资料翻译。

第04～11周：掌握MATLAB语言，熟悉控制系统基本理论。

第12～15周：完成对控制系统基本模块MATLAB仿真。

第16～18周：撰写毕业论文，答辩。

Ⅳ、主要参考资料：[1] 《MATLAB在控制系统中的应用》，张静编著，电子工业出版社。

[2]《MATLAB在控制系统应用与实例》，樊京，刘叔军编著，清华大学出版社。

[3]《智能控制》，刘金琨编著，电子工业出版社。

[4]《MATLAB控制系统仿真与设计》，赵景波编著，机械工业出版社。

[5]The Mathworks,Inc.MATLAB-Mathemmatics(Cer.7).2005.信息工程系电子信息工程专业类 0882052 班学生（签名）：填写日期：年月日指导教师（签名）：助理指导教师(并指出所负责的部分)：信息工程系（室）主任（签名）：学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。

对本文的研究成果作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。

基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文目录一、内容概括 (2)1. 研究背景和意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 研究目的和内容 (5)二、MATLAB控制系统仿真基础 (7)三、控制系统建模 (8)1. 控制系统模型概述 (10)2. MATLAB建模方法 (11)3. 系统模型的验证与校正 (12)四、控制系统性能分析 (14)1. 稳定性分析 (14)2. 响应性能分析 (16)3. 误差性能分析 (17)五、基于MATLAB控制系统的设计与应用实例分析 (19)1. 控制系统设计要求与方案选择 (20)2. 基于MATLAB的控制系统设计流程 (22)3. 实例一 (23)4. 实例二 (25)六、优化算法在控制系统中的应用及MATLAB实现 (26)1. 优化算法概述及其在控制系统中的应用价值 (28)2. 优化算法介绍及MATLAB实现方法 (29)3. 基于MATLAB的优化算法在控制系统中的实践应用案例及分析对比研究31一、内容概括本论文旨在探讨基于MATLAB控制系统的仿真与应用，通过对控制系统进行深入的理论分析和实际应用研究，提出一种有效的控制系统设计方案，并通过实验验证其正确性和有效性。

本文对控制系统的基本理论进行了详细的阐述，包括控制系统的定义、分类、性能指标以及设计方法。

我们以一个具体的控制系统为例，对其进行分析和设计。

在这个过程中，我们运用MATLAB软件作为主要的仿真工具，对控制系统的稳定性、动态响应、鲁棒性等方面进行了全面的仿真分析。

在完成理论分析和实际设计之后，我们进一步研究了基于MATLAB 的控制系统仿真方法。

通过对仿真模型的建立、仿真参数的选择以及仿真结果的分析，我们提出了一种高效的仿真策略。

我们将所设计的控制系统应用于实际场景中，通过实验数据验证了所提出方案的有效性和可行性。

本论文通过理论与实践相结合的方法，深入探讨了基于MATLAB 控制系统的仿真与应用。

淮海工学院课程设计报告书题目：综合课程设计系（院）：电子工程学院专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：2011年1月绪论课程设计是本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不但起着提高本课程教学质量、水平和检验学生对课程内容掌握程度的作用，而且还将起到从理论过渡到实践的桥梁作用。

通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在直流调速及相关课程方面的基本知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力。

通过课程设计，让学生独立完成一项直流调速系统课题的基本设计工作，达到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料能力的目的。

通过课程设计，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养学生工程绘图和编写设计说明书能力的目的，为学生今后从事相关方面的实际工作打下良好基础。

本次课程设计分为两大部分，分别是调速技术部分和计算机控制部分。

调速部分的设计内容及要求是：适用于4KW以下直流电动机不可逆无级调速。

要求调速范围D=10，静差率S≤10%。

（参考电机参数，如直流电动机：额定功率P N＝1.1KW，额定电压UN ＝110V，额定电流IN＝13A，转速nN＝1500r/min电枢电阻Ra＝1欧，极数2P=2，励磁电压Uf ＝110V，电流If＝0.8A）计算机控制部分的设计内容要求是：电阻加热炉温，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。

主要包括：计算机炉温系统整体设计和组成、最佳控制PID系统参数测定、温控系统控制算法设计和比较、绘图：绘出设计调试的结果、数据处理和分析。

调速技术部分1.1设计要求总分轮力矩GD2=2.5GD2=2.5*31.36 N•M2，极对数P=1。

(1)电枢回路总电阻取R=2Ra;（2）其它未尽参数可参阅教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关数据。

本科生毕业论文温度控制系统的设计独创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成果。

除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。

与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。

签名：年月日授权声明本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业论文（设计）的规定，即：有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。

本人授权许昌学院可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计）。

本人论文（设计）中有原创性数据需要保密的部分为（如没有，请填写“无”）：签名：年月日指导教师签名:年月日摘要该设计采用单片机AT89C52控制DS18B20数字温度传感器对温度的控制（PROTEUS软件仿真）。

电路的精确度和集成度都比老式的温度控制电路提高很多，并且添加了警示灯和报警器，使得温控系统的安全性更高，直观性更强。

当温度低于预设温度值（20℃）时系统开始加热,(此时黄色发光二极管点亮)；当温度超过预设温度值（100℃）时，红色发光二极管点亮，同时喇叭发出警示，温度由LCD显示（含当前时间显示）。

关键词：温度控制；AT89C52；DS18B20；PROTEUSABSTRACTThis design adopts SCM AT89C52 controls temperature of digital temperature sensorDS18B20(PROTEUS software simulation).The accuracy and integration of this circuit is more perfect than old circuit.By means of adding warming light and alarm,which makes this design more safer and intuitive.When water temperature belows the preset temperature,the system starts heating(lightening yellow led says heating condition),When the temperature reaches the preset temperature,the red led starts lightning,meanwhile the speaker starts whistling.The temperature is showed by LCD.（displaying the current time）Key words：Temperature;AT89C52;DS18B20;Control;PROTEUS目录1 绪论 (1)1.1温度控制系统设计的背景、发展前景及意义 (1)1.2温度控制系统的目的 (1)1.3温度控制系统的功能 (1)2温度控制系统总体设计方案 (2)2.1方案一 (2)2.2方案二 (2)2.3方案三 (2)3单片机 AT89C52 (3)3.1单片机AT89C52的简介 (3)3.2 AT89C52的管脚说明 (4)3.3 时钟电路 (6)3.4 复位电路 (7)3.5单片机的发展 (8)4 DS18B20温度传感器 (9)4.1 DS18B20温度传感器简介 (9)4.2 DS18B20主要特性 (9)4.3 DS18B20的外形和内部结构 (9)4.4 DS18B20的使用方法 (10)4.5温度转换 (12)4.5.1 DS18B20的分辨率与配置寄存器的关系 (12)4.5.2 实际温度与数字输出的转换 (13)4.6 DS18B20测温流程 (14)5单片机接口设计 (14)5.1接口设计原则 (14)5.2 引脚链接 (14)5.2.1 串口引脚 (14)5.2.2晶振电路 (15)5.2.3其他引脚 (15)6系统整体设计 (16)6.1系统硬件电路设计 (16)6.1.1各部分电路 (16)7 系统软件设计 (19)7.1系统软件整体设计思路 (19)7.2系统程序流图 (20)7.3调试与仿真 (21)7.3.1调试 (21)7.3.2仿真结果 (21)总结与展望 (24)参考文献 (25)附录（C程序） (26)致谢 (37)1 绪论1.1温度控制系统设计的背景、发展前景及意义随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器的在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向，近年来，温度控制系统已经应用到人们生活的各个方面。

毕业设计论文基于Matlab的恒温箱温度控制系统设计与仿真摘要恒温箱在工业生产和科学研究中有着重要的作用，因此设计一个合适的温度控制系统有着重要的意义，而恒温箱的温度控制系统比较复杂，是一个大时滞、时变、非线性系统，很难用数学方法建立精确的数学模型。

目前主要采用经典控制、智能控制和两种控制算法相结合的控制算法对恒温箱的温度控制系统进行控制。

在本文中选定二阶纯滞后环节为控制对象的数学模型，对其分别采用PID控制算法，模糊控制算法和模糊PID算法对恒温箱进行控制，并用Matlab对各算法进行仿真比较分析。

通过对这几种算法的仿真与研究，发现PID整定好的参数不能长期适应系统模型，需要不断对控制器参数进行整定，才能达到较好的控制效果；模糊控制不依赖于系统的精确模型，是解决不确定性系统的一种有效途径，但控制精度不高，且量化因子和比例因子确定后，其适应能力有限制；而模糊PID控制方法具备了模糊控制和PID控制各自的优点，同时具有很强的鲁棒性和适应能力。

关键词大时滞系统，PID控制，模糊控制，模糊PID控制ABSTRACTAs thermostat plays an important role in the production andscientific research, so designing a suitable temperature control system important significance. The thermostat's temperature control system is complex, and is a large time lag, time-varing, nonlinear system, then it is difficult to establish an accurate mathematical model. Currently the classical control, inligent control and their combined control algorithm are main used for control the temperature control system.This paper selects second-order lag model for the control object, and uses PID control algorithm, fuzzy control algorithm and fuzzy PID algorithm to control thermostat and uses Matlab software for the simulation comparative analysis. By studying several simulation we found that PID algorithm arranges the parameter cannot adapt a long time, and it need unceasingly be carried on the adjustment and achieve the anticipated effect. Fuzzy control does not depend on the precise object model and is an effective way to solve the uncertainty. But the control accuracy is not quantifiable factor and scale factor is determined ,its adaptable ability is restricted. As fuzzy PID control algorithm ,it not only combines the fuzzy control andPID control with their respective advantages, but also , PID control, Fuzzy control, Fuzzy PID control1.绪论........................................ 错误！未定义书签1.1选题的目的、意义........................................1.2对本课题涉及问题的研究现状..............................1.2.1经典控制.............................................................1.2.2智能控制.............................................................1.2.3结论.................................................................1.3主要解决的问题..........................................2.PID控制及仿真 ..............................................2.1微分先行PID算法[7] ....................................2.2参数辨识 ..............................................2.3PID参数的整定..........................................2.3.1PID参数的特点........................................................2.3.2ZN经验公式法.........................................................2.4PID算法仿真............................................3.1模糊控制基本原理[11] ...................................3.1.1模糊控制基本思想.....................................................3.1.2模糊控制器的基本结构 .................................................3.1.3模糊控制的特点.......................................................3.2模糊控制器的设计[12] ...................................3.3温度模糊控制器的设计...................................3.3.1控制器结构...........................................................3.3.2模糊子集的选取.......................................................3.3.3模糊规则的确定.......................................................3.3.4模糊推理.............................................................3.4模糊控制仿真...........................................3.4.1模糊控制仿真.........................................................4.模糊PID控制及仿真.........................................4.1模糊PID控制器结构.....................................4.2模糊控制器的设计.......................................4.2.1模糊子集的选取.......................................................4.2.2模糊规则的建立.......................................................4.2.3模糊推理及模糊决策 ...................................................4.3模糊PID控制的仿真..................................... 参考文献..................................................... 答谢...................................................1.绪论恒温箱主要用来控制温度，在目前工业生产及科学研究中有着重要的作用，因此设计一个高精度的恒温箱温度控制系统有着重要的实际意义和应用价值。

恒温育种箱的设计与制作摘要在日常生活、工业生产和实验室中电热恒温箱的应用随处可以见到。

在生活中我们保存食物用到恒温箱，工业生产中一些生产原料的保存用到恒温箱，实验室里，特别是生物的培育实验室，恒温箱的应用更是普遍。

在本设计中，我们针对培养箱而设计的一个恒温系统，在系统里，通过对恒温箱温度的检测与变送传到单片机，与给定值进行比较，单片机对数据进行处理，根据偏差信号的大小输出驱动PWM输出，通过改变PWM输出的周期和幅值，控制发热丝的功率，从而达到恒温箱内温度控制的目的。

本设计的单片机为51系列，对数据进行采集、比较、处理与输出，PWM通过单片机的脉冲输出，通过光电隔离输入放大电路对发热丝进行加温，直接对箱子温度进行提升，最终达到控制温度的目的。

关键词：单片机；PWM；数字PID控制目录第一章绪论 0第二章总体方案设计 (1)2.1 方案一 (1)2.2 方案二 (2)第三章单元模块设计 (3)3.1数字温控芯片DS18B20介绍 (3)3.1.1 DS18B20的内部结构 (4)3.1.2 DS18B20的外形及引脚说明 (6)3.1.3 DS18B20温度传感器的存储器 (7)3.1.4 DS18B20的特性 (9)3.1.5 DS18B20工作原理 (10)3.1.6 DS18B20使用中注意事项 (13)3.2 预置数 (14)3.2.1 拨码盘介绍 (15)3.3 时钟 (16)3.4 复位电路 (17)3.5 LED显示 (18)3.6 加热电路 (19)3.6.1 ULN2003介绍 (20)3.6.2 IGBT管介绍 (21)第四章 PID控制 (21)4.1 PID控制原理 (21)4.2 PID控制系统框图 (21)4.3 PID算法 (22)第五章单片机软件的设计 (25)5.1 总体软件设计流程图 (25)参考文献 (27)附录 (28)第一章绪论恒定温度的设备，被广泛地应用于生产、生活、实验等领域。

MATLAB温度控制系统课程设计报告案例范本一、课程设计题目基于MATLAB的温度控制系统设计二、设计背景温度控制是工业生产、家庭生活中常见的一种控制过程，其目的是通过控制温度来保持环境的稳定性和舒适性。

本次课程设计旨在通过MATLAB软件，设计一种基于PID控制的温度控制系统，实现对温度的精确控制。

三、设计目标1.熟悉PID控制器的基本原理和控制算法；2.掌握MATLAB软件的基本操作和编程技巧；3.设计出一种基于PID控制的温度控制系统，实现对温度的稳定控制；4.学会分析和优化控制系统的性能。

四、设计流程1.建立模型根据实际情况，建立温度控制系统的数学模型，可以采用传热学原理，建立温度传递方程，得到系统的状态空间模型。

2.设计控制器采用PID控制器对温度控制系统进行控制，根据系统的状态空间模型，设计PID控制器的参数，可以采用自整定PID控制器或手动调整PID 控制器的参数。

3.仿真分析使用MATLAB软件进行系统仿真分析，对控制系统的性能进行评估，包括稳态误差、响应速度、稳定性等指标。

4.优化控制器根据仿真分析的结果，对控制器进行参数调整和优化，提高系统的控制性能。

5.实际实验将控制器实现到实际温度控制系统中，进行实际实验，验证控制器的性能和稳定性。

五、设计结果通过以上流程，设计出一种基于PID控制的温度控制系统，实现对温度的稳定控制。

在仿真分析中，系统的稳态误差小、响应速度快、稳定性好，满足实际控制需求。

在实际实验中，控制器的性能和稳定性得到了验证，达到了预期的控制效果。

六、设计总结本次课程设计通过MATLAB软件，设计出一种基于PID控制的温度控制系统，深入理解了PID控制器的基本原理和控制算法，掌握了MATLAB软件的基本操作和编程技巧。

通过仿真分析和实际实验，对控制系统的性能进行了评估和优化，提高了系统的控制性能和稳定性。

本次课程设计对于提高学生的实际操作能力和掌握控制理论知识有一定的帮助。

基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计自动控制系统是一种可以自动调节和控制系统运行的系统。

对于自动控制系统的设计和优化，仿真是一种非常重要的方法。

基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计可以帮助学生深入理解自动控制系统的原理和应用，并进行实际应用的实验和研究。

在毕业设计中，学生可以选择一个具体的自动控制系统，例如温度控制系统、位置控制系统、速度控制系统等。

然后，根据该系统的特点和要求，使用MATLAB软件进行仿真分析。

首先，学生可以利用MATLAB编写控制系统的数学模型。

通过了解和运用控制系统的原理和方法，学生可以将系统的输入信号、输出信号和控制信号之间的关系建立数学模型。

通过数学模型，可以进行系统的仿真分析和优化设计。

接下来，学生可以使用MATLAB的控制系统工具箱进行系统的仿真和分析。

控制系统工具箱提供了各种控制系统设计和分析的函数，如传递函数的建模、闭环系统的建模、系统的稳定性分析、频域分析等。

学生可以利用这些函数进行系统的仿真和分析，了解系统在不同输入和参数条件下的响应和性能。

在仿真过程中，学生可以尝试不同的控制算法和参数，观察系统响应的改变和性能的优劣。

例如，学生可以尝试不同的比例积分微分（PID）控制算法和参数，比较系统的稳定性、超调量和响应速度等指标。

通过不断的尝试和优化，学生可以得到系统的最佳控制算法和参数设定。

此外，学生还可以利用MATLAB的仿真工具进行系统的可视化展示。

通过绘制系统的输入信号、输出信号和控制信号的图形，学生可以直观地观察和分析系统的动态响应。

这样的可视化展示可以帮助学生更好地理解和分析系统的特性和性能。

最后，学生应该进行仿真结果的分析和评估。

通过对仿真结果的分析和评估，学生可以判断系统的性能是否满足设计要求，并提出改进的建议和方案。

总而言之，基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计可以帮助学生深入理解自动控制系统的原理和应用，并进行实际应用的实验和研究。

随着电子技术的飞速发展，自动控制、智能仪器、智能家电的广泛应用,给社会带来了巨大改变。

单片机技术的发展给智能仪器、智能家电注入了新的活力。

单片微型计算机的功能不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。

单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，称为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，而温度是工业对象中主要的控制参数之一。

现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制,早期温度控制主要应用于工厂中，例如钢铁的水溶温度，不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现，这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了。

设计中介绍了以AT8951单片机为核心的烘箱的温度控制系统的工作原理和软件设计方法。

设计中详细介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：主程序、中断服务程序、采样程序、报警程序、键盘/显示程序以及PID计算程序等。

此外，设计中还介绍了该系统的所用到的主要芯片，如AT8951单片机，A/D转换芯片ADC0809等等。

由于设计具有很强的通用性，所以本设计也可用于其它的温度控制系统。

全文分四个部分：一、AT89C51单片机主要功能以及它的概述；二、控制系统的硬件电路组成部分；三、系统的软件控制程序，四、系统抗干扰相关措施。

整个电路包括主机、模拟输入输出通道、A/D转换电路、键盘和显示电路。

在温度传感器和A/D转换器的选择方面，分别采用了MAX6675传感器和ADC0809转换器。

在硬件设计方面，此设计中从单点温度控制引申到多点温度开关控制进行了详细的介绍，并最终利用AT89C51单片机实现了烘箱的温度控制。

关键字：单片机；温度；A/D转换；PID ；ADC0809 ；MAX6675第一章引言 (4)1.1技术指标 (4)1.2控制方案设计 (4)第二章 AT89C51单片机主要功能及它的概述 (5)2.1单片机的基本组成和内部结构 (5)2.2A T89C51单片机引脚图及各引脚的功能 (7)2.2.1 单片机主控电路的主要元件AT 89C51引脚图 (7)2.2.2 AT89C51单片机各引脚功能 (7)第三章控制系统的硬件电路组成部分 (10)3.1烘箱温度控制系统的工作原理及它的组成部分 (10)3.1.1 烘箱温度控制系统的工作原理 (10)3.1.2 烘箱温度控制系统的组成部分 (10)3.2温度控制电路 (11)3.3温度检测电路 (12)3.3.1 温度检测和变送器 (12)3.3.2 接口电路的设计 (13)第四章系统的软件控制程序 (15)4.1软件的总体设计 (15)4.1.1 程序设计原则 (15)4.1.2 各个功能模块的功能说明 (15)4.1.3 参数传递 (15)4.2温度检测电路的设计 (15)4.3主程序清单 (19)4.4中断服务程序设计 (22)4.5显示子程序设计 (24)4.6键盘扫描处理程序 (25)4.7定时中断子程序 (26)4.8数据字节与位定义 (27)第五章系统抗干扰相关措施 (28)5.1单片机系统中硬件抗干扰设计 (28)5.1.1 抑制干扰源常用措施 (28)5.1.2 切断干扰传播途径措施 (28)5.1.3 提高敏感器件的抗干扰性能 (29)5.2单片机系统软件的抗干扰 (29)5.2.1 模拟输入信号抗干扰 (29)5.2.2 “死机”现象的克服 (30)5.3系统复位特征 (31)5.3.1 上电标志的设定方法 (31)5.3.2 软件复位与中断激活标志 (31)5.3.3 程序失控后恢复运行的方法 (31)5.4眠抗干扰 (32)第六章结语 (33)第一章引言随着集成电路技术的发展，在冶金、机械、食品加工、化工等工业生产过程中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，都是要求对温度进行严格控制的。

毕业设计论文基于MATLAB的过程控制系统仿真研究摘要水箱和换热器是过程控制中的典型对象，本设计主要以水箱液位控制系统和换热器温度控制系统为例，通过建立数学模型，确定对象的传递函数。

利用Matlab的Simulink 软件包对系统进行了仿真研究，并对仿真结果进行了深入的分析。

在水箱液位控制系统中，通过建立数学模型以及实验中对实验数据的分析，分别确定了单容、双容、三容水箱对象的传递函数。

在simulink软件包中建立了各系统的仿真模型。

通过对仿真曲线的研究，分析了控制器参数对系统过渡过程的影响。

在换热器温度控制系统中，根据自动控制系统工艺过程，利用降阶法确定了对象的传递函数。

在软件包Simulink中搭建了单回路、串级、前馈—反馈控制系统模型，分别采用常规的PID、实际PID和Smith预估器对系统进行了仿真研究，通过仿真曲线的比较，分析了各种控制系统的特点。

关键词：过程控制；MATLAB；仿真；水箱；换热器Simulation and Research of Process Contro1System Based on MATLABAbstractWater tank and Heat exchanger are typical object in the process control in the design,The control system of tank level and heat interchange is used as an example.The transfer function object is defined by setting up the mathematical model.I carry on simulation research on the system by using Matlab’s simulink simulation.and deeply analyze the result of the simulation.In the system, which control the level of the tank. The transfer function of a single-tank, double-tank, three-tank is defined by setting up mathematical model and analyzing date. Simulation model of all system set up simulink simulation. The effect that controller parameter composes on the system is analyzed through the research on the simulation cuvers.In the control system of heat inter change. The design uses reduction method and defines the transfer function of the object.according to the technical process in the automatic system.The control system model of single loop, cascade, feed forward-feedback is established. Simulation research on there system is carried on through using conventional PID, the actual PID and Smith predictor , While the characteristics those control system are compared.Key words: Process Control; Matlab;Simulation; Water tanks; Heat exchanger目录摘要 (II)Abstract (III)第一章引言 (1)1.1 过程控制简介 (1)1.2 过程控制的发展 (1)1.3 控制系统仿真的含义 (2)1.4 矩阵实验室Matlab简介 (2)1.5 动态系统软件包Simulink简介 (3)1.6 控制系统仿真的一般步骤 (4)第二章过程控制系统概述 (5)2.1 过程控制中常见的控制系统 (5)2.1.1 单回路控制系统 (5)2.1.2 串级控制系统 (5)2.1.3 前馈控制系统 (6)2.1.4 前馈—反馈控制系统 (6)2.2 通道特性对控制质量的影响 (7)2.2.1 干扰通道特性对控制质量的影响 (7)2.2.2 控制通道特性对控制质量的影响 (8)2.3 控制器参数对系统的影响 (9)2.4 控制器控制规律的选择 (9)2.5 控制器参数整定 (10)第三章液位控制系统的仿真研究 (11)3.1 单容水箱液位控制系统 (11)3.1.1 单容水箱数学模型 (11)3.1.2 控制方案 (12)3.1.3 单容水箱的Simulink仿真 (13)3.2 双容水箱液位控制系统 (16)3.2.1 双容水箱数学模型 (16)3.2.2 控制方案 (17)3.2.3 双容水箱的Simulink仿真 (18)3.3 三容水箱液位控制系统 (21)3.3.1 三容水箱的系统建模 (21)3.3.2 三容水箱的Simulink仿真 (22)3.4 本章小结 (23)第四章换热器温度控制系统仿真研究 (25)4.1 换热器的数学模型 (25)4.1.1 换热器构造及工作原理 (25)4.1.2 被控参量的选择 (25)4.1.3 被控对象的特性 (26)4.1.4 被控对象数学模型的建立 (27)4.2 单回路控制系统 (30)4.2.1 常规PID控制 (31)4.2.2 实际PID控制系统仿真 (33)4.2.3 史密斯(Smith)预估控制系统仿真 (36)4.3 串级控制系统 (38)4.3.1 串级控制系统结构 (38)4.3.2 串级控制系统的PID仿真 (39)4.3.3 串级控制系统的Smith预估控制 (41)4.4 前馈—串级控制系统 (42)4.4.1 换热器前馈—串级控制的数学模型 (42)4.4.2 前馈控制规律的实施 (43)4.4.3 Simulink仿真 (44)4.5 本章小结 (47)结束语 (48)参考文献 (50)致谢 (52)第一章引言1.1过程控制简介过程控制系统是表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。

实验题目：水温控制电路设计一、实验目的通过设计一个水温控制系统，从而加深对三极管、运放等常见电子元器件的运用，掌握电路设计的思路和参数计算，通过仿真与理论相结合，从而加深对电路的理解。

二、实验原理水温控制系统：水的温度可以由传感器转化为电压信号，通过设定电压阈值从而与采集的温度电压进行比较，超过设定温度则停止加热，加热指示灯熄灭，保温开关打开，保温指示灯亮；低于设定温度则启动加热，加热指示灯亮，保温开关断开，保温指示灯灭；为了不让控制系统在设定温度点频繁工作，需要引入滞回比较器，让控制系统合理的弹性工作。

该系统主要包括以下几点：1.用电压信号的变化来模拟水温的变化，每0.1V对应1摄氏度，再运用运放的放大电路对电压信号进行放大。

此设计用正相比例放大器，使输出时正电压，取放大器的放大倍数为10倍（即温度缩小10倍）比较合适。

2.当水的温度超过一定温度，就暂停加热，加热的指示灯熄灭，此时保温电路打开，保温指示灯亮。

运用到比较器电路，比较电路也即水温检测和水温范围测量电路。

将输入的变化的电压与基准电压（上下限电压）进行比较，通过运放输出高低电平来控制后面的电路。

比较电路3.当水的温度低于一定温度，就开始加热，加热的指示灯亮，此时保温电路断开，保温指示灯熄灭。

也用到比较器电路，原理同上。

4.因水的温度具有缓慢变化特性，设定的温度希望有一个阈值，使电路不会频繁的工作，使系统更加稳定，因此需要用到滞回比较器。

滞回比较器的电压传输特性根据 Un=Up ：﹚﹢0＋R ／(R ×＝767291R u U T﹚＋R ／(R ×﹚﹢＋R ／(R ×＝7677767292R u R u U T所以﹚＋R ／(R ×＝－767721R u U U T T ，即7u 从高电平转化为低电平和从低电平转化为高电平的分界点就有了V﹚＋R ／(R ×7677R u 的差别。

根据以上几个公式我们可以知道，参考电压29u 瘦集成运放的正反馈的影响，在仿真时应适当调低的数29u 值。

matlab温度控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握MATLAB软件在温度控制系统中的应用；2. 学习温度控制系统的基本原理和数学模型；3. 掌握利用MATLAB进行温度控制系统建模、仿真和性能分析的方法。

技能目标：1. 能够运用MATLAB软件构建温度控制系统的数学模型；2. 能够运用MATLAB进行温度控制系统的仿真分析，并优化系统性能；3. 能够运用所学知识解决实际温度控制问题。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制技术的兴趣和热情；2. 培养学生的团队协作精神，提高沟通和交流能力；3. 增强学生的创新意识和实践能力，使其具备解决实际工程问题的信心。

课程性质：本课程为应用实践性课程，旨在通过MATLAB软件在温度控制系统中的应用，使学生掌握自动控制技术的基本原理和方法。

学生特点：学生已具备一定的自动控制理论知识，对MATLAB软件有一定了解，但缺乏实际应用经验。

教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，以项目为导向，培养学生的实际操作能力和创新能力。

通过课程学习，使学生能够独立完成温度控制系统的建模、仿真和性能分析任务，并具备解决实际问题的能力。

教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，以便进行后续的教学设计和评估。

二、教学内容1. 温度控制系统基本原理：包括热传递原理、温度传感器和执行器的工作原理等。

相关教材章节：第一章 温度控制系统概述2. MATLAB软件基础：介绍MATLAB软件的基本操作、数据类型、矩阵运算和编程基础。

相关教材章节：第二章 MATLAB软件基础3. 温度控制系统建模：利用MATLAB建立温度控制系统的数学模型，包括传递函数和状态空间模型。

相关教材章节：第三章 系统建模与仿真4. 温度控制系统仿真：运用MATLAB进行温度控制系统的动态仿真，分析系统性能。

相关教材章节：第四章 控制系统仿真5. 温度控制系统设计：结合MATLAB优化工具箱，进行控制器设计和参数优化。

课程设计报告题目某温度控制系统旳MATLAB仿真（题目C）过程控制课程设计任务书题目C ：某温度控制系统旳MATLAB 仿真一、 系统概况：设某温度控制系统方块图如图：图中G c (s)、G v (s)、G o (s)、G m (s)、分别为调节器、执行器、过程对象及温度变送器旳传递函数；，且电动温度变送器测量范畴（量程）为50～100O C 、输出信号为4～20mA 。

G f (s)为干扰通道旳传递函数。

二、系统参数二、 规定：1、分别建立仿真构造图，进行如下仿真，并求出重要性能指标：(1)控制器为比例控制，其比例度分别为δ＝10％、20％、50％、100％、200％时，系统广义对象输出z(t)旳过渡过程；(2)控制器为比例积分控制，其比例度δ＝20％，积分时间分别为T I ＝1min 、3min 、5min 、10min 时，z(t)旳过渡过程；(3)控制器为比例积分微分控制，其比例度δ＝10％，积分时间T I ＝5min ，微分时间T D = 0m v o0f o o =5min =2.5min =1.5(kg/min)/mA =5.4C/(kg/min) =0.8 C C T T K K K x(t)=80f(t)=10；；；；；给定值；阶跃扰动0.2min 时，z(t)旳过渡过程。

2、对以上仿真成果进行分析比对，得出结论。

3、撰写设计报告。

注：调节器比例带δ旳阐明比例控制规律旳输出p(t)与输入偏差信号e(t)之间旳关系为式中，K c 叫作控制器旳比例系数。

在过程控制仪表中，一般用比例度δ来表达比例控制作用旳强弱。

比例度δ定义为式中，(z max -z min )为控制器输入信号旳变化范畴，即量程；(p max -p min )为控制器输出信号旳变化范畴。

这时δ 与K c 便互成倒数关系，即：=c p(t)K e(t)max min ()=100%)max min e z z p (p -p δ-⨯=100%c1K δ⨯但假如调节器旳输入、输出不是相似性质旳信号，则系数K≠1，需要根据量程和输出信号范畴进行计算。

成绩课程设计报告题目基于MATLAB的PID恒温控制器院部名称智能科学与控制工程学院专业自动化班级14自动化组长姓名陈玉荣学号1417102009同组学生范淑君、钱涛设计地点工科楼C208设计学时1周指导教师翟力欣金陵科技学院教务处制目录绪论 (4)一、选题的目的和意义 (4)1。

1、课题研究的内容 (4)二、系统方案对比 (5)三、控制对象建模 (5)3。

1、PID控制建模 (5)3.1.1温控系统阶跃响应曲线的获得 (6)3。

1.2 温度系统数学模型选择与参数确定 (6)3.2、被控对象建模 (8)四、MATLAB的Ziegler-Nichols算法PID控制器设计 (9)4。

1、Ziegler-Nichols算法简介 (9)4。

2、Ziegler-Nichols算法参数确定 (11)五、P、PI、PID调节器控制比较 (15)5.1、未加PID调节系统 (15)5.2、加入P调节系统 (16)5。

3、PI调节系统 (18)5。

4 PID调节系统 (20)5.5 系统调节总体分析 (22)六、PID调节的Simulink仿真 (24)6。

1、PID控制仿真 (24)6.2、抗干扰能力测试 (25)七、总结 (26)八、参考文献 (27)基于MATLAB的PID恒温控制器绪论一、选题的目的和意义任何闭环的控制系统都有它固有的特性,可以有很多种数学形式来描述它，如微分方程、传递函数、状态空间方程等。

但这样的系统如果不做任何的系统改造很难达到最佳的控制效果，比如快速性稳定性准确性等。

为了达到最佳的控制效果，我们在闭环系统的中间加入PID控制器并通过调整PID参数来改造系统的结构特性，使其达到理想的控制效果。

1。

1、课题研究的内容工业生产中温度控制具有单向性、时滞性、大惯性和时变性的特征,要实现温度控制的快速性和准确性，对于提高产品质量具有很重要的现实意义。

本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。