基于大林算法的电阻炉温度控制系统设计(DOC)

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。

电阻炉的温度控制系统设计摘要电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展。

电阻加热炉是典型的工业过程控制对象。

其温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性等特点，且其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。

温度是工业对象中主要的被控参数之一。

尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。

由于炉子的种类不同，所采用的加热方法与燃料也不一样，如煤气、天然气等。

但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本一样，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。

但对于电阻加热炉来说，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模型和确定参数。

而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID 的控制方案很难达到理想的控制效果。

为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以与减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化，等等。

因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。

在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片与控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。

关键词：恒温；热处理；控温系统Design for Temperature Control System of Resistance FurnaceAbstractThe resistance furnace in metallurgical industry is widely application, its temperature parameters in the production process of automatic control system with single-chip microcomputer control technology in the field of industrial silicon, the popularization and application in high precision, high stability, high intelligent direction. Resistance furnace is typical of industrial process control object. The temperature control with temperature mono-direction and large inertia, the lag and time-varying characteristics, such as temperature, heat preservation and heat resistance wire depend on environment, cooling is natural cooling.Temperature is the main objects of accused of parameters. Especially in metallurgy, chemical, machinery, widely used in various industries of heating furnace, heat treatment furnace, reactors. Because of the different kinds of heating method is adopted, and the fuel is not identical also, such as coal gas, natural gas etc. But control system dynamic characteristics of itself, all belong to a first-order lagging pure, in the same basic control algorithm, PID control or other pure lag compensation algorithm. But for resistance furnace, when the temperature once overshoot cannot use control means that the cooling, so it is difficult to use mathematical method to establish precise model and parameters. While the traditional PID control is an established in classical control theory, the control strategy based on its design depend on mathematical model of the controlled objects, so this kind of control for furnace adopts the traditional PID control object to achieve the ideal control scheme.In order to guarantee the normal production process, improve product safely quantity and quality and to reduce the labor intensity, energy saving, with all kinds of electric heating requirements under certain conditions, not with remains constant voltage fluctuations or furnace changes, or some objects according to the technical requirement of electric furnace temperature or a designated in accordance with the law and heat changes, etc.Therefore, in industrial and agricultural production and scientific experiments to constantly measuring temperature will not only, and to control System.In the resistance furnace temperature control system design, should try to consider how to effectively avoid distractions and USES a better control scheme, select the appropriate chip and control algorithm is necessary to the design with a single-chip microcomputer temperature control system of resistance furnace.Keywords: temperature；Heat treatment；Temperature control system目录摘要 (1)Abstract (2)一、总体方案设计 (4)1、设计容与要求 (4)2、工艺要求 (4)3、要现的系统基本功能 (5)4、对象分析 (5)5、系统功能设计 (5)二、硬件的设计和实现 (5)1、计算机机型 (5)2、设计支持计算机工作的外围电路 (5)3、设计输入输出通道 (8)4、元器件的选择 (10)三、数字控制器的设计 (7)1、控制算法 (10)2、计算过程 (11)四、软件设计 (12)1、系统程序流程图 (12)2、程序清单 (15)五、完整的系统电路图 (27)六、系统调试 (27)七、设计总结 (27)八、参考文献 (27)附录 (28)一、总体方案设计设计任务：用一台计算机与相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，并使系统达到工艺要求的性能指标。

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。

电阻炉的温度控制系统设计摘要电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展。

电阻加热炉是典型的工业过程控制对象。

其温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性等特点，且其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。

温度是工业对象中主要的被控参数之一。

尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。

由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。

但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。

但对于电阻加热炉来说，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模型和确定参数。

而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID 的控制方案很难达到理想的控制效果。

为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化，等等。

因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。

在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。

关键词：恒温；热处理；控温系统Design for Temperature Control System of Resistance FurnaceAbstractThe resistance furnace in metallurgical industry is widely application, its temperature parameters in the production process of automatic control system with single-chip microcomputer control technology in the field of industrial silicon, the popularization and application in high precision, high stability, high intelligent direction. Resistance furnace is typical of industrial process control object. The temperature control with temperature mono-direction and large inertia, the lag and time-varying characteristics, such as temperature, heat preservation and heat resistance wire depend on environment, cooling is natural cooling.Temperature is the main objects of accused of parameters. Especially in metallurgy, chemical, machinery, widely used in various industries of heating furnace, heat treatment furnace, reactors. Because of the different kinds of heating method is adopted, and the fuel is not identical also, such as coal gas, natural gas etc. But control system dynamic characteristics of itself, all belong to a first-order lagging pure, in the same basic control algorithm, PID control or other pure lag compensation algorithm. But for resistance furnace, when the temperature once overshoot cannot use control means that the cooling, so it is difficult to use mathematical method to establish precise model and parameters. While the traditional PID control is an established in classical control theory, the control strategy based on its design depend on mathematical model of the controlled objects, so this kind of control for furnace adopts the traditional PID control object to achieve the ideal control scheme.In order to guarantee the normal production process, improve product safely quantity and quality and to reduce the labor intensity, energy saving, with all kinds of electric heating requirements under certain conditions, not with remains constant voltage fluctuations or furnace changes, or some objects according to the technical requirement of electric furnace temperature or a designated in accordance with the law and heat changes, etc.Therefore, in industrial and agricultural production and scientific experiments to constantly measuring temperature will not only, and to control System.In the resistance furnace temperature control system design, should try to consider how to effectively avoid distractions and USES a better control scheme, select the appropriate chip and control algorithm is necessary to the design with a single-chip microcomputer temperature control system of resistance furnace.Keywords: temperature；Heat treatment；Temperature control system目录摘要 (1)Abstract (2)一、总体方案设计 (4)1、设计内容及要求 (4)2、工艺要求 (4)3、要求实现的系统基本功能 (5)4、对象分析 (5)5、系统功能设计 (5)二、硬件的设计和实现 (5)1、计算机机型 (5)2、设计支持计算机工作的外围电路 (5)3、设计输入输出通道 (8)4、元器件的选择 (10)三、数字控制器的设计 (7)1、控制算法 (10)2、计算过程 (11)四、软件设计 (12)1、系统程序流程图 (12)2、程序清单 (15)五、完整的系统电路图 (27)六、系统调试 (27)七、设计总结 (27)八、参考文献 (27)附录 (28)一、总体方案设计设计任务：用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，并使系统达到工艺要求的性能指标。

计算机控制技术课程设计目录绪论------------------------------------------------------------------3 控制系统建模------------------------------------------------------3 系统结构------------------------------------------------------------4 最小拍算法---------------------------------------------------------5 大林算法------------------------------------------------------------8 算法比较------------------------------------------------------------12 总结------------------------------------------------------------------13 参考文献------------------------------------------------------------13基于最小拍算法和大林算法的电阻温度炉的炉温控制系统设计比较选择绪论计算机控制技术是一门以电子技术、自动控制技术、计算机应用技术为基础，以计算机控制技术为核心，综合可编程控制技术、单片机技术、计算机网络技术，从而实现生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化及机电控制系统的最佳化的专门学科。

本设计电阻炉是现代工业中应用最多的加热设备，广泛应用于化验室样品熔样，冶金冶炼，热处理中工件的分段加热和冷却等。

针对具有大纯滞后环节的电阻炉温度控制系统,设计了单片机控制电路，采用了最小拍算法和大林算法,组建了系统的组态，进行了系统仿真分析，控制效果良好,根据工程实际需要进行适当选择。

电阻炉温度控制系毕业设计目录第1章概述 11.1电阻加热炉介绍 (1)1.2电阻加热炉温度控制系统的目的和意义 (1)1.3电阻加热炉的特点与展望 (1)1.4控制算法 (2)1.4.1 模糊控制 (2)1.4.2 神经网络 (3)1.5PID控制算法 (3)1.6电阻加热炉温度控制系统设计的指导思想 (5)1.7系统主要技术参数 (5)第2章方案论证 62.1单片机的选择 (7)2.2温度传感器的选择 (7)2.2.1 热电阻 (8)2.2.2 集成温度传感器 (8)2.2.3 热电偶 (8)2.3检测放大电路的选择 (10)2.3.1 采用差分放大电路 (10)2.3.2 电压比较器方案 (10)2.3.3 使用普通集成运算放大电路 (10)2.4模数转换电路的选择 (11)2.4.1 采用V/F转换器 (11)2.4.2 采用双积分型A/D转换器MC14433 (11)2.4.3 采用逐次逼近型A/D转换器AD574A (12)2.5键盘的设计 (12)2.5.1 独立式按键接口 (12)2.5.2 矩阵式键盘接口 (13)2.6显示器的选择 (15)2.7接口芯片8255A (17)第三章硬件电路设计203.1主控制器8051单片机 (20)3.1.1 8051单片机的主要功能如下 (20)3.1.2 8051单片机的优点 (20)3.1.3 8051单片机的时钟和复位电路 (21)3.1.4 8051单片机的引脚图 (22)3.2前向通道的设计 (23)3.2.1 温度检测电路 (23)3.2.2 模数转换电路 (25)3.3后向通道的设计 (28)3.4接口电路的设计 (30)第4章系统软件设计324.1PID计算程序 (32)4.2程序设计 (34)4.2.1 主程序设计 (34)4.2.2 中断程序的设计 (35)4.2.3 键盘输入子程序流程图 (38)4.2.4 显示子程序流程图 (39)4.3数字滤波子程序 (40)4.3.1 数字滤波的优点 (40)4.3.2 数字滤波的常用方法 (40)4.3.3 几种滤波方法的比较 (44)总结45致谢46参考文献47附录1:电阻炉温度控制硬件电路49附录2:程序清单50第1章概述1.1 电阻加热炉介绍电阻加热炉和一般燃烧炉相比具有占地小，无污染，操作管理方便，易于控制质量和热效率高等优点。

合肥工业大学《计算机控制技术》课程设计—-电阻炉温度控制系统设计学院专业姓名学号_______ ________ _完成时间摘要：电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类.间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件，电流通过加热元件时产生热量,再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热.直接加热式电阻炉，是将电源直接接在所需加热的材料上，让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。

工业电阻炉，大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。

由于电阻炉具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场分布均匀、环保等优点，应用十分广泛。

关键词：炉温控制；高效率；加热一、总体方案设计本次课程设计主要就是使用计算机以及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，从而使系统达到工艺要求的性能指标.1、设计内容及要求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8KW，有220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。

2、工艺要求及要求实现的基本功能本系统中所选用的加热炉为间接加热式电阻炉，控制要求为采用一台主机控制8个同样规格的电阻炉温度；电炉额定功率为20 kW；)恒温正常工作温度为1000℃,控温精度为±1％；电阻炉温度按预定的规律变化，超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性;具有温度、曲线自动显示和打印功能,显示精度为±1℃；具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。

3、控制系统整体设计电阻炉温度计算机控制系统主要由主机、温度检测装置、A/D转换器、执行机构及辅助电路组成。

系统中主机可以选用工业控制计算机、单片微型计算机或可编程序控制器中的一种作为控制器，再根据系统控制要求,选择一种合理的控制算法对电阻炉温度进行控制。

学号：0121011360504课程设计题目电阻炉温度控制系统设计学院自动化学院专业自动化专业班级自动化1005班姓名柳元辉指导教师刘小珠2014 年 1 月10 日课程设计任务书学生姓名：柳元辉专业班级：自动化1005指导教师：刘小珠工作单位：自动化学院题目: 电阻炉温度控制系统设计初始条件：1.课程设计辅导资料：“过程控制系统和应用”、“过程控制系统与仪表”、“过程控制仪表及控制系统”、“过程控制系统”等；2.先修课程：仪表与过程控制系统等。

3.主要涉及的知识点：过程控制仪表、控制系统、被控过程等要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1.课程设计时间：1.5周；2.课程设计内容：根据指导老师给定的题目，按规定选择其中1套完成；本课程设计统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目所涉及的生产工艺和控制原理进行介绍，针对具体设计选择相应的控制参数、被控参数以及过程检测控制仪表，并画出控制流程图及控制系统方框图。

3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括：①目录；②摘要；③生产工艺和控制原理介绍；④控制参数和被控参数选择；⑤控制仪表及技术参数；⑥控制流程图及控制系统方框图；⑦总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）；⑧课程设计的心得体会（至少500字）；⑨参考文献（不少于5篇）；⑩其它必要内容等。

时间安排：指导教师签名： 2013 年 12 月 27 日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (1)1生产工艺和控制原理介绍 (2)1.1生产工艺 (2)1.2控制原理 (3)2控制方案设计 (5)2.1被控参数选择 (5)2.2控制变量选择 (5)2.3建立数学模型 (6)2.4调节器控制规律 (7)2.5仪表选择 (9)2.6控制系统框图 (9)3总结与展望 (10)4心得体会 (11)参考文献 (12)摘要自动化技术在工业、农业、科技以及人们的日常生活中发挥着重要的作用，而过程控制通常是指连续生产的自动控制，是自动化技术最重要的组成部分。

一、摘要温度是工业对象中主要的被控参数之一。

特别是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。

由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。

但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。

为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化，等等。

因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。

二、总体方案设计设计任务用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，并使系统达到工艺要求的性能指标。

1、设计内容及要求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8KW，有220V 交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。

系统模型：2、工艺要求按照规定的曲线进行升温和降温，温度控制范围为50—350℃，升温和降温阶段的温度控制精度为+5℃，保温阶段温度控制精度为+2℃。

3、要求实现的系统基本功能微机自动调节：正常工况下，系统投入自动。

模拟手动操作：当系统发生异常，投入手动控制。

微机监控功能：显示当前被控量的设定值、实际值，控制量的输出值，参数报警时有灯光报警。

4、对象分析在本设计中，要求电阻炉炉内的温度，按照上图所示的规律变化，从室温开始到50℃为自由升温阶段，当温度一旦到达50℃，就进入系统调节，当温度到达350℃时进入保温段，要始终在系统控制下，一保证所需的炉内温度的精度。

加工结束，要进行降温控制。

保温段的时间为600—1800s。

过渡过程时间：即从开始控制到进入保温阶段的时间要小于600s。

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。

电阻炉的温度控制系统设计摘要电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展。

电阻加热炉是典型的工业过程控制对象。

其温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性等特点，且其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。

温度是工业对象中主要的被控参数之一。

尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。

由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。

但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。

但对于电阻加热炉来说，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模型和确定参数。

而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID 的控制方案很难达到理想的控制效果。

为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化，等等。

因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。

在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。

关键词：恒温；热处理；控温系统Design for Temperature Control System of Resistance FurnaceAbstractThe resistance furnace in metallurgical industry is widely application, its temperature parameters in the production process of automatic control system with single-chip microcomputer control technology in the field of industrial silicon, the popularization and application in high precision, high stability, high intelligent direction. Resistance furnace is typical of industrial process control object. The temperature control with temperature mono-direction and large inertia, the lag and time-varying characteristics, such as temperature, heat preservation and heat resistance wire depend on environment, cooling is natural cooling.Temperature is the main objects of accused of parameters. Especially in metallurgy, chemical, machinery, widely used in various industries of heating furnace, heat treatment furnace, reactors. Because of the different kinds of heating method is adopted, and the fuel is not identical also, such as coal gas, natural gas etc. But control system dynamic characteristics of itself, all belong to a first-order lagging pure, in the same basic control algorithm, PID control or other pure lag compensation algorithm. But for resistance furnace, when the temperature once overshoot cannot use control means that the cooling, so it is difficult to use mathematical method to establish precise model and parameters. While the traditional PID control is an established in classical control theory, the control strategy based on its design depend on mathematical model of the controlled objects, so this kind of control for furnace adopts the traditional PID control object to achieve the ideal control scheme.In order to guarantee the normal production process, improve product safely quantity and quality and to reduce the labor intensity, energy saving, with all kinds of electric heating requirements under certain conditions, not with remains constant voltage fluctuations or furnace changes, or some objects according to the technical requirement of electric furnace temperature or a designated in accordance with the law and heat changes, etc.Therefore, in industrial and agricultural production and scientific experiments to constantly measuring temperature will not only, and to control System.In the resistance furnace temperature control system design, should try to consider how to effectively avoid distractions and USES a better control scheme, select the appropriate chip and control algorithm is necessary to the design with a single-chip microcomputer temperature control system of resistance furnace.Keywords: temperature；Heat treatment；Temperature control system目录摘要 (1)Abstract (2)一、总体方案设计 (4)1、设计内容及要求 (4)2、工艺要求 (4)3、要求实现的系统基本功能 (5)4、对象分析 (5)5、系统功能设计 (5)二、硬件的设计和实现 (5)1、计算机机型 (5)2、设计支持计算机工作的外围电路 (5)3、设计输入输出通道 (8)4、元器件的选择 (10)三、数字控制器的设计 (7)1、控制算法 (10)2、计算过程 (11)四、软件设计 (12)1、系统程序流程图 (12)2、程序清单 (15)五、完整的系统电路图 (27)六、系统调试 (27)七、设计总结 (27)八、参考文献 (27)附录 (28)一、总体方案设计设计任务：用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，并使系统达到工艺要求的性能指标。

第23卷 第2期成都大学学报(自然科学版)Vol 23No 2 2004年6月Journal of Chengdu University(Natural Science) Jun 2004文章编号:1004-5422(2004)02-0025-29电阻炉温度的大林算法控制赵德元(成都大学电子信息工程系,成都 610106)摘 要:本文针对具有大惯性、和纯时间延迟的电阻炉的温度控制,设计了带B-B控制的大林控制算法,并用PC机进行了实时控制,收到了良好的控制效果,其性能远优于常规PID控制关键词:大林控制;B-B控制;PID控制;PWM交流调动;中图分类号:TP316 文献标识码:AThe B-B and Dahlin Control for the Temperature ofResistance-Heated FurnaceZHAO Deyuan(Department of Electroic Information,Chengdu Universi ty,Chengdu610106,China) Abstract:In this paper,the Dahlin control time algorithm with B-B control for the temperature of resistance-heated furnace with large inertia and pure delay has been desiged.The result of control by PC on time is better than nor mal PID control.Key words:dahlin control,B-B control,PID c ontrol,altrenate power control with PWMCLC number:TP316 Document:A1 引 言工业电阻炉是一种重要的热处理设备,一般具有较大的惯性时间常数和一定的纯迟后时间,如何提高这种设备的控制性能一直是人们关心的问题 PID控制很难兼顾动、静态两方面的性能,而且多参数整定也很难实现最佳控制 IB M公司的大林(Dahlin)于1968年提出的将系统校正成一阶加滞后系统的设计方法可做到无或小超调,无或小稳态误差,但上升时间较长 若辅以B-B控制,则有可能在不增加超调的情况下,减少上升时间2 控制要求控温范围:室温室温+240稳态误差:1超调量:M P%!2%上升时间:t r!440s收稿日期:2003-09-03作者简介:赵德元,(1944-),男,副教授 从事工业自动化教学和科研3 系统构成及工作原理图1给出了系统的结构图图1 系统的结构图图中受控对象为220V,2000VA 电阻炉 其调温方式采用交流调功调温方式,即由带有驱动电路的固态继电器(SSR)对单相电阻炉作无触点通断控制,其导通率 由PC 机实现的数字式等周期变脉宽调制器(DPW M)按照数字控制器D(Z)在每个采样控制周期t S 中算出的控制量计算得到 调节导通率 ,则可调节电阻炉获得的平均功率Pap a = .p e =t on /t s ∀p e(1)式中:pe-电阻炉的额定功率,这里pe=2000(w);t s -采样控制周期(s);t on -每个ts 内的导通时间(s)控温方式为带有B-B 控制的大林控制P a =p e e #e 1.00.5P e e #e 0.5大林算法 e<e 0.50 e !0(2) 式中:e 1.0、e 0.5分别为全功率和半功率升温时的温差限,由实验决定;pa 为控制功率(即电阻炉获得的平均功率)4 系统的动、静态设计4.1 检测标度变换(BDB)算法从K 型热电偶的分度表查出在给定控温范围内,温度(T t )、电压(e)关系基本上是线性的,故可采用线性参数的标度变换公式T t =T min +(T ma x --T m i n )D X -D mi nD max -D min∀26∀ 成都大学学报(自然科学版) 第23卷式中:T t 为实测温度( );T max 、T min 分别为测温的上、下限温度( );Dx 为12位A/D 转换器转换得到的与Tt 对应的无符号十制数;D ma x 、D min 分别为与T max -T m i n 对应的A/D 转换数代入本系统的相应数据,得测量标度变换算法T t =240∃(Dx-409.6)(2048-409.6)( )(3)4.2 大林控制算法4.2.1 采样控制周期的选择一般要求在系统上升时间t r 内的采样点数 N r =t r t x=4~20(4)式中:ts 为采样控制周期(s);t r 为期望的阶跃响应的上升时间(s);本系统要求t r=440(s),当N r 值取为22时,则采样控制周期t s =20(s)4.2.2 确定期望闭环传递函数大林控制的期望闭环传递函数为 (s)=e - s 1+TS其中纯迟后时间取为等于电阻炉的纯迟后时间,即 =180(s);时间常数T 则由期望的上升时间t r 确定,因为一阶系统的上升时间t r 与时间常数T 的关系是t r =2.2T,所以T=t r /2.2=440/2.2=200(s)对 (s)作阶跃响应不变离散化,得与 (s)对应的期望闭环脉冲传递函数%(z)=z[1-e -t s S ∀e - s 1+TS ]=z-1z ∀Z[e -9t s s(1+200s)] =z-1z 10∀z[0.005s(s+0.005)]=z-1z 10∀(1-e -0.005ts )(z-1)(z-e-0.005t s)代入t s =20(s)%(z)=0.1z -101-0.9z-1(5)4.2.3 广义受控对象的脉冲传递函数广义受控对象的传递函数为HG(s)=1-e -t s S ∀K 0K 1K 2e - s 1+T 2S =1-e -t s S ∀0.15e -9t s s 1+6720s 对应的脉冲传递函数为HG(Z)=[1-e -t s s S ∀0.15e -9t s1+6720s] =z-1z 10Z[0.015s(s+0.00015)] =0.00045z -101-0.997z -1(6)4.2.4 大林算法数字控制器D(Z)及其差分方程& (z)=D(z).HG(z)1+D(z).HG(z)∋D(Z)= (z)HG(Z)[1- (z)]将(5)、(6)式代入得 D(Z)=U(z)E(z)=2222-2215z -11-0.89z -1-0.1z -10(7)与D(Z)对应的差分方程为 U k =0.89U k-1+0.1U k-10+2222e k -2215e k-1(8)∀27∀第2期 赵德元:电阻炉温度的大林算法控制5 系统软件按照前述的测控算法用C 语言编制了人一机界面和温度的测、控、显程序,其流程图如图2所示图2 程序流程图∀28∀ 成都大学学报(自然科学版) 第23卷6 系统调试及结果分析图3给出了带B-B 控制的大林算法控制的实时记录曲线图3 温度实时控制记录曲线此时,T s =196( ),t s =20(s),e 1.0=100( ),e 0.5=40( ),控制时间t c =20(min)图中曲线1为恒温给定曲线T s (t),曲线2为温度响应曲线T t (t),曲线3为电阻炉的平均控制功率曲线P a (t)从图3看出实际达到的性能指标为最大超调M p %=1%,上升时间t r =430(s),稳态误差e ss (0实验结果说明:(1)采用大林算法可显著减少超调,也可做到很小的稳态误差;(2)结合大偏差时的分级B-B 控制也可以做到较小的上升时间和调节时间;(3)当对象模型具有不确定性和系统存在随机干扰时,可对达林算法参数作自寻最优控制 参考文献[1]Dahlin EB.Desi gning Turning Digi tual Controllors Insturu and Control Sys tems.1968,41(6):77.[2]计算机控制系统-原理与设计(第3版)[M] 北京:电子工业出版社,2001[3]赵德元 大林算法参数的自寻最优控制[J] 信息与控制,1992,(3):41[4]何克忠,郝忠怒 计算机控制系统分析与设计[M] 北京:清华大学出版社,2002∀29∀第2期 赵德元:电阻炉温度的大林算法控制。

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)长春大学课程设计说明书题目名称电阻炉温度控制系统设计院（系）电子信息工程学院专业（班级）电气08401班学生姓名杨闯指导教师王英霞（副教授）起止日期2011.11.14～2011.11.25电阻炉温度控制系统设计[摘要] 本课程设计以电阻炉为研究对象，开发了基于单片机的温度控制系统。

本温度控制系统按功能分主要包括温度传感器模块、数据处理模块、温度显示/设定模块和温度控制模块。

温度传感器采用了数字式温度传感器DS18B20，对温度进行实时采样并将模拟信号转换成数字信号返回给单片机。

系统可通过键盘对电阻炉温度进行预设，单片机根据当前炉内温度和预设温度进行比较结果，在进行PID运算，控制输出宽度可调的PWM方波，并由此控制固态继电器的导通和关断来调节电热丝的加热功率，当炉内温度过高与过低的时，蜂鸣器将进行报警，从而使炉内温度迅速达到预设值并保持恒定。

[关键词]单片机温度检测 PID 温度控制Design and Implementation of a Temperature Control System [Abstract] The design process, first of all the software design and development, making the system functional module and through the Proteus software simulation, respectively, to achieve feature an integrated design of the hardware, and repeated demonstration, testing the device parameters to make it stable operation, and ultimately make This system has realized the constant temperature control.[Keywords]: MCS-51,Temperature detection,PID, Temperature control第一章前言 (1)1.1设计目的 (1)1.2设计要求 (1)第二章系统总体设计方案 (2)2.1设计方案 (2)第三章系统硬件设计 (3)3.1 单片机系统 (3)3.1.1 STC89C52简介 (3)3.1.2 晶振电路 (5)3.1.3 复位电路 (5)3.2 温度检测电路 (6)3.3 温度控制电路 (6)3.4 键盘显示电路 (7)第四章 PID控制设计 (8)4.1 PID算法设计 (8)4.2 PID程序设计 (9)第五章系统软件设计 (11)5.1 系统程序流程图 (11)5.2 系统总程序 (11)第六章总结 (18)致谢 (19)参考文献 (20)第一章前言1.1设计目的本文选择设计一个电阻炉温度控制系统，利用微机控制系统完成电阻炉的检测、处理及数字控制计算，根据数据结果进行相应的处理，从而改变电阻炉的加热功率，达到控制温度的目的。

目录摘要..................................................... 错误!未定义书签。

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。