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课程设计任务书课程设计计划表5.基于大林算法的电阻炉(二阶系统)温度控制设计任务带有纯滞后的电阻炉温度模型可由纯滞后环节与二阶系统串联描述)12)(1()(++=-s s e s G s采样周期1=T ，期望闭环传递函数为：1)(+=Φ-s e s s电阻炉的温度设定为1000o C 。
设计控制器是系统满足：调整时间s t s 80≤，超调量%10≤p σ，稳态误差C e os 2≤。
工作要求：1. 查找资料，描述电阻炉的基本情况；2. 设计大林控制算法，用Simulink 实现；3. 设计传统PID 控制器，并将二者算法进行比较；4. 分析系统是否存在振铃现象，若存在试消除振铃；5. 改变模型结构，考察模型扰动下系统性能变化情况；6.按照格式和设计内容写《计算机控制技术课程设计》和课程设计心得。
目录第一章课题背景知识介绍 ........................................ 错误!未定义书签。
1.1摘要 (6)1.2设计任务和要求 ............................................ 错误!未定义书签。
1.3大林算法 (7)1.4 PID算法 (9)第二章控制系统分析 (10)2.1 被控对象分析 (10)2.1.1纯滞后介绍 (10)2.2 控制器分析 (10)第三章控制系统的仿真 ............................................ 错误!未定义书签。
3.1 PID控制器控制下的系统仿真 (12)3.2 大林控制算法下的系统仿真 (13)3.3 大林控制算法和PID控制器的仿真 (14)第四章振铃现象分析 (17)第五章扰动下的系统性能分析 (18)课程设计心得 (19)参考文献 (20)第一章系统方案1.1摘要电阻炉在化工、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。
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。
引言随着现代科学技术水品格发展，与其是近年来，电力工业的迅速发展，工业电阻炉尤其是钟罩式真空电阻炉越来越受人们的青睐。
工业钟罩式真空电阻炉是一种重要的热处理设备，它能使被加热零件脱气、脱氧、脱硫，以及能使有害杂质蒸发分离，避免零件氧化污染，而且它的温度容易调节，相对其它电阻炉来讲热惯性小升温时间短，它在工业中被广泛采用。
他一般具有较大的时间常数和一定的纯滞后时间，且滞后时间比较长，我们知道这样的系统村不利于现代化工业生产自动化水平提高，不利于产品质量和生产效率的提高。
但是一般来讲，对这样的系统在工业生产中要求没有超调量或超调量很小，调节时间希望在确定的采样时间内结束（虽然也希望尽快结束过渡过程，但是这是第二位的）。
因此超调试主要的设计目标，用一般的控制系统设计方法是不行的，用模拟仪表控制算法效果也欠佳。
IBM公司的大林于1968年提出一种针对工业生产过程中含有纯滞后的控制对象的控制算法，即大林算法。
它具有良好的效果，采用大林算法的意义在于大林控制算法能在一些具有纯滞后环节的系统中兼顾动静两方面的性能，可做到小超调小稳态误差。
控制效果比较理想。
对工程实际应用具有很大的意义。
第一章钟罩式真空电阻炉1.1钟罩式真空电阻炉钟罩式真空电阻炉所谓钟罩式系指炉膛位于工作台面以上，钟罩可以升降，由侧面装卸工件，所以又称侧装式。
图1-1所示为双位钟罩式真空炉。
这种型式的炉子其加热器有两种安装方式：一种是装在钟罩内，随钟罩升降，这时，固定在炉盖上的电极汇流排5也要随盖运动。
另一种是固定在静止的台面板上，电极汇流排需从机架下方引入。
钟罩式真空电阻炉的基本参数见表1-1所示。
图1-1 双位钟罩式真空电阻炉1-机架；2-真空系统；3-观察孔；4炉体；5-汇流排；6-电气部分；7-变压器；8-升降机构。
表1-1 钟罩式真空电阻炉的基本参数（SJ861-74）最高温度（℃）炉膛尺寸（工位直径高）（毫米）热态真空度（毫米汞柱）额定功率及相数恒温区尺寸及温差功率（千瓦）相数恒温区尺寸（沿高度方向）（毫米）温差（℃）100030020025101103 100 20350250215130030020025101153 100 203502502201.2钟罩式真空电阻炉的结构1.2.1钟罩式真空电阻炉的隔热屏隔热屏是一种炉衬形式，常用于周期作业真空电阻炉，其特点是热惯性很小而透热性很大。
基于大林算法电加热炉温度控制系统设计电加热炉温度控制系统设计是现代工业生产中非常重要的一环，它关乎着工作环境的安全和产品质量的稳定性。
在这一设计过程中，大林算法被广泛应用于温度控制系统中，以实现精确、稳定和可靠的温度控制。
本文将介绍电加热炉温度控制系统设计的基本原理和过程，并重点阐述大林算法在该系统中的应用。
首先，要了解电加热炉温度控制系统的基本原理。
该系统主要由温度传感器、控制器和执行器组成。
温度传感器负责将电加热炉内的温度信号转化为电信号，控制器则接收并处理这些电信号，并通过执行器调节电加热炉的功率，以维持设定的温度。
在传统的温度控制系统设计中，一般采用PID（比例、积分、微分）控制算法。
然而，PID算法并不能完全满足电加热炉温度控制的要求。
因此，大林算法成为了一个更好的选择。
大林算法是一种自适应控制算法，它能够根据炉内温度的变化自动调整控制参数，以提供更加精确和稳定的控制效果。
接着，我们来具体介绍大林算法在电加热炉温度控制系统设计中的应用。
首先，大林算法通过建立一个数学模型来描述电加热炉的温度特性。
这个模型包括了电加热炉的热容、传热系数、功率等参数。
基于这个模型，大林算法可以根据炉内温度的变化预测未来的温度变化，并相应地调整控制参数。
在实际应用中，大林算法将炉内温度信号作为输入，经过计算得到一个误差信号。
根据这个误差信号，大林算法会自动调整比例、积分、微分参数，并通过控制器向执行器发出相应的命令，以调节电加热炉的功率。
通过这种自适应的控制方式，大林算法能够快速响应温度变化，并在不断迭代过程中逐步调整控制参数，以达到最佳的温度控制效果。
同时，大林算法还具有自学习的功能。
在系统运行的过程中，大林算法会根据反馈信号和期望信号之间的差异不断优化控制参数，以提高控制效果。
这种自学习的特性使得大林算法在应对复杂的工艺和环境变化时也能够取得良好的控制效果。
综上所述，大林算法在电加热炉温度控制系统设计中具有重要意义。
课程设计任务书学院专业学生姓名班级学号课程设计题目基于大林算法的电阻炉温度控制系统设计实践教学要求与任务:1）构成电阻炉温度控制系统2）大林算法设计3）硬软件设计4）实验研究5）THFCS-1现场总线控制系统实验6）撰写实验报告工作计划与进度安排:1）第1～2天，查阅文献，构成闭环温度控制系统2）第3天，大林算法设计3）第4～5天，硬软件设计4）第6天，实验研究5）第7～9天，THFCS-1现场总线控制系统实验6）第10天，撰写实验报告指导教师：201 年月日专业负责人：201 年月日学院教学副院长：201 年月日目录摘要 (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：()1sd d Ke 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 。
第 4 章振铃现象及扰动分析 4.1 振铃现象如果信号传输过程中感受到阻抗的变化，就会发生信号的反射。
这个信号可能是驱动端发出的信号，也可能是远端反射回来的反射信号。
根据反射系数的公式，当信号感受到阻抗变小，就会发生负反射，反射的负电压会使信号产生下冲。
信号在驱动端和远端负载之间多次反射，其结果就是信号振铃。
大多数芯片的输出阻抗都很低，如果输出阻抗小于PCB 走线的特性阻抗，那么在没有源端端接的情况下，必然产生信号振铃。
此次大林算法控制仿真中并未出现振铃现象。
4.2 扰动下的系统性能分析如图 5-1 所示，在正弦扰动信号下分析系统性能变化情况，正弦扰动信号幅值设置为 100。
图4-1 正弦扰动信号下的大林控制算法的 Simulink 仿真方框图图 4-2 正弦扰动信号下的大林控制算法的 Simulink 仿真图如上图所示，在正弦扰动信号下，电阻炉温度控制系统将不维持稳定状态，出现振荡现象。
第 5 章课程设计心得本文首先介绍了电阻，进而介绍其控制系统的优缺点，导出大林算法和 PID 控制器及其算法。
从而引出我们对这两种控制算法的理解和仿真具有重大意义，介绍了这两种控制技术的发展历史和研究进展。
进而提出什么是大林算法，什么是 PID 控制算法、控制算法的基本结构。
通过网上资料找到了大林算法的定义及由来，找到普通 PID 控制算法。
在学习的基础上，自定义了自由导入参数来查看其波形图。
并进行了在同参数的情况下，对大林算法和 PID 控制器算法进行对比。
本次课程设计的控制方法知识规则的推理都大部分借助计算机程序，因此对这种控制器的开发需要有比较专业的计算机语言，在这里用到的 MATLAB 语言以及所属的 Simulink 仿真控件。
我觉得课程设计是一个很好地检测我们的学完一门课程的实践活动，每完成一次课程设计，我都对相应的课程有更加深刻的理解，并且自己的动手能力、实践能力都得到一定的提升。
这次的计算机控制技术课程设计也一样，经过这次的实践，我体会良多！这次的计控课程设计时间不多，老师的面对面指导也不多，因为时间较紧，所以这次的课程设计比以前的课程设计更加具有挑战性。
基于大林算法的电加热炉温度控制系统设计.电加热炉是一种用于加热加工材料、提高材料温度的设备，是冶金、化工、机械等领域常用的加热设备。
电加热炉的温度控制系统的设计是保证加热炉稳定运行的关键。
在本文中，我们将基于大林算法设计电加热炉温度控制系统。
1. 大林算法简介大林算法是一种基于神经网络的优化算法，它通过自适应学习的方式来实现非线性函数优化。
它的基本思想是将问题转化为一组神经网络模型，然后通过自适应学习来不断优化这个模型，直到达到最优解。
大林算法的核心是自适应学习函数。
电加热炉温度控制系统的设计包括硬件和软件两个部分。
硬件主要包括温度传感器、控制器、执行机构等组成，软件主要包括控制算法、数据处理与通信等部分。
在本文中，我们将重点讨论软件部分的设计。
2.1 环境参数检测在温度控制系统中，环境参数的检测非常重要。
环境参数包括加热炉内部温度、加热炉外部环境温度等参数。
我们需要通过传感器来检测这些参数，并将数据传输给控制算法进行处理。
2.2 控制算法选择在温度控制系统中，控制算法的选择是非常重要的，不同的算法有着不同的特点和适用场景。
在这里，我们将采用大林算法。
2.3 大林算法的实现2.3.1 神经网络模型的设计大林算法的核心是神经网络模型，我们需要设计一个适合于电加热炉温度控制的神经网络模型。
神经网络模型的输入主要包括环境参数和控制器采集到的数据。
环境参数包括加热炉内部温度、加热炉外部环境温度等。
控制器采集到的数据包括加热炉内部温度、控制器输出电压等。
神经网络模型的输出为控制器的输出电压。
我们可以根据输入和输出建立一个适合于电加热炉温度控制的神经网络模型。
2.3.2 自适应学习函数设计2.4 控制器设计控制器是电加热炉温度控制系统的中心，它负责接收传感器的信号，处理数据，并输出相应的控制信号。
在本系统中，我们将采用PID控制器来实现温度的控制。
PID控制器中的P表示比例控制，I表示积分控制，D表示微分控制，通过对这三个方面的优化，实现温度的控制。
合肥学院自动化专业计算机控制技术课程设计报告Hefei University基于大林算法的电加热炉温度控制系统设计课程名称计算机控制技术课程设计班级10级自动化1班日期2013/06/202010级自动化专业《计算机控制技术》课程设计任务书任务分工：针对本次设计课题，我们明确了各自的分工，顾胜池主要负责软件程序的编写、连接和调试，黄安福主要负责各个模块硬件的仿真和调试和部分模块程序的编写，柴文峰负责报告的整理。
摘要电加热炉在化工、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。
常规的温度控制方法以设定温度为临界点，超出设定允许范围即进行温度调控：低于设定值就加热，反之就停止或降温。
这种方法实现简单、成本低，但控制效果不理想，控制温度精度不高、容易引起震荡，达到稳定点的时间也长，因此，只能用在精度要求不高的场合。
电加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。
电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。
其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。
当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制效果。
本设计采用大林算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制。
关键词：单片机；A/D、D/A；达林算法；传感器；炉温控制目录一、绪论 (1)1.1系统设计背景 (1)1.2技术综述 (1)二、系统总体设计 (1)2、1系统概述 (1)2、2系统的结构框图 (1)三、硬件设计 (3)3、1微处理器80C51 (3)3、2温度传感器 (3)3、3驱动电路 (5)3、4键盘模块 (5)3、5LED显示模块 (6)四、软件设计 (6)4、1系统软件设计 (6)4、2大林算法的系统设计 (7)4、3程序控制流程图 (8)五、调试运行 (10)六、课程设计总结 (11)参考文献 (13)附录一系统原理图 (14)附录二程序 (14)一、绪论1.1系统设计背景近年来，加热炉温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，冶金﹑机械﹑食品﹑化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉﹑热处理炉﹑反应炉，对工件的处理均需要对温度进行控制。
电气工程与自动化学院课程设计报告(控制基础）题目：基于大林算法的炉温控制系统设计与仿真专业班级：自动化101班学号:26号学生姓名：许瑞新指导老师：杨国亮2012 年 12 月 21 日摘要在许多实际工程中，经常遇到一些纯滞后调节系统，往往滞后时间比较长。
对于这样的系统，人们较为感兴趣的是要求系统没有超调量或很少超调量，超调成为主要的设计指标。
尤其是具有滞后的控制系统，用一般的随动系统设计方法是不行的, 而且 PID 算法效果往往也欠佳.在温度控制技术领域中, 普遍采用控制算PID法。
但是在一些具有纯滞后环节的系统中， PID控制很难兼顾动、静两方面的性能, 而且多参数整定也很难实现最佳控制。
IBM公司的大林于1968年提出一种针对工业生产过程中含有纯滞后的控制对象的控制算法，即大林算法。
它具有良好的效果，采用大林算法的意义在于大林控制算法能在一些具有纯滞后环节的系统中兼顾动静两方面的性能，若采用大林算法, 可做到无或者小超调,无或小稳态误差，控制效果比较理想.对工程实际应用具有很大的意义。
下面就PID设计和大林算法设计比较，发现二者的不同之处，然后用Matlab的GUI功能将两者制作成可简单操作的用户图形界面。
关键词:大林算法；PID控制；GUI界面；Matlab；目录第一章大林算法在炉温控制中的应用 (3)1。
1大林算法简介 (3)1.2大林算法在炉温控制中的设计思路 (3)1。
3大林算法实现炉温控制中的代码算法及波形图 (5)第二章 PID实现炉温控制的仿真 (7)2。
1 PID的原理及介绍 (7)2。
2 PID炉温控制算法程序设计 (8)第三章大林算法和PID实现炉温控制的SIMULINK仿真 (11)3.1 大林算法SIMULINK仿真结构图及波形 (11)3。
2 PID的SIMULINK仿真 (11)3。
3 大林算法和PID的比较 (12)第四章 GUI图形用户界面编程设计 (13)4。
基于大林算法的热压炉炉温PLC控制研究作者：辛海燕来源：《河南科技》2018年第01期摘要：本文以金属基复合材料制备中的热压炉为研究对象，分别采用传统PID控制和大林算法进行仿真研究。
结果表明，大林算法较传统的PID控制可以更稳定地控制热压炉温度，而且大林算法在被控对象模型失配时，仍然可以得到较好的控制效果。
关键词：热压炉；炉温；大林算法；PID；模型失配中图分类号：TK323 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）01-0148-02Research on PLC Control of Furnace Temperature of Hot PressingFurnace Based on Daolin AlgorithmXIN Haiyan（School of Electronics and Computer Engineering， Southeast University Chengxian College，Nanjing Jiangsu 210088）Abstract： In this paper， the hot pressing furnace in the preparation of metal matrix composites was taken as the research object， the traditional PID and Dalin algorithm were used to control the simulation， and the Daolin algorithm control system was test. The results showed that the Daolin algorithm could control the temperature of the hot stamping furnace more strictly than the traditional PID control， and the Dalin algorithm could get the better control effect when the controlled object model was mismatched.Keywords： hot pressing furnace；furnace temperature；Dalin algorithm；PID；model mismatch热压炉是金属基复合材料制备中应用最多的加热设备，用于对材料的分断加热和冷却等。
基于大林算法电加热炉温度控制系统设计引言：随着工业自动化的不断发展，电加热炉在许多工业生产中扮演着重要的角色。
电加热炉温度控制系统的设计与优化对于提高生产效率、产品质量和节能减排具有重要意义。
本文将介绍基于大林算法的电加热炉温度控制系统设计，并探讨其在实际应用中的优势与不足。
一、大林算法概述大林算法是一种智能优化算法，主要用于求解复杂优化问题。
其核心思想是通过模拟大自然中生物种群的进化过程，通过不断迭代求解最优解。
大林算法具有全局搜索能力强、收敛速度快等优点，被广泛应用于温度控制、优化设计等领域。
二、电加热炉温度控制系统设计1. 系统结构电加热炉温度控制系统主要由温度传感器、控制器和执行器组成。
温度传感器用于实时感知炉内温度，控制器根据传感器信号进行温度调节，执行器则负责实际控制电加热炉的加热功率。
2. 大林算法设计原理在电加热炉温度控制系统中，大林算法主要应用于控制器的参数优化。
通过不断迭代求解最优参数，使控制器能够更准确地响应温度变化，并实现温度稳定控制。
3. 系统设计步骤（1）收集数据：首先需要收集电加热炉的温度数据，包括温度变化趋势、运行状态等信息，作为大林算法的输入。
（2）算法参数设置：根据具体应用需求，设置大林算法的参数，包括种群大小、迭代次数等。
（3）初始化种群：随机生成一定数量的控制器参数组成的种群，作为大林算法的初始解。
（4）适应度评估：根据温度控制效果对每个个体进行适应度评估，评估指标可以是温度稳定性、响应时间等。
（5）选择操作：根据适应度评估结果，选择优秀的个体作为下一代种群的父代。
（6）交叉和变异：通过交叉和变异操作，生成新的个体，以增加种群的多样性。
（7）迭代更新：重复进行适应度评估、选择操作、交叉和变异等步骤，直到达到设定的迭代次数。
（8）最优解选择：根据适应度评估结果选择最优解作为控制器的参数，实现温度控制系统的优化设计。
三、优势与不足1. 优势：（1）全局搜索能力强：大林算法具有全局搜索能力，能够找到全局最优解，提高了温度控制系统的控制精度。
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Abstract................................................... 错误!未定义书签。
1 绪论 (1)1.1 论文选题背景与意义 (2)1.2 炉温控制的发展与进步 (3)2退火电阻炉的结构以及系统介绍 (4)2.1退火电阻炉结构介绍 (4)2.2系统建模 (5)3 控制算法 (7)3.1 大林算法 (7)3.2参数确定 (10)3.3大林算法的途径 (10)4硬件核心电路部分 (11)4.1模块的选择与设计 (12)4.1.1输入模块的选择与设计 (12)4.1.2输出模块的设计 (13)4.2系统的抗干扰设计 (14)5 PID算法对比研究 (15)6 控制算法仿真设计 (16)6.1 PID系统仿真 (17)6.2大林算法系统仿真 (20)6.3大林算法与PID算法对比仿真 (21)7扰动状态下的系统性能分析 (22)结论 (24)参考文献 (23)致谢 (24)摘要电阻炉对于冶金化工等工业领域应用十分广泛，对于我国的工业生产以及科学研究意义重大，而温度的控制对于电阻炉而言是其核心的关键技术。
对于电阻炉的温度控制的精度来说，温度过高或者过低以及不稳定都会对产品生产的质量产生严重的影响，并且也并不利于产品生产的效率，工业上电阻炉的系统是一个纯滞后控制环节，其特点是纯滞后、大惯性以及非线性，使用传统控制方法会使而且多参数进行整定也很难达到我们想要的预期效果，而采用大林算法这一直接的数字设计法来进行对电阻炉的温度控制系统进行控制，使整个闭环系统的传递函数相当于一个延迟环节加上一个惯性环节串联以便实现工业上对于温度的精确要求。
关键词：大林算法；电阻炉；自动控制AbstractResistance furnaces are widespread used in industrial spheres such as metallurgical and chemical engineering. They are of great significance for industrial production and scientific research in China, and temperature control is the core technology of resistance furnaces. For the accuracy of temperature control of resistance furnace, too high or too low temperature and instability will have a serious impact on the quality of product production, and also not conducive to the efficiency of product production. For the industrial resistance furnace, the control system is a pure lag control, which is characterized by pure hysteresis, large inertia and nonlinearity. The control method will make the overshoot amount relatively large, the control precision is low, and the adjustment time is long, and it is difficult to guarantee the conditions for processing and production of the product. In the actual production life, people's expectation for the control system is that there is no overshoot or overshoot, especially in the control system with hysteresis. The scheme using the ordinary follower system is definitely not feasible. Use PID. The control method is also not suitable.In the temperature control, the traditional approaches uses the PID method of calculation to dominate, but in the case of the temperature control system of Electric Resistance Furnaces with larger residual Properties, the PID Control has a less trends and static control., and Multi-parameter tuning is also difficult to achieve the desired effect, and the direct digital design method of Dalinalgorithm is used to control the temperature control system of the resistance furnace, so that the transfer function of the whole closed-loop system is equivalent to a delay link. In addition, a series of inertia links are used in order to achieve industrial precise temperature requirements.Keywords:Dalin algorithm; resistance furnace; automatic control1 绪论1.1 论文选题背景与意义本文所论述的使用电阻的加热炉并不是锅炉而是工业炉，锅炉并不属于一般的高温工业炉,锅炉是通过对物料进行处理在能量守恒的条件下对能量进行转换，以便于达到人们使用的要求，比方说锅炉可用于供热供暖装置，煤经过高温变化为热能，而电阻炉是为了达到处理物料或者工作器件从而利用其他的能源来直接加热物料或者工作器件[1]。
合肥学院自动化专业计算机控制技术课程设计报告Hefei University基于大林算法的电加热炉温度控制系统设计课程名称计算机控制技术课程设计班级10级自动化1班日期2013/06/202010级自动化专业《计算机控制技术》课程设计任务书任务分工：针对本次设计课题，我们明确了各自的分工，顾胜池主要负责软件程序的编写、连接和调试，黄安福主要负责各个模块硬件的仿真和调试和部分模块程序的编写，柴文峰负责报告的整理。
摘要电加热炉在化工、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。
常规的温度控制方法以设定温度为临界点，超出设定允许范围即进行温度调控：低于设定值就加热，反之就停止或降温。
这种方法实现简单、成本低，但控制效果不理想，控制温度精度不高、容易引起震荡，达到稳定点的时间也长，因此，只能用在精度要求不高的场合。
电加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。
电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。
其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。
当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制效果。
本设计采用大林算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制。
关键词：单片机；A/D、D/A；达林算法；传感器；炉温控制目录一、绪论 (5)1.1系统设计背景 (5)1.2技术综述 (5)二、系统总体设计 (5)2、1系统概述 (5)2、2系统的结构框图 (5)三、硬件设计 (7)3、1微处理器80C51 (7)3、2温度传感器 (8)3、3驱动电路 (9)3、4键盘模块 (9)3、5LED显示模块 (10)四、软件设计 (11)4、1系统软件设计 (11)4、2大林算法的系统设计 (11)4、3程序控制流程图 (13)五、调试运行 (14)六、课程设计总结 (15)参考文献 (17)附录一系统原理图 (18)附录二程序 (18)一、绪论1.1系统设计背景近年来，加热炉温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，冶金﹑机械﹑食品﹑化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉﹑热处理炉﹑反应炉，对工件的处理均需要对温度进行控制。
基于大林算法的炉温控制系统Prepared on 24 November 2020计算机控制技术课程设计2015/2016学年第二学期设计课题：基于大林算法的炉温控制系统目录1 课题简介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。
课题任务设计以89C51单片机和AD 、DA 驱动电路、控制电路、滤波电路、被控对象电路等电路、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DAC0832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。
4.仿真设计：用Matlab 仿真闭环控制系统。
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. 选择被控对象：G (),3.341sc e s T s τ-==+ 4. 对象的纯延迟环节seτ-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 既要是采样中断间隔的整数倍，又满足(0.2~1)T τ=。
6. 闭环系统时间常数T τ按倍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大林算法总体介绍图2-1 大林算法设计的闭环控制系统方框图在控制系统设计中，纯滞后往往是影响系统动态特性的不利因素，这种系统如果控制器设计不当，常常会引起系统产生大的超调或振荡。
对这类系统的控制要求，快速性是次要的，而主要要求系统没有超调或很少的超调。
大林（Dahlin ）算法就是一种专门针对工业生产过程中含有纯滞后控制对象的直接数字设计算法。
振铃现象及其消除所谓振铃（Ringing ）现象，是指数字控制器的输出u(k)以2T 大幅度上下摆动。
振铃现象会引起采样点间系统输出纹波，增加执行机构的磨损，影响多参数系统稳定性。
振铃现象与被控对象的特性、闭环时间常数、采样时间、纯滞后时间的大小等有关。
2.2.1振铃现象产生的根源由于()()()()()Y z R z z U z G z φ==，()()()u z z G z φφ=，得()()()u U z z R z φ=，则对单位阶跃输入11()1R z z-=-，它有极点z =1，如果()u z φ的极点在负实轴上，且与z = -1接近，则上述两个极点造成的输出瞬态项在不同的时刻可能叠加也可能抵消，导致输出出现波动。
2.2.2振铃现象的消除找出D(z)中引起振铃的因子（z = -1附近的极点），令其中的z = 1。
取消了这个极点，可以消除振铃。
系统稳态值不变，但瞬态特性会变化，数字控制器的动态性能也会有影响。
根据终值定理，t →∞时，对应1z →，因此这样处理不影响输出的稳态值。
注意：大林算法由于修改了控制器的结构，使系统闭环传函φ(z) 也发生了变化，一般应检查其在改变后是否稳定。
大林算法只适合于稳定的对象。
如果广义对象的Z传函G(z)中出现了单位圆外的零点，它将引起不稳定的控制，在这种情况下，相应于控制器中的这一不稳定极点，可采用前面消除振铃极点相同的办法来处理。
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。
系统的结构框图电加热炉控制系统的硬件结构框图如图：图2-2 系统的总体结构框图3 大林算法控制系统硬件电路设计3.1 A/D采样电路图3-1 A/D采样硬件电路图D/A输出电路图3-2 D/A输出电路驱动电路设计图3-3 驱动电路电路图给定对象硬件电路设计图3-4 给定对象硬件电路图总硬件图图3-5 总硬件图4 大林算法控制系统算法设计控制算法的原理设计数字控制器使系统的闭环传函为具有纯滞后的一阶惯性环节，且其滞后时间等于被控对象的滞后时间。
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。
控制器的设计过程首先被控对象的传递函数：(),3.341sC e G s T s τ-==+ (4-1) 其中1T s =，2T s τ=。
经计算： 210.2587z ()10.7413G z z --=- (4-2)210.3935() 10.6065z z z --Φ=- (4-3)1111.5211(10.7413)()(1)(10.3935)z D z z z ----=-+ (4-4)2345()0.39350.63220.77690.8647Y z z z z z ----=-+++(4-5) 1234() 1.5228 1.3175 1.193 1.1176 1.0718U z z z z z ----=+++++(4-6)计算机实现的计算机公式推导() 1.5228() 1.1289(1)()0.8735(1)0.5711(2)0.4446(3)U k u k u k e k e k e k e k =--+----+- (4-7)程序中00.087,10.6544,20.1054kk kk kk ==-=，10.1353,20.8647,30pp pp pp ===。
采样周期的选择在本实验中，定时中断间隔选取50ms ，由被控对象的表达式可知，N=1，1T 1s s ττ=T ==，，取。
5 大林算法控制系统仿真图5—1 程序设计流程图仿真代码 r=500; T=10;sys=tf(12,[400 1],'inputdelay',60)sys=c2d(sys,T,'zoh');[num,den]=tfdata(sys,'v'); Tf=input('仿真时间Tf='); Tm=input('采样周期Tm=');a0=1/12;a1=exp(-Tm/400)/12; b1=exp(-Tm/400); b2=1-exp(-Tm/400);u1=0;u2=0;u3=0;u4=0;u5=0;u6=0;u7=0;e1=0;y=0;y1=0;t=0; for i=1:Tf/Tm e=r-y(end);u=a0*e-a1*e1+b1*u1+b2*u7; for j=1:Tm/Ty=[y,-den(2)*y1+num(1)*u6+num(2)*u7]; t=[t,t(end)+T]; endu7=u6;u6=u5;u5=u4;u4=u3;u3=u2;u2=u1;u1=u;y1=y(end); e1=e; endplot(t,y)波形图及性能分析图5-2 大林算法实现炉温控制波形图基于大林算法的炉温控制系统仿真时，可以调节温控炉时间常数T 使闭环系统的指标达到最佳。
当T 很小时，响应很快但稳定性不好系统会产生震荡；当T 增大，系统的响应变慢，但稳定性很好。
而且由波形图可见大林控制算法下系统几乎无超调，精度设计时候是300℃，最终通过仿真也是，因此精度是1。
误差计算为：设系统在输入信号的作用下时，21()R s s =，所以系统的误差为01()()()0.471()lim lim lim r sr sr t s s e e t sE s sR s G s →∞→→====+ (5-2)大林算法SIMULINK 仿真结构图及波形 当炉温为300℃时，图5—3 大林算法实现炉温300℃控制的SIMULINK仿真结构图图5—4 大林算法实现炉温300℃控制的SIMULINK仿真波形图当炉温为500℃时，图5—5 大林算法实现炉温500℃控制的SIMULINK仿真结构图图5—6 大林算法实现炉温500℃控制的SIMULINK仿真波形图当炉温为200℃时，图5—7 大林算法实现炉温200℃控制的SIMULINK仿真结构图图5—8 大林算法实现炉温200℃控制的SIMULINK仿真结构图6 小结与体会在这个维持近两周的计算机课设的过程中，我们是两个同学为一个小组进行这次课设任务，我主要任务是负责仿真部分，而另外一位同学负责的是其他部分。
因为一开始老师给的课题种类较丰富，比如有从对象上分类就有温度、电机等等其他种类，然后从算法上又可以分为大林算法，PID算法，最少拍算法等等，所以在和同学一起查阅相关资料，再结合我们平时所学习的并且已经掌握的书本知识的前提下，我们选择了基于大林算法的炉温控制系统这一课设主题。
通过已经学习的知识，如数电，自动控制原理，计算机控制等科目，加上自己在网上查找资料、参考论文，和自己在图书馆找书自学Matlab软件才完成了这次的课程的仿真设计。
在设计的过程中，也不是从头到尾就一帆风顺，没有困难。
在自学仿真软件的过程中，我遇到如下问题：1.安装软件过程中，通过软件自带的说明，才成功安装。
在熟悉软件的过程中，通过网上查阅资料，逐步了解软件运行过程和问题处理方案。
2.第一周末画波形图，在波形图的绘制过程中，需要自己编程序，我在网上找到了一些程序，在仔细甄别以后，开始尝试画图，但由于程序依旧出现问题，我就自己尝试修改，一次又一次的尝试以后，功夫不负有心人，终于出现结果。
3.第二周伊始，开始学习用大林算法实现炉温控制的SIMULINK仿真，一开始找元件时不熟练，不了解元件所在库，在参考文献中找到类似的控制回路。
按照书上的图连，终于出现正确图像。
在进行大林算法的设计过程相对容易些，因为基本上是一些计算为主，只要理论知识掌握的较扎实，结合那些大林算法的基础公式，问题就可以解决一大半了，再加上计算的时候仔细一点，不要出现计算上的错误这种常识性的问题，那这一块问题也得到了解决。
这些问题让我更加深刻的体会到，仅仅靠学习书上的知识是远远不够的，解决实际的问题，是需要真正理解知识，联系相关学科。
