课程设计说明书 温度控制系统的设计与实现

计算机控制技术课程设计任务书题目：基于数字 PID 的电加热炉温度控制系统设计设计内容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，使其在预定的时问内将炉内温度稳定到给定的温度值。

在木控制对象电阻加热炉功率为 8Kw ，由 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温度控制，要求控制温度范困 50-350 ℃ ，保温阶段温度控制精度为土 l ℃ ．选择和合适的传感器，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：1)(+=-s T e K s G d sd τ 其中：时间常数T d = 350 秒放大系数 K d = 50滞后时间T d = 10 秒控制算法选用PID 控制。

设计步骤一、总体方案设计二、控制系统的建模和数字控制器设计三、硬件的设计和实现1、选择计算机机型（采用51内核的单片机）；2、 设计支持计算机工作的外围电路（ EPROM , RAM 、I/O 端口 、键盘、显示接口电路等）3、设计输入信号接口电路；4、设计D/A 转换和电流驱动接口电路；5、其它相关电路的设计或方案（电源、通信等）四、软件设计1、分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块框图；2编写A/D 转换和温度检测子程序枢图；3、编写控制程序和 D/A 转换控制子程序模块粗图；4、其它程序模块（显示与键盘等处理程序）枢图。

五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（ A3 幅面）。

课程设计说明书要求1 ．课程设计说明书应书写认真．字迹工稚，论文格式参考国家正式出版的书籍和论文编排。

2 ．论理正确、逻辑性强、文理通顾、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点。

3 ．课程设计说明书应有目录、摘要、序言、主干内容（按章节编写）、主要结论和参考书，附录应有系统方枢图和电路原理图。

4 ．课程设计说明书应包括按上述设计步骤进行设计的分析和思考内容和引用的相关知识．摘要单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。

小型温度控制器课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握小型温度控制器的基本原理与结构组成，理解温度控制的基本概念。

2. 使学生了解温度传感器的工作原理，并能正确读取温度数据。

3. 帮助学生掌握温度控制算法，了解PID控制的基本原理。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识设计简单温度控制系统的能力。

2. 提高学生动手实践能力，能够正确组装和调试小型温度控制器。

3. 培养学生分析问题、解决问题的能力，能够针对温度控制过程中出现的问题进行调整。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理学科的兴趣，激发学生探索科学技术的热情。

2. 培养学生团队合作精神，提高沟通协调能力。

3. 增强学生的环保意识，认识到温度控制在节能减排中的重要作用。

分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为物理学科实践课程，结合学生所在年级的知识深度，以小型温度控制器为载体，将理论知识与实践操作相结合。

学生具备一定的物理基础和电子技术知识，对实践活动有较高的兴趣。

教学要求注重理论与实践相结合，强调学生的动手能力和创新意识的培养。

课程目标分解：1. 知识目标：通过讲解、演示和实验，使学生掌握小型温度控制器的基本原理、结构和温度控制算法。

2. 技能目标：通过分组实践，培养学生动手组装、调试和优化温度控制器的能力。

3. 情感态度价值观目标：通过课程学习，激发学生对物理学科的兴趣，培养团队合作精神，增强环保意识。

二、教学内容1. 温度控制器原理：介绍温度控制器的作用、分类和基本工作原理，结合课本相关章节，让学生理解温度控制系统的基本组成。

- 教材章节：第三章“温度控制系统”2. 温度传感器：讲解温度传感器的种类、特点和应用，重点介绍热电阻、热电偶传感器的工作原理和使用方法。

- 教材章节：第四章“温度传感器”3. PID控制算法：阐述PID控制原理，分析比例、积分、微分控制的作用，结合实例进行讲解。

- 教材章节：第五章“控制算法”4. 小型温度控制器设计：指导学生进行温度控制器的设计，包括硬件选型、电路连接和程序编写。

课程设计课程设计名称：空调温度控制系统设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：课程设计地点：课程设计时间： 2008.12.29-01.04计算机控制技术课程设计任务书摘要近几年，随着人民生活水平的逐步提高，居住条件也越来越宽敞；另一方面，环境保护运动的蓬勃发展，也要求进一步提高制冷和空调系统的利用率。

此外，人们对舒适的生活品质与环境愈来愈重视，要求也愈来愈高，不仅对室内温、湿度提出了较高的要求，也希望室内环境趋于自然环境。

综观空调器的发展过程，有三个主要的发展阶段：(1)从异步电机的定频控制发展到变频控制。

(2)从异步电机变频控制发展到无刷直流电机的变频控制。

(3)控制方法从简单的开关控制向智能控制转变。

随着对变频空调器研究的日渐深入，控制目标逐渐从单一的室温控制向温湿度控制、舒适度控制转移;控制方法从简单的开关控制向PID控制、神经网络控制、专家系统控制等智能控制方向发展。

由于神经网络控制和专家系统控制实现难度较大而且效果不一定很理想，因此本设计采用PID控制算法。

本设计从硬件和软件两方面完成了空调的温度控制系统，主要是以PIC系列单片机为核心的控制系统设计，采用PID控制算法，即通过A/D转换器将温度传感器采集来的温度数据送入单片机，单片机将采集的数据与设定温度相比较决定压缩机的工作状态，单片机通过对制冷压缩机的控制，调节压缩机的转速，实现了空调的制冷。

空调的硬件电路只是起到支持作用，因为作为自动化控制的大部分功能，只能采取软件程序来实现，而且软件程序的优点是显而易见的。

它既经济又灵活方便，而且易于模块化和标准化。

同时，软件程序所占用的空间和时间相对来说比硬件电路的开销要小得多。

同时，与硬件不同，软件有不致磨损、复制容易、易于更新或改造等特点，但由于它所要处理的问题往往远较硬件复杂，因而软件的设计、开发、调试及维护往往要花费巨大的经历及时间。

对比软件和硬件的优缺点，本设计采用软硬件结合的办法设计。

自动控制原理课程设计一、引言自动控制原理课程设计是为了帮助学生深入理解自动控制原理的基本概念、原理和方法，通过实际项目的设计与实现，培养学生的工程实践能力和创新思维。

本文将详细介绍自动控制原理课程设计的标准格式，包括任务目标、设计要求、设计方案、实施步骤、实验结果及分析等内容。

二、任务目标本次自动控制原理课程设计的目标是设计一个基于PID控制算法的温度控制系统。

通过该设计，学生将能够掌握PID控制算法的基本原理和应用，了解温度传感器的工作原理，掌握温度控制系统的设计和实现方法。

三、设计要求1. 设计一个温度控制系统，能够自动调节温度在设定范围内波动。

2. 使用PID控制算法进行温度调节，实现温度的精确控制。

3. 使用温度传感器实时监测温度值，并将其反馈给控制系统。

4. 设计一个人机交互界面，能够实时显示温度变化和控制系统的工作状态。

5. 设计一个报警系统，当温度超出设定范围时能够及时发出警报。

四、设计方案1. 硬件设计方案：a. 使用温度传感器模块实时监测温度值，并将其转换为电信号输入到控制系统中。

b. 控制系统使用单片机作为主控制器，通过PID控制算法计算控制信号。

c. 控制信号通过电路板连接到执行器，实现温度的调节。

d. 设计一个报警电路，当温度超出设定范围时能够触发警报。

2. 软件设计方案：a. 使用C语言编写单片机的控制程序，实现PID控制算法。

b. 设计一个人机交互界面，使用图形化界面显示温度变化和控制系统的工作状态。

c. 通过串口通信将温度数据传输到电脑上进行实时监控和记录。

五、实施步骤1. 硬件实施步骤：a. 搭建温度控制系统的硬件平台，包括温度传感器、控制系统和执行器的连接。

b. 设计并制作电路板，将传感器、控制系统和执行器连接在一起。

c. 进行硬件连接调试，确保各个模块正常工作。

2. 软件实施步骤：a. 编写单片机的控制程序，实现PID控制算法。

b. 设计并编写人机交互界面的程序，实现温度变化和控制系统状态的实时显示。

水温控制电路课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握水温控制电路的基本原理，包括温度传感器、比较器、继电器等元件的工作原理及相互关系。

2. 学生能够运用所学的电路知识，分析并设计简单的水温控制电路。

3. 学生了解并掌握水温控制电路在实际应用中的注意事项及安全操作要求。

技能目标：1. 学生能够正确使用万用表、示波器等工具，进行水温控制电路的搭建、调试和故障排查。

2. 学生通过实际操作，提高动手能力和团队协作能力，培养工程实践思维。

情感态度价值观目标：1. 学生在学习过程中，培养对电子技术的兴趣，增强探索精神和创新意识。

2. 学生能够关注水温控制电路在生活中的应用，认识到科技与生活的紧密联系，提高社会责任感和环保意识。

3. 学生通过课程学习，树立正确的价值观，认识到知识的力量，激发学习的内驱力。

课程性质：本课程属于电子技术实践课程，以理论为基础，实践为核心，注重培养学生的动手能力和创新能力。

学生特点：本课程针对初中年级学生，他们对电子技术有一定的好奇心，但知识水平和实践经验有限。

教学要求：结合学生特点，课程设计应注重理论联系实际，循序渐进，注重启发式教学，引导学生主动探究和实践。

通过课程学习，使学生达到上述课程目标，为后续相关课程打下坚实基础。

二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 水温控制电路原理介绍：- 温度传感器工作原理及其选用- 比较器的作用和种类- 继电器的工作原理和应用2. 水温控制电路设计与搭建：- 电路图设计方法- 元器件选型和参数计算- 电路搭建与调试3. 水温控制电路实际应用案例分析：- 家用热水器水温控制电路分析- 工业设备中水温控制电路应用案例4. 安全操作与注意事项：- 电路搭建过程中的安全常识- 常见故障分析与排查方法教学大纲安排如下：第一课时：水温控制电路原理介绍1.1 温度传感器工作原理及其选用1.2 比较器的作用和种类1.3 继电器的工作原理和应用第二课时：水温控制电路设计与搭建2.1 电路图设计方法2.2 元器件选型和参数计算2.3 电路搭建与调试第三课时：水温控制电路实际应用案例分析3.1 家用热水器水温控制电路分析3.2 工业设备中水温控制电路应用案例第四课时：安全操作与注意事项4.1 电路搭建过程中的安全常识4.2 常见故障分析与排查方法教学内容与课本紧密关联，按照教学大纲逐步推进，确保学生能够掌握水温控制电路的相关知识和技能。

电阻炉温度控制系统1系统的描述与分析1.1系统的介绍该系统的被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。

可控硅控制器输入为0~5伏时对应电炉温度0~500℃，温度传感器测量值对应也为0~5伏，对象的特性为带有纯滞后环节的一阶惯性系统，这里惯性时间常数取T1＝30秒，滞后时间常数取τ＝10秒。

该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的选择与设定，实现工业过程中PID控制。

它采用温度传感器热电偶将检测到的实际炉温进行A/D转换，再送入计算机中，与设定值进行比较，得出偏差。

对此偏差按PID规律进行调整，得出对应的控制量来控制驱动电路，调节电炉的加热功率，从而实现对炉温的控制。

利用单片机实现温度智能控制，能自动完成数据采集、处理、转换、并进行PID控制和键盘终端处理（各参数数值的修正）及显示。

在设计中应该注意，采样周期不能太短，否则会使调节过程过于频繁，这样，不但执行机构不能反应，而且计算机的利用率也大为降低；采样周期不能太长，否则会使干扰无法及时消除，使调节品质下降。

1.2技术指标设计一个基于闭环直接数字控制算法的电阻炉温度控制系统具体化技术指标如下：1.电阻炉温度控制在0~500℃；2. 加热过程中恒温控制，误差为±2℃；3. LED实时显示系统温度，用键盘输入温度，精度为1℃；4. 采用直接数字控制算法，要求误差小，平稳性好；5. 温度超出预置温度±5℃时发出报警。

2方案的比较和确定方案一系统采用8031作为系统的微处理器。

温度信号由热电偶检测后转换为电信号经过预处理（放大）送到A/D转换器，转换后的数字信号再送到8031内部进行判断或计算。

从而输出的控制信号来控制锅炉是否加热。

但对于8031来说，其内部只有128个字节的RAM，没有程序存储器，并且系统的程序很多，要完成键盘、显示等功能就必须对8031进行存储器扩展和I/O口扩展，并且需要容量较大的程序存储器，外扩时占用的I/O口较多，使系统的设计复杂化。

课程设计说明书题目：温度控制系统的设计与实现学生姓名：学院：电力学院系别：自动化专业：自动化班级：指导教师：二〇一年一月十四日内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：计算机控制系统课程设计学院：电力学院班级：自动化07-3班学生姓名：石鑫学号：指导教师：刘磊李志明摘要温度控制系统是一种典型的过程控制系统，在工业生产中具有极其广泛的应用。

温度控制系统的对象存在滞后，它对阶跃信号的响应会推迟一些时间，对自动控制产生不利的影响，因此对温度准确的测量和有效的控制是此类工业控制系统中的重要指标。

温度是一个重要的物理量，也是工业生产过程中的主要工艺参数之一，物体的许多性质和特性都与温度有关，很多重要的过程只有在一定温度范围内才能有效的进行，因此，对温度的精确测量和可靠控制，在工业生产和科学研究中就具有很重要的意义。

本文阐述了过程控制系统的概念，介绍了一种温度控制系统建模与控制，以电热水壶为被控对象，通过实验的方法建立温度控制系统的数学模型，采用了PID算法进行系统的设计，达到了比较好的控制目的。

关键词：温度控制；建模；自动控制；过程控制；PIDAbstractIn industrial production with extremely extensive application, temperature control system is a typical process control system.Temperature control system has the larger inertia. It is the response signal to step off some of time.And it produces the adverse effect to the temperature measurement. The control system is the important industrial control index. Temperature is an important parameters in the process of industrial production. Also it is one of the main parameters of objects, many properties and characteristics of temperature, many important process only under certain temperature range can efficiently work. Therefore, the precise measurement of temperature control, reliable industrial production and scientific research has very important significance.This paper discusses the concept of process control system and introduces a kind of temperature control system .The electric kettle is the controlled object, PID algorithm is used for system design,through experience method to get the model of temperature control system and we can get the controlied response well.Keywords：Temperature control; Mathematical modeling; Automatic control;Process control; PID目录第一章概述..........................................................................................................................................1.1 题目背景及应用意义...........................................................................................................1.2 本文内容及工作安排 (1)第二章系统组成及被控对象分析（被控对象数学建模） (3)2.1 系统组成 (3)2.1 被控对象分析（被控对象数学建模） (5)第三章控制策略设计及仿真研究 (11)3.1 控制策略设计 (11)3.2 仿真研究 (15)第四章控制策略实现 (18)4.1 组态环境下控制策略编程实现 (18)4.2 力控软件 (18)4.3 运行结果分析 (20)第五章总结 (22)参考文献 (23)第一章概述1．1 题目背景及应用意义在近四十年的时间里，电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电路到大规模集成电路这样四个阶段，尤其是随着半导体集成技术的飞跃发展，七十年代初诞生了一代新型的电子计算机——微型计算机，使得计算机应用日益广泛；目前，计算机应用已渗透到各行各业，达到了前所未有的普及程度。

课程设计课题：单片机培养箱温控系统设计本课程设计要求：温度控制系统基于单片机，实现对温度的实时监控，实现控制的智能化。

设计了培养箱温度控制系统，配备温度传感器，采用DS18B20数字温度传感器，无需数模/数转换，可直接与单片机进行数字传输，采用PID控制技术，可保持温度在要求的恒定范围内，配备键盘输入设定温度；配备数码管L ED显示温度。

技术参数及设计任务：1、使用单片机AT89C2051控制温度，使培养箱保持最高温度110 ℃ 。

2、培养箱温度可预设，干燥过程恒温控制，控温误差小于± 2℃.3、预设时显示设定温度，恒温时显示实时温度。

采用PID控制算法，显示精确到0.1℃ 。

4、当温度超过预设温度±5℃时，会发出声音报警。

和冷却过程没有线性要求。

6、温度检测部分采用DS18B20数字温度传感器，无需数模/数转换，可直接与单片机进行数传7 、人机对话部分由键盘、显示器、报警三部分组成，实现温度显示和报警。

本课程设计系统概述一、系统原理选用AT89C2051单片机作为中央处理器，通过温度传感器DS18B20采集培养箱的温度，并将采集的信号传送给单片机。

驱动培养箱的加热或冷却。

2、系统整体结构总体设计应综合考虑系统的总体目标，进行初步的硬件选型，然后确定系统的草案，同时考虑软硬件实现的可行性。

经过反复推敲，总体方案确定以爱特梅尔公司推出的51系列单片机为温度智能控制系统核心，选用低功耗、低成本的存储器、数显等元器件。

总体规划如下：图1 系统总体框图2、硬件单元设计一、单片机最小系统电路Atmel公司的AT2051作为89C单片机，完全可以满足本系统所需的采集、控制和数据处理的需要。

单片机的选择在整个系统设计中非常重要。

该单片机具有与MCS-51系列单片机兼容性高、功耗低、可在接近零频率下工作等诸多优点。

广泛应用于各种计算机系统、工业控制、消费类产品中。

AT 89C2051 是 AT89 系列微控制器中的精简产品。

温度控制系统课程设计一、引言温度控制系统是一种常见的自动化控制系统，广泛应用于工业生产、农业生产、医疗保健等领域。

本课程设计旨在通过设计一个基于单片机的温度控制系统，让学生了解自动化控制系统的基本原理和实现方法。

二、设计目标本课程设计的主要目标是设计一个基于单片机的温度控制系统，具体包括以下方面：1. 实现温度测量功能：通过传感器获取环境温度，并将数据转换为数字信号，供单片机处理。

2. 实现温度调节功能：根据设定温度和当前环境温度，通过单片机输出PWM信号调节加热器功率，从而实现对环境温度的调节。

3. 实现显示功能：将当前环境温度和设定温度以数字形式显示在LCD 屏幕上。

4. 实现报警功能：当环境温度超过设定范围时，通过蜂鸣器发出警报提示操作者。

三、硬件系统设计1. 硬件平台选择本课程设计采用STM32F103C8T6单片机作为控制核心，具有较高的性价比和丰富的外设资源，适合用于中小规模的自动化控制系统。

2. 温度传感器选择本课程设计采用DS18B20数字温度传感器，具有精度高、响应速度快、可靠性强等优点，适合用于工业自动化控制系统。

3. LCD显示屏选择本课程设计采用1602A型液晶显示屏，具有低功耗、易于控制等优点，适合用于小型自动化控制系统。

4. 其他外设选择本课程设计还需要使用继电器、蜂鸣器、电阻等外设实现各项功能。

四、软件系统设计1. 系统架构设计本课程设计采用分层结构设计，将整个软件系统分为数据采集层、控制层和用户界面层三个部分。

其中数据采集层负责获取环境温度数据；控制层根据设定温度和当前环境温度输出PWM信号调节加热器功率；用户界面层负责显示当前环境温度和设定温度，并实现报警功能。

2. 数据采集层设计数据采集层主要负责获取环境温度数据，并将其转换为数字信号供单片机处理。

本课程设计采用DS18B20数字温度传感器实现温度测量功能，具体实现步骤如下：（1）初始化DS18B20传感器。

（2）发送读取温度命令。

长安大学《单片机原理及接口技术》课程设计（简易温度控制系统）专业：电气工程及其自动化学号： 2804060132姓名：任晴利指导老师：段晨东时间： 2008.12.22～2009.01.03目录目录。

题目。

摘要。

需求分析。

方案比较。

硬件设计。

硬件电路设计。

总体电路设计。

软件设计。

调试及结果分析。

附录1 电路程序。

附录2 电路总图。

题目：简易温度控制系统一．任务设计并制作一个简易的单片机温度自动控制系统（见图一）。

控制对象为自定。

图一 恒温箱控制系统二．要求设计要求如下（1）温度设定范围为40℃～90℃，最小区分度为1℃（2）用十进制数码显示实际温度。

（3）被控对象温度采用发光二极管以光柱形式和数码形式显示。

（4）温度控制的静态误差≤2℃。

扩充功能：控制温度可以在一定范围内设定，并能实现自动调整，以保持设定的温度基本保持不变（测量温度时只要求在现场任意设置一个检测点）。

恒温箱 执行器 可编程 控制器 显示器 变送器 设置键盘 电源 220V AC 温度传感器摘要本系统以A T89S52单片机芯片为核心，组成温度测量和控制系统，采用DS18B20数字温度传感器对温度进行实时采样，并将测量结果用数码管实显示，可以运用键盘按钮对温度进行设定，并且驱动加热器或制冷器将温度调整到设定温度，其功能完善，人机界面良好，可靠性高，AbstractThe system to single-chip AT89S52 chip as the core, the composition of the control of temperature control system of the adoption of digital temperature sensor DS18B20 temperature sampling, real-time display with digital temperature control, you can use the keyboard for temperature regulation, the use of heater and cooler temperature adjustments to improve its functions, a good man-machine interface, high reliability一、需求分析根据题目的具体要求，经过阅读思考，可对题目的具体任务、功能、技术指标等作如下分析。

pid温度控制设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解PID温度控制的基本原理，掌握其组成部分及功能。

2. 学生能掌握PID控制器参数的调整方法，并了解其对温度控制效果的影响。

3. 学生了解传感器在温度控制过程中的作用，能正确解读传感器数据。

技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计简单的PID温度控制系统，并进行模拟实验。

2. 学生具备分析温度控制过程中出现的问题，并提出相应解决方案的能力。

3. 学生能熟练使用相关仪器设备，进行温度控制实验操作。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对自动化技术的兴趣，激发创新意识，提高实践能力。

2. 学生在团队合作中，学会相互沟通、协作，培养团队精神。

3. 学生认识到温度控制在生产生活中的重要性，增强社会责任感。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论知识和实际操作，培养学生的动手能力和问题解决能力。

学生特点：学生具备一定的物理知识和数学基础，对实际操作感兴趣，喜欢探索新知识。

教学要求：注重理论与实践相结合，强调学生的主体地位，鼓励学生积极参与实验，培养学生的创新思维和实际操作能力。

将课程目标分解为具体的学习成果，便于后续教学设计和评估。

二、教学内容1. 理论知识：- PID温度控制基本原理：比例（P）、积分（I）、微分（D）控制作用及组合控制策略。

- 温度传感器原理及种类：热电偶、热敏电阻等。

- 控制器参数调整方法：参数对温度控制性能的影响。

- 温度控制系统的数学模型及其建立方法。

2. 实践操作：- 设计并搭建简单的PID温度控制系统，进行模拟实验。

- 调试控制器参数，观察温度控制效果。

- 分析实验过程中出现的问题，并提出解决方案。

3. 教学大纲：- 第一阶段：PID温度控制基本原理学习，了解传感器原理及种类。

- 第二阶段：控制器参数调整方法学习，掌握温度控制系统的数学模型。

- 第三阶段：实践操作，设计并搭建PID温度控制系统，进行实验分析。

教学内容安排与进度：- 理论知识学习：共计4课时。

热交换器温‎度控制系统‎一．控制系统组‎成由换热器出‎口温度控制‎系统流程图‎1可以看出‎系统包括换‎热器、热水炉、控制冷流体‎的多级离心‎泵，变频器、涡轮流量传‎感器、温度传感器‎等设备。

图1换热器‎出口温度控‎制系统流程‎图控制过程特‎点：换热器温度‎控制系统是‎由温度变送‎器、调节器、执行器和被‎控对象（出口温度）组成闭合回‎路。

被调参数（换热器出口‎温度）经检验元件‎测量并由温‎度变送器转‎换处理获得‎测量信号c‎，测量值c与‎给定值r的‎差值e送入‎调节器，调节器对偏‎差信号e进‎行运算处理‎后输出控制‎作用u。

二、设计控制系‎统选取方案‎根据控制系‎统的复杂程‎度，可以将其分‎为简单控制‎系统和复杂‎控制系统。

其中在换热‎器上常用的‎复杂控制系‎统又包括串‎级控制系统‎和前馈控制‎系统。

对于控制系‎统的选取，应当根据具‎体的控制对‎象、控制要求，经济指标等‎诸多因素，选用合适的‎控制系统。

以下是通过‎对换热器过‎程控制系统‎的分析，确定合适的‎控制系统。

换热器的温‎度控制系统‎工艺流程图‎如图2所示‎，冷流体和热‎流体分别通‎过换热器的‎壳程和管程‎，通过热传导‎，从而使热流‎体的出口温‎度降低。

热流体加热‎炉加热到某‎温度，通过循环泵‎流经换热器‎的管程，出口温度稳‎定在设定值‎附近。

冷流体通过‎多级离心泵‎流经换热器‎的壳程，与热流体交‎换热后流回‎蓄电池，循环使用。

在换热器的‎冷热流体进‎口处均设置‎一个调节阀‎，可以调节冷‎热流体的大‎小。

在冷流体出‎口设置一个‎电功调节阀‎，可以根据输‎入信号自动‎调节冷流体‎流量的大小‎。

多级离心泵‎的转速由便‎频器来控制‎。

换热器过程‎控制系统执‎行器的选择‎考虑到电动‎调节阀控制‎具有传递滞‎后大，反应迟缓等‎缺点，根具离心泵‎模型得到通‎过控制离心‎泵转速调节‎流量具有反‎应灵敏，滞后小等特‎点，而离心泵转‎速是通过变‎频器调节的‎，因此，本系统中采‎用变频器作‎为执行器。

课程设计题目温度控制系统设计学院自动化学院专业自动化专业班级姓名指导教师2014年6月24日课程设计任务书题目：温度控制系统设计要求完成的主要任务:被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小,来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。

可控硅控制器输入为0－5伏时对应电炉温度0－300℃，温度传感器测量值对应也为0－5伏，对象的特性为二阶惯性系统,惯性时间常数为T1＝20秒，滞后时间常数为τ＝10秒。

1）设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图；2）编写积分分离PID算法程序，从键盘接受K p、T i、T d、T及β的值；3）通过数据分析T i改变时对系统超调量的影响.4）撰写设计说明书。

时间安排:6月9日查阅和准备相关技术资料,完成整体方案设计6月10日—6月12日完成硬件设计6月13日-6月15日编写调试程序6月16日-6月17日撰写课程设计说明书6月18日提交课程设计说明书、图纸、电子文档指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日本次课程设计我设计的题目是温度控制系统。

通过专业课程的学习，我将引入计算机，单片机,传感器，以及PID算法来实现电炉温度的自动控制，完成课程设计的任务.计算机的自动控制是机器和仪表的发展趋势,它不仅解放了劳动力，也比以往的人为监控更准确,更及时。

一旦温度发生变化，计算机监控系统可以立即检测到并通过模拟量数字通道传送到计算机。

计算机接收到信号后通过与给定值进行比较后，计算出偏差，再通过PID控制算法给出下一步将要执行的指令。

最后通过模拟量输出通道将指令传送到生产过程，实现机器仪表的智能控制.本次课程设计用到了MATLAB这一软件，通过编写程序，将被控系统离散化。

再通过MATLAB中的simulink 仿真功能，可以看到随着Ki,Kp，Kd改变波形发生的改变,从而可以通过波形直观地看出PID参数对系统动态性能的影响。

PID恒温控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解PID恒温控制的基本原理，掌握其组成部分及相互关系。

2. 学生能够描述PID控制参数对系统温度控制性能的影响。

3. 学生能够解释在实际应用中，如何调整PID参数以达到理想温度控制效果。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的PID恒温控制系统。

2. 学生能够使用相关软件或工具进行PID参数的调整和优化。

3. 学生能够通过实际操作，分析并解决PID恒温控制过程中的问题。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对自动化技术和工程应用的兴趣，激发创新意识。

2. 学生形成团队协作意识，提高沟通与表达能力。

3. 学生认识到PID恒温控制在现实生活中的重要性，增强社会责任感。

本课程旨在帮助学生掌握PID恒温控制的基本知识和技能，培养实际操作能力。

针对高年级学生的认知特点，课程注重理论与实践相结合，提高学生的动手实践能力和问题解决能力。

通过本课程的学习，使学生能够更好地应对实际工程问题，并为未来的学习和职业发展打下坚实基础。

二、教学内容1. PID恒温控制原理- 理解比例（P）、积分（I）、微分（D）控制的基本概念。

- 掌握PID控制器的数学模型和调节原理。

2. PID控制器的组成与功能- 分析PID控制器的结构，理解各部分的作用。

- 学习PID控制器的参数设置与调整方法。

3. PID恒温控制系统的设计与实现- 学习PID控制系统的设计步骤，包括系统建模、控制器设计等。

- 了解常见PID控制算法在温度控制中的应用。

4. PID参数整定方法- 学习Ziegler-Nichols等常见参数整定方法。

- 掌握利用实验数据对PID参数进行优化调整的技巧。

5. 实际应用案例分析- 分析典型PID恒温控制系统案例，了解工程实际中的应用。

- 学习在实际操作过程中如何解决系统性能问题。

教学内容根据课程目标进行系统组织，确保学生能够循序渐进地掌握PID恒温控制的相关知识。

自动化专业控制系统综合课程设计自动化专业是现代工程领域中的一个重要学科，它涉及了工业自动化、机器人技术、控制系统等多个方面。

而控制系统作为自动化领域的核心内容之一，对于自动化专业的学生来说，掌握和熟悉控制系统的设计和实现是至关重要的。

为了培养学生的综合应用能力，自动化专业的课程设置了控制系统综合课程设计。

本次控制系统综合课程设计旨在通过实际案例，让学生将所学的理论知识应用于实践中，提升他们的控制系统设计和实施能力。

本文将以某某工厂的温控系统设计为例，介绍课程设计的主要内容和步骤。

首先，课程设计需要对某某工厂的温控系统进行需求分析。

在这一步骤中，学生需要了解工厂的生产过程和温度控制的要求，明确系统的输入和输出。

通过与实际工作人员的交流或对工厂现场的观察，学生能够获得必要的信息和数据。

接下来，学生需要进行控制策略的设计。

在温控系统中，常见的控制策略包括比例控制、积分控制、微分控制和模糊控制等。

学生可以根据实际需求和所学知识，选择合适的控制策略，并进行相应参数的调整和优化。

然后，学生需要进行控制系统的硬件选型和配置。

在这一步骤中，学生需要选择合适的传感器、执行器和控制器等硬件设备，并进行连接和配置。

同时，学生还需要编写相应的软件代码，实现传感器数据的采集和控制信号的输出。

接着，学生需要进行系统的调试和测试。

在这一过程中，学生需要确保控制系统的稳定性和可靠性。

通过对系统的模拟或实际操作，学生可以验证系统的性能和功能是否满足实际需求，并进行必要的调整和改进。

最后，学生需要对课程设计的结果进行总结和评估。

学生可以根据实际效果和实施过程中的问题，提出相应的改进和优化建议。

同时，学生还可以对自己在课程设计中的学习收获和不足进行反思和总结，以便更好地提升自己的能力和水平。

通过这样的综合课程设计，学生不仅可以将所学的理论知识应用于实践中，还可以培养自己的团队合作能力和解决问题的能力。

同时，学生还可以体验到真实工程项目的流程和挑战，为将来的工作做好准备。

组态王课程设计–锅炉温度控制系统本文档是组态王课程设计–锅炉温度控制系统的设计方案及实现过程。

项目概述锅炉温度控制系统是一个典型的温度控制应用系统，以PLC为核心，采用PID 算法控制锅炉温度，同时通过组态软件进行监控，实现对锅炉温度的精确控制。

系统组成系统由三部分组成：1.PLC：使用的为三菱PLC Q系列(Q00UCPU)。

2.人机界面：使用组态王软件。

3.温度传感器：使用PT100型热电阻温度传感器。

系统架构系统架构如下图所示：+-----------+|PT100温度传感器|+-----------+|+-----------+ +---------+ +--------------+ +---------+| 温度放大器 |------| PLC |-----|PID算法控制程序|-----| 组态软件 |+-----------+ +---------+ +--------------+ +---------+ PLC程序设计在PLC中搭建一个PID控制程序，输入温度信号，输出控制信号，使得锅炉温度接近于设定温度。

程序流程如下：1.初始化：变量赋初值。

2.采集温度信号：从温度传感器中获取实时温度数据。

3.PID算法计算：根据当前温度值和设定温度值，使用PID算法计算控制量。

4.控制量输出：将计算所得的控制量传送给控制对象。

5.控制命令输出：根据控制量输出对应的控制命令。

6.返回第2步，循环执行。

组态软件设计组态软件作为人机界面，需要支持实时监控温度值、设定温度、控制命令等信息，并能够进行实时调试和操作。

主要包括以下界面和功能：1.温度监控界面：显示温度曲线，并标记出设定温度和实际温度。

2.控制命令调试界面：显示当前控制命令，并提供手动控制输入接口，支持手动修改命令值。

3.故障诊断界面：显示系统故障信息，并提供故障诊断工具。

实现过程1.开始前，准备好硬件设备：PLC(Q00UCPU)、温度传感器(PT100)、转换器(AD8)、继电器模块(Y140)、人机界面(组态王)。

一．概述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。

本设计的控制对象为一电加热炉，输入为加在电阻丝两断的电压，输出为电加热炉内的温度。

输入和输出的传递函数为：G(s)=2/(s(s+1))。

控温范围为100~500℃，利用PID控制算法进行温度控制。

二．温度控制系统的组成框图采用典型的反馈式温度控制系统，组成部分见下图。

其中数字控制器的功能由单片机控制实现。

图1..1温度控制系统的组成框图三．温度控制系统结构图及总述图1.2温度控制系统结构图图中由4~20mA变送器，I/V，A/D转换器构成输入通道，用于采集炉内的温度信号。

其中，变送器选用XTR101，它将热电偶信号（温度信号）变为4~20mA 电流输出，再由高精密电流/电压变换器RCV420将4~20mA电流信号变为0~5V 标准电压信号，以供A/D转换用。

转换后的数字信号送入AT89C51单片机中与与炉温的给定值进行比较，即可得到实际炉温和给定炉温的偏差，其偏差被PID 程序计算出输出控制量。

由AT89C51输出电信号送至SCR触发电路，触发晶闸管并改变其导通角大小，从而控制电加热炉的加热电压，起到调温的作用。

四．温度控制系统硬件与其详细功能介绍1. AT89C51介绍AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。