下载文档原格式
实用文档科技学院课程设计报告( 2021 -- 2021年度第 2 学期)名称：计算机控制系统A题目：院系：动力工程系班级：自动化11K×班学号：学生姓名：指导教师：设计周数：1周成绩：日期：2021 年7 月11 日基于Smith-PID电阻炉温度控制系统一、课程设计(综合实验)的目的与要求设计目的用SMITH-PID控制器控制电阻炉。
防止因为延时过大造成的控制误差过大设计要求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Smith-PID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方案设计本系统是一个典型的温度闭环控制系统，需要完成的功能是温度设定、检测与显示以及温度控制、报警等。
温度的设定和显示功能可以通过键盘和显示电路局部完成；温度检测可以通过热电阻、热电偶或集成温度传感器等器件完成；温度超限报警可以利用蜂鸣器等实现；温度控制可以采用可控硅电路实现。
系统采用89C51作为系统的微处理器来完成对炉温的控制和键盘显示功能。
8051片内除了128KB的RAM外，片内又集成了4KB的ROM作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。
系统程序较多时，只需要外扩一个容量较小的程序存储器，占用的I/O口减少，同时也为键盘、显示等功能的设计提供了硬件资源，简化了设计，降低了本钱。
因此89C51可以完成设计要求。
系统建模和数字控制器的设计PID调节是连续系统中技术最成熟的、应用最广泛的一种控制算方法。
它结构灵活，不仅可以用常规的PID调节，而且可以根据系统的要求，采用各种PID的变型，如PI、PD控制及改良的PID控制等。
它具有许多特点，如不需要求出数学模型、控制效果好等，特别是在微机控制系统中，对于时间常数比拟大的被控制对象来说，数字PID完全可以代替模拟PID调节器，应用更加灵活，使用性更强。
基于PID的炉温控制系统摘要:在科学实验中,温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一。
为了保证科学实验正常安全的进行，提高实验的精确性，介绍了用AT89S51单片机为主要元件组成的控制系统，并给出了部分硬件图、控制算法和软件流程图。
关键词：PID；炉温控制1引言电阻炉是一种利用电流通过电热元件产生的热量加热工件的热处理设备具有结构简单操作简便价格低廉等特点广泛用于工业中，而温度是工业对象中主要的被控参数之一。
在冶金、化工、机械、火工、食品等各类工业中,广泛使用各种加热炉、烘箱、恒温箱等,它们均需对温度进行精确的控制。
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。
本文以加热炉为具体对象介绍温度控制系统的设计方法。
该系统是以AT89S51为核心建立起来的一个温度测量控制系统，加热炉的被控温度为0~500℃，精度：±0.5°C，显示分辨率0.2°C。
通过单片机显示温度值。
显示：000.0。
本文介绍炉温控制系统的设计。
图1 温控系统组成1 硬件系统本系统的硬件电路包括：过零触发电路、温度检测电路、双向可控硅触发电路。
电炉一般采用电阻丝作为加热元件，系统中温度传感器采用PT100。
炉体的加热通过加热电热丝的方法来实现。
工频220V电压被电阻分压后，经过运放输出得到幅值为10V的正弦电压，此电压的频率与工频电压频率相同，为50HZ。
经过芯片MC14528，正弦波整形为脉宽为2~3ms、周期为10ms的方波。
方波信号触发双向晶闸管导通，从而实现加热丝加热回路的导通，使加热丝正常工作加热炉体，电路如图2。
由图2可以看到LM311电压比较器将50HZ的正弦交流电压变成方波，得到的电压为10V。
方波的正跳沿和负跳沿作为单稳态触发器的输入信号，从单稳态触发器输出220v过零同步脉冲。
MC14528在Q1、Q2脚输出同步脉冲，脉冲的宽度为2~3ms ，Q1、Q2输出脉冲通过或门后，输出的方波信号变成可以触发双向可控硅的窄脉冲信号。
基于PID 电加热炉温度控制系统设计摘要 电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。
对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。
单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。
采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。
一、 绪论在本控制对象电阻加热炉功率为8可W ，由220V 交流电供电，采用双向可控硅进行控制。
本设计针对一个温度区进行温度控制，要求控制温度范围50~350C ，保温阶段温度控制精度为正负1度。
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。
其对象问温控数学模型为：1)(+=-s T e K s G d s d τ 其中：时间常数Td=350秒，放大系数Kd=50，滞后时间τ=10秒，控制算法选用改PID 控制图1.1系统总体结构图二、控制系统的建模和数字控制器设计图2 PID 算法流程图数字PID 控制算法PID 控制器是通过计算机PID 控制算法程序实现的。
计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。
进入计算机的连续-时间信号,必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存贮器和寄存器，而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。
图2.1位置PID 控制算法简化示意图在数字计算机中，PID 控制规律的实现，也必须用数值逼近的方法。
当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差商代替微商，使PID 算法离散化，将描述连续时间PID 算法的微分方程，变为描述离散-时间PID 算法的差分方程。
∑⎰==k j i s j e T T d e T 0t 0)()(1ττ用矩形积分时，有)]1()([)(--=k e k e T T dt t de T S D d （1） 用差分代替微分00))]1()([)(()([)(u k e k e T T j e T T k e K k u S D k j i sp +--+++=∑= （2）由上式得01)]1()([)()()(u u k e k e K k e K k e K k D k j p +--++=∑= (3)式中 u 0——控制量的基值，即k=0时的控制；u(k)——第k 个采样时刻的控制；K P ——比例放大系数；K I ——积分放大系数；I S P I T T K K = S DP D T T K K = K D ——微分放大系数；T S ——采样周期。
基于模糊-PID的电阻炉温度控制系统的研究的开题
报告
一、研究背景和意义
电阻炉在工业生产过程中广泛用于熔炼、加热和烘干等工艺，温度
控制是保证电阻炉正常运行和产品质量稳定的重要因素之一。
传统的PID 控制器常常难以满足电阻炉温度控制的要求，尤其是在控制精度、响应
速度和稳定性等方面存在一定的局限性。
模糊控制是一种基于模糊数学理论的先进控制方法，它可以用于处
理具有模糊性的系统，对于电阻炉的温度控制具有很好的应用前景。
本
研究旨在利用模糊控制的思想，设计一种基于模糊-PID的电阻炉温度控
制系统，提高系统的控制精度和响应速度，使其具有更好的稳定性和自
适应性。
二、研究内容和方法
1. 建立电阻炉温度控制数学模型，分析系统的动态特性和控制要求；
2. 设计基于模糊控制的温度控制系统，包括模糊控制器和PID控制
器的结合；
3. 分析模糊控制参数的选择和调试方法，提高控制系统的稳定性和
自适应性；
4. 搭建电阻炉温度控制系统的实验平台，进行控制算法的实验验证
和性能评估；
5. 最终实现一个基于模糊-PID的电阻炉温度控制系统原型，并对其进行实际应用测试。
三、预期成果和意义
1. 设计一种基于模糊-PID的电阻炉温度控制系统，提高系统的控制精度和响应速度，使其具有更好的稳定性和自适应性；
2. 针对电阻炉温度控制这一特殊需求，探索并验证了一种新的控制思路和方法，为电阻炉温度控制技术的进一步研究和发展提供了新的思路和参考；
3. 实现了一个基于模糊-PID的电阻炉温度控制系统原型，为实际生产过程中的应用提供了可靠的技术支持和实用化解决方案。
基于模糊PID算法的电阻炉温度控制系统设计来自：网络引言电加热炉是典型工业过程控制对象，其温度控制具有升温单向性，大惯性，纯滞后，时变性等特点，很难用数学方法建立精确的模型和确定参数。
而PID控制因其成熟，容易实现，并具有可消除稳态误差的优点，在大多数情况下可以满足系统性能要求，但其性能取决于参数的整定情况。
且快速性和超调量之间存在矛盾，使其不一定满足快速升温、超调小的技术要求。
模糊控制在快速性和保持较小的超调量方面有着自身的优势，但其理论并不完善，算法复杂，控制过程会存在稳态误差。
将模糊控制算法引入传统的加热炉控制系统构成智能模糊控制系统，利用模糊控制规则自适应在线修改PID参数，构成模糊自整定：PID控制系统，借此提高其控制效果。
基于PID控制算法，以ADuC845单片机为主体，构成一个能处理较复杂数据和控制功能的智能控制器，使其既可作为独立的单片机控制系统，又可与微机配合构成两级控制系统。
该控制器控制精度高，具有较高的灵活性和可靠性。
2温度控制系统硬件设计该系统设计的硬件设计主要由单片机主控、前向通道、后向通道、人机接口和接口扩展等模块组成，如图l所示。
由图1可见，以内含C52兼容单片机的ADuC845为控制核心．配有640KB的非易失RAM数据存储器、外扩键盘输人、320x240点阵的图形液晶显示器进行汉字、图形、曲线和数据显示，超温报警装置等外围电路；预留微型打印机接口，可以现场打印输出结果；预留RS232接口，能和PC机联机，将现场检测的数据传输至PC机来进一步处理、显示、打印和存档。
电阻炉的温度先由热电偶温度传感器检测并转换成微弱的电压信号，温度变送器将此弱信号进行非线性校正及电压放大后，由单片机内部A／D转换器将其转换成数字量。
此数字量经数字滤波、误差校正、标度变换、线性拟合、查表等处理后。
一方面将炉窑温度经人机面板上的LCD显示：另一方面将该温度值与被控制值(由键盘输入的设定温度值)比较，根据其偏差值的大小，提供给控制算法进行运算，最后输出移相控制脉冲，放大后触发可控硅导通(即控制电阻炉平均功率)。
【关键字】设计基于数字PID的电阻热炉温控制系统设计摘要随着电子技术的飞速发展，单片机在国民经济生产各行业发挥了重要的作用。
它因为集成度高、体积小、运行可靠、应用灵活、价格低、面向控制等特点得到了广大工程技术人员和客户的好评。
在温度控制方面，单片机能够代替常规的模拟调节器。
本文主要设计了单片机炉温控制系统硬件电路和软件程序。
系统具工作可靠、实时性强等特点，满足控制精度的要求。
本着在满足系统性能要求的前提下，尽可能的减少硬件成本。
本文主要涉及到控制系统的硬件设计和单片机的控制软件编程。
本系统选用AD590对炉温进行检测，并且选用OP07低漂移高精度前置放大器，对信号进行放大。
在PCF8951完成数模转换之后，8051单片机对数据进行处理。
采用分段方法控制三台电阻炉温度。
人机接口电路部分能实现温度设定、温度显示、超温报警等功能。
本设计对温度的调节时间不做说明。
本文重点介绍硬件的选取与接口电路的设计、模拟量输入通道和开关量输出通道的设计以及相应算法的软件程序编程。
关键词：单片机炉温控制接口电路目录6.3.3 多路模拟开关的选择 ·························································错误!未定义书签。
武昌理工学院信息工程学院毕业设计任务书题目：基于PID算法的电阻炉温度控制系统设计学院：信息工程学院专业：自动化学号：学生姓名：指导教师：二○一三年九月十五日信息工程学院“自动化”专业《毕业设计任务书》课题名：基于PID算法的电阻炉温度控制系统设计面向方向：单片机应用自动控制理论指导教师：联系电话：E-mail：公共邮箱：登录密码：QQ：设计时间： 12 周学生班级：学生名单：一、任务和目标1.设计内容（1）背景现状的调查研究（2）系统方案确定，工作原理概述（3）系统硬件组成与原理包括系统的硬件选型，各电路模块设计，包括：CPU模块、温度测量模块、模数转换模块、人机模块（包括键盘和显示，可根据实际需要灵活设计。
）（4）系统软件设计算法设计,程序设计流程图，主要程序部分。
2.基本要求：温度控制系统的主要技术指标有：温控范围：300℃～1000℃；恒温时间：０～24小时；控制精度：±１℃；超调量<1%。
二、课题目的与意义电阻炉在化工、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。
三、课题选题原则1．本课题是从实际操作中提出的应用型题目。
在内容的深度和广度上都符合教学要求。
2．本课题主要面向开发应用型人才。
四、毕业设计内容及进度安排2．开发环境C51五、毕业设计的一般步骤和方法1．需求分析（1）熟悉课题设计任务下达后，学生应了解课题名称、课题来源、课题范围、提供的原始数据和要求达到的技术指标。
学生不仅要了解自己设计部分的内容，对课题的整体也要充分地了解。
（2）收集资料围绕课题，收集有关资料，调查有关文献及技术参数，收集有关数据，并对这些资料和数据进行归纳分析。
基于自适应遗传算法Smith非线性PID的加热炉温度控制作者：张伟李绍铭闫成忍来源：《荆楚理工学院学报》2019年第05期摘要：由于工业加热炉的温度控制有很多不确定因素，导致系统呈现非线性并且加热炉温度控制有大滞后的缺点，很难做到对温度的精确控制。
本文引入自适应遗传算法和Smith预估控制策略对加热炉的温度控制器进行改进，使得系统的调节时间缩短、滞后被抑制以及稳定性增强。
实验结果表明：该方法能够有效地改进控制系统的超调、纯滞后的缺点;明显改善控制系统的动态性能和抗干扰能力，从而达到更好的控制效果。
关键词：温度控制;自适应;Smith控制器;抗干扰中图分类号：TP273文献标志码：A文章编号：1008-4657（2019）05-0013-050引言轧钢加热炉控制器的作用是轧制过程为钢坯提供所需的温度，并控制加热炉内温度的恒定。
加热炉温度控制的好坏是衡量控制系统特性的重要依据之一[1]。
然而，实际工业生产过程中由于加热炉体积过大，内部温度存在分布不均匀，检测系统不能跟踪实时温度变化，导致无法建立精确的数学模型和有效的可控模型，并且工业生产中普遍采用的是PID控制算法，由于控制器的参数调整很麻烦，因而无法达到精确控制加热炉内温度[2]。
针对加热炉温度控制的缺点。
本文在传统工业PID控制算法的基础上，提出采用自适应遗传算法、Smith预估控制和非线性PID控制相结合的方法[3]，充分利用各种算法的控制优点对增益参数的全局寻优和对滞后的预估补偿。
1非线性PID控制器模型传统的PID控制器数学模型[4]非线性PID调节器中增益参数和反馈的控制误差之间存在有函数关系。
可以用函数关系式进行描述并在控制器的各个部分中发挥作用。
所以控制能力比常规PID效果好。
2控制器设计2.1自适应遗传算法整定上式（3）～（5）中共有9个增益参数，这为参数调节带来很大难度，针对这个问题，本文引入自适应遗传算法，该算法具有多目标寻优、搜索高效等优点[7]，使用全局寻优的办法来确定各增益参数的值。
课程设计任务书摘要 (3)第1章课程设计方案 (1)1.1 概述 (1)1.2 系统组成总体结构 (1)第2章硬件设计 (2)2.1器件选择 (2)2.2 控制器 (2)2.3电源部分 (2)2.4输入输出通道设计 (3)2.4.1温度输入电路 (3)2.4.2信号输出电路 (3)第3章软件设计 (5)3.1系统流程图 (5)3.2 PID算法流程图 (6)3.3程序流程图 (7)第4章常规PID控制器设计 (8)4.1 PID概述 (8)4.2数字PID控制器 (8)4.3 PID调节器参数对系统性能的影响 (9)第5章温度控制系统的smith预估控制器设计 (11)5.1史密斯（smith）预估控制 (11)5.2史密斯控制器方案设计 (13)第6章Smith预估补偿控制的Matlab仿真与实验 (16)6.1 Matlab仿真软件的介绍 (16)6.2采用Matlab系统仿真 (16)第7章锅炉夹套水温pid控制系统 (17)7.1 课程设计目的 (17)7.2 被控对象 (17)7.3 检测仪表 (18)7.3 执行机构 (18)7.4 控制原理框图 (19)7.5 实验内容与步骤 (20)第8章组态软件界面、逻辑、代码 (23)8.1 MCGS组态软件 (23)8.2 组态软件设计 (25)第9章数据采集硬件系统构件、连线 (26)9.1数据采集硬件系统构件 (26)9.2硬件系统连线 (26)第10章实验结果曲线及分析 (27)总结 (29)参考文献 (30)现代工业生产过程中，不少工业对象存在着纯滞后时间。
这种纯滞后时间或者是由于物料或能量传输过程中所引起的。
或者是由于对象中多容积所引起的，或者是高阶对象低阶近似后所形成的等效滞后。
在纯滞后过程中，由于过程控制通道中存在纯滞后，使得被控量不能及时反映系统所承受的扰动。
因此这样的过程必然会产生较明显的超调量和需要较长的调节时间，被公认为是较难控制的过程，其难控制程度将随着纯滞后工占整个过程动态时间参数的比例增加而增加。
课程设计任务书摘要 (3)第1章课程设计方案 (1)1.1 概述 (1)1.2 系统组成总体结构 (1)第2章硬件设计 (2)2.1器件选择 (2)2.2 控制器 (2)2.3电源部分 (2)2.4输入输出通道设计 (3)2.4.1温度输入电路 (3)2.4.2信号输出电路 (3)第3章软件设计 (5)3.1系统流程图 (5)3.2 PID算法流程图 (6)3.3程序流程图 (7)第4章常规PID控制器设计 (8)4.1 PID概述 (8)4.2数字PID控制器 (8)4.3 PID调节器参数对系统性能的影响 (9)第5章温度控制系统的smith预估控制器设计 (11)5.1史密斯（smith）预估控制 (11)5.2史密斯控制器方案设计 (13)第6章Smith预估补偿控制的Matlab仿真与实验 (16)6.1 Matlab仿真软件的介绍 (16)6.2采用Matlab系统仿真 (16)第7章锅炉夹套水温pid控制系统 (17)7.1 课程设计目的 (17)7.2 被控对象 (17)7.3 检测仪表 (18)7.3 执行机构 (18)7.4 控制原理框图 (19)7.5 实验内容与步骤 (20)第8章组态软件界面、逻辑、代码 (23)8.1 MCGS组态软件 (23)8.2 组态软件设计 (25)第9章数据采集硬件系统构件、连线 (26)9.1数据采集硬件系统构件 (26)9.2硬件系统连线 (26)第10章实验结果曲线及分析 (27)总结 (29)参考文献 (30)现代工业生产过程中，不少工业对象存在着纯滞后时间。
这种纯滞后时间或者是由于物料或能量传输过程中所引起的。
或者是由于对象中多容积所引起的，或者是高阶对象低阶近似后所形成的等效滞后。
在纯滞后过程中，由于过程控制通道中存在纯滞后，使得被控量不能及时反映系统所承受的扰动。
因此这样的过程必然会产生较明显的超调量和需要较长的调节时间，被公认为是较难控制的过程，其难控制程度将随着纯滞后工占整个过程动态时间参数的比例增加而增加。
一般认为纯滞后时间τ占对象的时间常数T之比大于0.3，则称该过程为大滞后过程。
此外，大滞后会降低整个控制系统的稳定性。
从自动控制理论可知，对象纯滞后的存在对系统稳定性极为不利。
特别是当τ/T≥0.5时（τ为纯滞后时间，T为对象的时间常数），若采用常规PID 控制，很难获得良好的控制质量。
对于纯滞后，普通的PID反馈控制系统并不能取得很好的效果，这是因为其控制效果无法通过反馈回路及时反馈，因而使得控制问题复杂化了。
在归一化纯滞后时间较大的情况下要保持系统稳K，然而这样作将会导致系统调节周期T变大，定性的唯一方法是缩小增益P系统响应变慢，从而降低了系统的调节性能。
大惯量物体的一个明显特征是惯性滞后。
通常在研究数控设备时，忽略其时滞效应。
然而，精密定位控制的大惯量物体，其时滞效应是不容忽视的本文采用预估补偿方案，得出适合于数字伺服的控制算法，并与PID算法加以比较。
计算机仿真结果表明，对大惯量带有时滞的系统，Smith预估补偿控制方案能得到优良的控制品质，是一种理想的控制方案。
Smith预估控制的提出就较好地解决了这个问题，它通过在回路中加入Smith预估器，从而可以在环路中使用较大的增益而不使系统出现不稳定。
随着质量分析仪表在线控制的推广应用，克服纯滞后已经成为提高过程控制自动化水平，改进控制质量的一个迫切需要解决的问题。
Smith预估控制已经成为克服纯滞后的主要方法之一。
第1章课程设计方案1.1概述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。
本设计采用史密斯—PID算法进行温度控制来实现温度的较为精确的控制。
在用PID算法进行控制时，需要对参数进行整定，从史密斯算法表达式可知，参数的确定十分重要，其大小反映了表达式中差值与输出值的不同权重之分及制约关系。
1.2系统组成总体结构电加热炉温度控制系统原理图如图1.1，主要由温度检测电路、A/D转换电路、驱动执行电路、显示电路及按键电路等组成。
系统采用可控硅交流调压器，输出不同的电压控制电阻炉温度的大小，温度通过热电偶检测，再经过变送器变成0 - 5 V 的电压信号送入A/D 转换器使之变成数字量，此数字量通过接口送到微机，这是模拟量输入通道。
图1.1 电加热炉温度控制系统硬件结构框图第2章硬件设计2.1器件选择系统采用89C51作为系统的微处理器来完成对炉温的控制和键盘、显示功能。
8051片内除了128KB的RAM外，片内又集成了4KB的ROM作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。
系统程序较多时，只需要外扩一个容量较小的程序存储器，占用的I/O口减少，同时也为键盘、显示等功能的设计提供了硬件资源，简化了设计，降低了成本。
因此89C51可以完成设计要求。
2.2 控制器单片机控制系统原理图如下图所示。
微处理器采用51系列单片机AT89C51。
单片机系统的硬件结构简单，调试方便。
单片机系统主要I/O口的分配如下：89C51的P1口为温度信号的输入口，P0口为温度显示信号数据输出，P2口的P2.0端到P2.3端为显示信号的扫描，P2.4端口为执行信号输出口。
图2.1 控制器电路图2.3电源部分本系统所需电源有220V交流市电、直流5V电压和低压交流电，故需要变压器、整流装置和稳压芯片等组成电源电路。
电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。
由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。
但这样的电压还随电网电压波动（一般有+-10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。
因而在整流、滤波电路之后，还需要接稳压电路。
稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。
整流装置采用二极管桥式整流，稳压芯片采用7805，配合电容将电压稳定在5V，供控制电路、测量电路和动执行电路中弱电部分使用。
除此之外，220V 交流市电还是加热电阻两端的电压，通过控制双向可控硅的导通与截止来控制加热电阻的功率。
低压交流电即变压器二次侧的电压，通过过零检测电路检测交流电的过零点，送入单片机后，控制每个采样周期内双向可控硅导通正弦波个数的方法来调节加温功率。
2.4输入输出通道设计2.4.1温度输入电路温度信号输入通道的原理图如图2-2所示。
电路主要由温度传感器、运算放大器和模/数(A/D)转换器三部分组成。
本方案比采用温度变送器的方案结构简单，体积小，价格低图2-2 输入通道原理图2.4.2信号输出电路为了简化输出通道的硬件结构，考虑到加热系统具有较大的热惯性，即一阶惯性纯滞后特性动态特性，本系统采用脉冲宽度调制(PWM)的控制方法。
单片机输出控温信号：输出高电平时，使双向可控硅导通，电热丝通电；输出低电平时，双向可控硅截止，电热丝断电。
脉冲宽度错误！未找到引用源。
与周期T的比值为P，它反映了系统的输出控制量。
执行信号输出通道的原理图如下，单片机系统AT89C51的P2.5口输出信号经过光电耦合器，直接控制双向可控硅的门极，从而控制电热丝的平均加热功率。
这样使输出通道省去了数/模（D/A）转换器和可控硅一项触发电路，大大简化了硬件；而且可控硅工作在过零触发状态，提高了设备的功率因数，减轻了对电网的干扰。
AT89C51的I/O脚的负载能力不足以驱动光电耦合器的发光二极管，所以用1413的一路作为功放。
光电耦合器的光敏二极管所能通过的电流足以触发5A的双向可控硅，其间不必加功放环节，其中对可控硅可用负极性触发图2.3输出通道原理图第3章软件设计3.1系统流程图本系统的主程序流程图如图3.1所示:图3.1 电加热炉温度控制系统主程序流程图系统采用可控硅交流调压器，输出不同的电压控制电热炉温度的大小，温度通过热电偶检测，再经过变送器变成0 - 5 V 的电压信号送入A/D 转换器使之变成数字量，此数字量通过接口送到微机，这是模拟量输入通道。
在微机内部，主机将采样值与给定值比较后进行控制算法计算，再经D/A 转换器变成模拟量，然后经放大器放大后输入调压器，调节电压的大小，以达到控制温度的目的。
3.2 PID算法流程图图3.2 PID算法流程图3.3程序流程图系统程序流程图如图3.3：图3.3 程序流程图第4章 常规PID 控制器设计4.1 PID 概述目前主要的控制方法有比例积分控制、模糊控制、神经网络控制、自适应控制等。
已经应用在温控领域的有PID 控制、模糊控制、自适应控制以及PID 控制与模糊控制和自适应控制相结合的一些方法，如Fuzzy-PID 控制、Adaptive-PID 控制、模糊自适应PID 控制等。
图4－1基本PID 控制系统原理图PID 控温方法是基于经典控制理论中的调节器控制原理， 基本PID 控制系统原理如图3-1所示。
PID 控制是最早展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点被广泛应用工业过程控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统其中数字PID 调节器的参数可以在现场实现在线整定，因此具有较大的灵活性，可以得到较好的控制效果。
采用这种方法实现的温度控制器，其控制品质的好坏主要取决于三个PID 参数（即比例值、积分值、微分值）。
只要PID 参数选取的正确，对于一个确定的受控系统来说，其控制精度是比较令人满意的。
4.2数字PID 控制器在计算机控制系统中，PID 控制规律的实现是采用数值逼近的方法。
差分方程：()()kti e t dt Te i =≈∑⎰ （4-1）()()(1)de t e k e k dt T--≈（4-2） 式中：T 为采样周期 k 为采样序号所以由（1—4）式可知()(1)()[()()kP Di ITe k e k u k K e k e i T T T=--=++∑] （4-3）同理1(1)(2)(1)[(1)()]k P Di ITe k e k u k K e k e i T T T-=----=-++∑ （4-4）将（3—3）式成（3—4）式相减，可得PID 控制算式012()()(1)[()(1)]()[()2(1)(2)]()()(2)(1)(2)2(1)()(1)(1)(2)()(1)(2)P I D P I D p D D DD D P P P I u k u k u k K e k e k K e k K e k e k e k K K K e k K K e k K e k T T T T K e k K e k K e k T T T TA e k A e k A e k =--=--++--+-=+++---+-=++-+-+-=+-+-其中0A =(1)D P I T T K T T ++，1A =2(1)D P T K T-+，2A =D P TK T （4-5） PID 控制算法有许多优点：（1）由于计算机每次只输出控制增量（即对应执行结构位置的变化量），故机器无原发生故障时影响范围小，从而不会严重影响生产过程。
