下载文档原格式
成都电子机械高等专科学校成教院毕业设计（论文）论文题目:基于PLC的烤箱佳肴箱控制系统的设计教学点：指导老师：刘老师职称：讲师学生姓名：李黄瓜学号: 00000000专业：机电一体化技术成都电子机械高等专科学校成教院制二零一三年四月二十五日成都电子机械高等专科学校成教院毕业设计（论文）任务书题目：基于PLC的烤箱佳肴箱控制系统的设计任务与要求:时间：2010 年 1 月4 日至2010 年4 月25 日共15 周教学点：学生姓名: 李黄瓜学号: 000000000专业：机电一体化技术指导单位或教研室：指导教师：刘老师职称：讲师成都电子机械高等专科学校成教院制毕业设计(论文）进度计划表本表作评定学生平时成绩的依据之一。
摘要能使烘烤物受热均匀,由里及外，时间迅速.配有自动恒温、定时断电,超温报讯、操作简便等特点.烘烤的食品色泽鲜艳、味香扑鼻。
烘烤箱是应用较广泛的家电，特别是家庭、餐厅、企业、以及各种饮食企业中有着普遍的应用。
随着机电控制技术的发展，主要体现出了单片机和PLC两种控制方式.温度控制在工业生产中经常遇到。
从石油化工到电力生产，从冶金到建材，从食品到机械都要对温度进行控制。
甚至在有些产品生产过程中温度的控制直接影响到产品的质量。
PLC温度控制无论是现在还是未来都会起到重要作用.关键词：PLC、自动化、控制系统、烤箱AbstractCan make the baking material is heated evenly，by inside and outside，time quickly. Equipped with automatic constant temperature，regular power outages, overtemperature quote inquiry，convenient operation，etc. Bright color，taste sweet and tangy baked goods。
【关键字】系统目录烤箱连续温度控制系统摘要自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。
随着电力电子和单片机技术的飞速发展，通过芯片对被控东西进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。
随着国民经济的发展，人们需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。
采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。
传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。
温度是工业东西中的一个重要的被控参数。
然而所采用的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。
因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。
传统的控制方式以不能满足高精度，高速度的控制要求。
近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。
这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。
本系统所使用的加热器件是电炉丝，功率为三千瓦，要求温度在400～1000℃。
静态控制精度可以达到2.43℃。
本设计主要有四部分组成：（1）单片机控制器设计；（2）电力电子控制装置；（3）温度检测变送部分1设计概述1.1任务分析电烤箱是一种应用广泛的食品加工设备.电烤箱本身是个热容系统,具有大纯滞后和大惯性;由于家用烤箱的外壳很薄,封闭性不好,与环境温差越大散热越快,具有非线性;同时东西的参数还受箱内食品种类和数量的影响。
电阻炉是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化工件和物料的热加工设备。
电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成。
炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。
电气控制系统包括电子线路、微机控制、仪表显示及电气部件等。
PID 烤箱温度控制（温度专用的PID 自动调整功能）设计实例详解【控制要求】使用者对烤箱的温度环境特性不了解，控制的目标温度为80℃，利用PID 指令温度环境下专用的自动调整功能，实现烤箱温度的PID 控制。
利用DVP04PT-S 温度模块将烤箱的现在值温度测得后传给PLC 主机，DVP12SA 主机先使用温度自动调整参数功能（D204=K3）做初步调整，自动计算出最佳的PID 温度控制参数，调整完毕后，自动修改动作方向为已调整过的温度控制专用功能（D204=K4），并且使用该自动计算出的参数实现对烤箱温度的PID 控制。
使用该自动调整的参数进行PID 运算，其输出结果(D0)作为GP 指令的输入，GP 指令执行后Y0 输出可变宽度的脉冲（宽度由D0 决定）控制加热器装置，从而自动实现对烤箱温度的PID 控制。
【元件说明】【控制程序】【程序说明】该指令格式：S1-->目标值(SV)S2-->现在值(PV)S3-->参数(通常需自己进行调整和设置，参数的定义请参考本例最后的PID 参数表)D-->输出值(MV)(D 最好指定为停电保持的数据寄存器)PID 指令使用的控制环境很多，因此请适当地选取动作方向，本例中温度自动调整功能只适用于温度控制环境，切勿使用在速度、压力等控制环境中，以免造成不当的现象产生。
一般来说，由于控制环境不一样，PID 的控制参数（除温度控制环境下提供自动调整功能外）需靠经验和测试来调整，一般的PID 指令参数调整方法步骤1：首先将KI及KD值设为0，接着先后分别设设置KP为5、10、20 及40，别记录其SV 及PV 状态，其结果如下图所示：步骤2：观察上图后得知KP为40 时，其反应会有过冲现象，因此不选用；而KP为20 时，其PV 反应曲线接近SV 值且不会有过冲现象，但是由于启动过快，因此输出值MV瞬间值会很大，所以考虑暂不选用；接着KP为10 时，其PV 反应曲线接近SV 值并且是比较平滑接近，因此考虑使用此值；最后KP为 5 时，其反应过慢，因此也暂不考虑使用。
烤箱温度控制系统设计烤箱温度控制系统是一种用于控制烤箱温度的设备。
它通过精确地调节电热元件的功率来实现温度的稳定控制，从而保证食物的烹饪效果。
本文将介绍烤箱温度控制系统的设计原理及其常见组成部分。
1.设计原理烤箱温度控制系统的设计原理基于控制理论。
其核心思想是通过检测烤箱内部温度和设定目标温度之间的偏差，并根据反馈信息调整电热元件的功率，使温度能够稳定在设定值附近。
控制系统通常采用闭环控制的方式。
闭环控制系统通过传感器实时监测烤箱内部温度，并将检测值与设定目标温度进行比较。
如果存在温度偏差，控制系统将根据偏差的大小和方向来调整电热元件的功率输出，从而减少偏差并稳定温度。
2.常见组成部分烤箱温度控制系统通常由以下几个主要组成部分构成：(1)传感器：用于实时监测烤箱内部温度。
常见的传感器类型包括热电偶、热敏电阻和红外线温度传感器等。
这些传感器能够将温度转化为电信号，并传送给控制器。
(2)控制器：控制器是烤箱温度控制系统的核心部分，负责处理传感器传输的信号，并根据设定目标温度进行控制。
控制器通常采用微处理器或专用控制芯片，并通过算法来计算电热元件的功率调整量。
(3)电热元件：电热元件是控制系统中的执行器，负责将控制器输出的功率调整量转化为真实的电能输出。
常见的电热元件包括电热丝和电热管等。
电热元件的功率调整量与电能的输出强度成正比。
(4)电路板：电路板是控制系统中各个部件的连接和控制中心，通常集成在烤箱的控制面板中。
电路板上包含了各个部件的连接线路和电源供应等。
3.系统设计考虑因素在设计烤箱温度控制系统时，需要考虑以下几个因素：(1)温度范围：不同的食物烹饪需要不同的温度，因此控制系统需要能够满足广泛的温度范围。
通常烤箱的温度范围为50℃到250℃。
(2)系统精度：控制系统的精度直接影响到烹饪效果。
对于一些对温度要求较高的食物，如蛋糕和面包，控制系统的精度应达到±2℃以内。
(3)反应速度：烤箱温度的调整速度对于烹饪过程的控制非常重要。
电烤箱的智能温控仪表设计本文介绍了以STC89C51单片机为核心的电烤箱温度控制系统。
电烤箱的温度控制系统有两个部分组成：硬件部分和软件部分。
其中硬件部分包括：单片机电路、传感器电路、放大器电路、转换器电路、以及键盘和显示电路。
软件部分包括：主程序、运算控制程序、以及各功能实现模块的程序，以如下设计为要求：⑴电烤箱由1kW电加热器加热，最高温度为120°C。
⑵电烤箱的温度可以设置，电烤过程恒温控制为设置的温度，温度控制误差≤±2°C。
⑶可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1°C。
⑷当实际温度超出设置温度±5°C时发出报警⑸采用STC89C51单片机和11MHz的晶振；采用AD590温度传感器。
⑹采用位式控制、并用晶闸管过零驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。
文章最后对本设计进行了总结。
对温度控制系统的发展提出了几点建议。
关键词：单片机；温度；电烤箱；控制目录前言 (4)第1章概述 (4)1.1技术指标 (4)1.2控制方案 (4)第2章电烤箱的智能温控仪表硬件部分设计 (5)2.1硬件部分 (5)2.2单片机电路设计 (5)2.2.1 中央处理器CPU (6)2.2.2 运算器 (6)2.2.3 STC89C51单片机引脚功能 (7)2.2.4 引脚功能 (8)2.2.5 控制线 (9)2.2.6 STC89C51单片机的存储器结构 (9)2.2.7 STC89C51单片机的并行I/O端口 (9)2.2.8 STC89C51单片机时钟电路及时序 (10)2.2.9 复位电路 (11)2.2.10 STC89C51单片机的指令系统 (11)2.3传感器电路设计 (11)2.3.1 传感器概述 (11)2.3.2 传感器的基本特性 (12)2.3.3 热电阻的测量电路及应用 (15)2.4A/D转换电路设计 (14)2.4.1 逐次逼近型A/D转换器ADC0809 (16)2.5放大器电路设计 (19)2.5.1 交流放大器电路 (19)2.5.2 直流放大器电路 (20)2.5.3 运算放大器电路 (20)2.6键盘及显示电路的设计 (21)2.6.1 键盘接口电路 (21)2.6.2 LED显示器接口电路 (26)2.7抗干扰电路设计 (27)2.7.1 电磁干扰的形成因素 (27)2.7.2. 干扰的分类 (28)2.7.3 单片机应用系统电磁干扰控制的一般方法 (28)2.7.4 硬件抗干扰措施 (29)第3章软件部分设计 (30)3.1工作流程 (30)3.2功能模块 (30)3.3资源分配 (30)3.4功能软件设计 (31)3.4.1 键盘管理模块 (31)3.4.2 显示模块 (34)3.4.3 温度检测模块 (31)3.4.4 温度控制模块 (38)3.4.5 温度越限报警模块 (40)3.4.6 主程序和中断服务子程序 (41)第4 章结论 (43)参考文献 (44)附录1 (45)附录2 (45)前言随着社会的不断发展，人们对机械的应用也越来越广，进而人们对机械运动的控制要求亦越来越高。
内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：基于PLC的温度控制系统设计学生姓名：孟凡强学号：0605106317专业：自动化班级：自06-3班指导教师：贾玉瑛基于PLC的温度控制系统设计摘要温度控制系统广泛应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统，电焊机的温度控制系统等。
加热炉温度控制在许多领域中得到广泛的应用。
一般来说,单片机在数据采集、数据处理等方面占据优势,其通用性和适应性较强。
然而单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂, 特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处, 而PLC在这方面却是公认的最佳选择。
加热炉温度是一个大惯性系统，一般采用PID 调节进行控制。
随着PLC功能的扩充在许多PLC控制器中都扩充了PID控制功能, 因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的。
本设计是用电烤箱来模拟加热炉，利用西门子S7-200 PLC控制电烤箱温度的控制系统。
首先介绍了温度控制系统的工作原理和系统的组成，然后介绍了西门子S7-200 PLC和系统硬件及软件的具体设计过程。
关键词：西门子S7-200 PLC、EM235、PID、温度传感器、固态继电器PLC-based temperature control system designAbstractTemperature control system has been widely used in the industry controlled field, as the temperature control system of boilers and welding machines in steel works、chemical plant、heat-engine plant etc. Heating-stove temperature control has also been applied wildly in all kinds of fields. In general, the MCU takes advantage of their strong versatility and adaptability in data collection, data processing and so on. Yet the hardware and software design of DDC system controlled by MCU is somewhat complicated, it’s not an advantage especially related to logic control, however it is accepted as the best choice when mentioned to PLC.The furnace temperature of heating-stove is a large inertia system, so generally using PID adjusting to control. With the expanding of PLC function, the control function in many PLC controllers has been expanded. Therefore it is more reasonable to apply PLC controlling in the applicable fields where logical control and PID control blend together. The design is to come to simulate Heating-stove, using Siemens S7-200 PLC to control the electric oven temperature control system. In the first place this paper presents the working principles of the temperature control system and the elements of this system. Then it introduces Siemens S7-200 PLC and the specific design procedures of the hardware and the software.Key words：Siemens S7-200 PLC、EM235、PID、temperature pickup、solid state relay目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 系统设计背景 (1)1.2 系统工作原理 (1)1.3 技术综述 (2)第二章系统设计 (3)2.1 闭环控制系统特点 (3)2.2 PID控制原理 (3)2.2.1 PID控制器基本概念 (3)2.2.2 PID控制器的参数整定 (4)2.3 S7-200 PLC在PID闭环控制系统中的应用 (6)2.3.1 PLC实现PID控制的方式 (7)2.3.2 PLC的PID控制器的实现 (7)2.3.3 PID指令及其回路表 (10)2.4 系统组成 (11)第三章硬件设计 (12)3.1 PLC基本概述 (12)3.2 PLC的组成及功能 (13)3.3 PLC的工作方式与运行框图 (16)3.4 PLC的工作过程 (18)3.5 S7-200 PLC简介 (19)3.5.1 S7-200 PLC组成原理及技术指标 (19)3.5.2 CPU224及EM235 (20)3.5.3 S7-200网络 (21)3.6 固态继电器 (22)3.7 温度传感器 (27)第四章软件设计 (29)4.1 S7-200 CPU的PID控制 (29)4.1.1 PID算法在S7-200中的实现 (29)4.1.2 PID控制器的调试 (30)4.2 PID Wizard - PID 向导 (31)4.3 系统程序流程图 (40)4.4 变量分配表 (41)4.5 温控曲线 (41)结束语 (44)参考文献 (45)附录 (46)致谢 (49)第一章绪论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。
烤箱控制器的烤箱温度烤箱作为现代家庭必备的厨房电器之一，广泛应用于烘焙、烤制食物等各种烹饪过程中。
在烤箱的正常运行过程中，烤箱温度的控制是非常关键的一环。
而烤箱控制器作为管理和调节烤箱温度的核心组件，起着至关重要的作用。
一、烤箱控制器的基本原理烤箱控制器通常由温度传感器、控制芯片和触摸屏/按钮等组成。
温度传感器负责测量烤箱内部的温度情况，将数据传输给控制芯片。
控制芯片根据设定的温度值与实际测得的温度值进行比对，并根据差异来调节烤箱的加热功率，以维持温度在所设定的范围内。
二、烤箱温度的控制方法常见的烤箱控制方法主要包括PID控制和开关控制两种。
1. PID控制PID控制（比例、积分、微分控制）是一种通过调节比例、积分和微分三个参数来实现温度控制的方法。
比例参数用于调节温度的误差大小，积分参数用于消除温度误差的持续性，微分参数用于快速调节温度变化的幅度。
通过不断调整PID控制器的三个参数，可以使烤箱温度更加精准地达到设定值，从而提高烤制过程的稳定性和一致性。
2. 开关控制开关控制是一种通过控制加热源的开关状态来实现温度控制的方法。
当温度低于设定值时，控制器会将加热源打开；当温度达到设定值时，控制器会将加热源关闭。
通过不断地开关加热源，可以使烤箱温度在设定值上下波动，以实现温度的控制。
三、烤箱控制器的温度调节范围烤箱控制器的温度调节范围通常根据烤箱的设计和使用需求而定。
一般来说，烤箱控制器可以调节的温度范围在50℃至250℃之间，但也有些高端产品可以达到更广泛的温度范围，如0℃至300℃。
四、烤箱控制器的温度精度烤箱控制器的温度精度对于烤箱的使用效果和食品烤制的质量都有着重要影响。
一般来说，烤箱控制器的温度精度在±5℃左右，但一些高端产品可以达到更高的精度，如±1℃。
五、烤箱控制器的故障排查与维修烤箱控制器在长时间使用过程中可能会出现一些故障，如温度传感器的异常、控制芯片的损坏等。
课程设计任务书
专业年级班
一、设计题目
恒温控制系统设计
二、主要内容
设计基于DS18B20的数字式烤箱温度控制系统，控制电路主要包括，led显示电路、按键电路、温度检测电路及控制电路。
控制程序主要包括主程序、读出温度子程序、按键子程序、显示子程序、PID控制子程序等。
要求能检测、显示烤箱温度，并控制烤箱温度为一恒定值。
三、具体要求
1．对烤箱温度进行检测及控制。
温度显示范围：0゜C~+99゜C，精度误差在1゜C以内。
2．控制系统稳态误差控制在5％以内。
3．恒温值可设置，并可随时修改。
4．LED数码管直读显示实测温度，设置温度（用键控制设定温度）。
5．温度超出上、下限值（设定值的正负50％）时，报警。
6．启/停键用以启动和停止加热，上电复位后，不论启动还是停止状态，人机界面显示烤箱内温度值，同时也要求显示界面区分停止和运行状态。
四、进度安排
五、完成后应上交的材料
1．课程设计报告。
2．程序清单（电子版）
六、总评成绩
指导教师签名日期年月日
系主任审核日期年月日。
计算机控制系统课程设计说明书电烤箱温度控制系统设计DESIGNOFELECTRICOVENTEMPERATURECONTROLSYSTEM学生姓名周泽民学院名称信电工程学院学号班级12电气 1专业名称电气工程及其自动化指导教师曹言敬2015年7月10日摘要本次温度控制系统设计整体而言完全可以实现对电烤箱温度闭环恒定控制。
但是不当之处在所难免。
当热电阻检测出当前电烤箱所处温度时，不能和预置温度一起以数字形式很直观的对比显示出来。
及操作者无法同时看到电烤箱当前所处温度和预置温度。
鉴于此种情况，应再外接一个数码显示器以软件程序来实现，将电烤箱当前所处温度和预置温度同时显示出来；在实际使用过程中，由于电烤箱加热时有一定得温度缓冲，即当电烤箱断电时，加热并不是立即停止，而是过一段时间后温度才慢慢停下来以致开始下降。
这样就使得我们控制很不准确，会出现严重超温或者低温现象。
鉴于此种情况，我们应在电烤箱温度接近我们要求的温度时，由连续加热或连续降温改为断续加热或断续降温。
关键词单片机；温度；电烤箱；控制目录1绪论...................................................... 错误!未指定书签。
1.1技术指标............................................... 错误!未指定书签。
1.2控制方案............................................... 错误!未指定书签。
1.2.1控制系统的建模..................................... 错误!未指定书签。
1.2.2PLC系统............................................ 错误!未指定书签。
1.2.3单片机系统......................................... 错误!未指定书签。
苏州市职业大学2014─2015学年第1学期试卷《MATLAB 工程应用》（分散 A 卷 开卷 设计）出卷人 宋秦中 出卷人所在学院 电子信息工程学院 使用班级 12电子1,12电子2班级 12 应用电子技术1 学号 127303110 姓名 施晓蓉第1页，共21页一、设计题（满分100分）请在以下题目中任选一项完成设计1. 汽车运动控制系统设计；2. 电烤箱温度控制系统设计3. 汽车减震系统建模仿真；4. 汽车自动巡航控制系统的PID 控制；5. 汽车怠速系统的模糊PID 控制；6. 双闭环直流调速系统的设计与仿真7. 自选测控项目（给出你自选的题目）8. 本份试题选取项目为： 电烤箱温度控制系统设计 附评分细则：《MATLAB工程应用》期末考试设计报告第一章概述本次课题的主要内容是通过对理论知识的学习和理解的基础上，自行设计一个基于MA TLAB 技术的PID控制器设计，并能最终将其应用于一项具体的控制过程中。
以下为此次课题的主要内容：(1) 完成PID控制系统及PID调节部分的设计其中包含系统辨识、系统特性图、系统辨识方法的设计和选择。
(2) PID最佳调整法与系统仿真其中包含PID参数整过程，需要用到的相关方法有：b.针对有转移函数的PID调整方法主要有系统辨识法以及波德图法及根轨迹法。
(3) 将此次设计过程中完成的PID控制器应用的相关的实例中，体现其控制功能（初步计划为温度控制器）第2页，共21页第二章调试测试2.1进度安排和采取的主要措施：前期：1、对于MA TLAB的使用方法进行系统的学习和并熟练运用MA TLAB的运行环境，争取能够熟练运用MA TLAB。
2、查找关于PID控制器的相关资料，了解其感念及组成结构，深入进行理论分析，并同步学习有关PID控制器设计的相关论文，对其使用的设计方法进行学习和研究。
3、查找相关PID控制器的应用实例，尤其是温度控制器的实例，以便完成最终的实际应用环节。
中期：1、开始对PID控制器进行实际的设计和开发，实现在MATLAB的环境下设计PID控制器的任务。
2、通过仿真实验后，在剩余的时间内完成其与实际工程应用问题的结合，将其应用到实际应用中（初步计划为温度控制器）。
后期：1、完成设计定稿。
2、打印以及答辩工作地准备。
2.2被控对象及控制策略2.2.1被控对象本文的被控对象为某公司生产的型号为CK-8的电烤箱，其工作频率为50HZ，总功率为600W，工作范围为室温20℃-250℃。
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：第3页，共21页第4页，共21页1)(+•=-TS e K S G sτ（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。
具体用科恩-库恩（Cohn-Coon ）公式确定近似传递函数[8-9]。
给定输入阶跃信号 250℃，用温度计测量电烤箱的温度，每半分钟采一次点，实验数据如下表 2-1：表 2-1 烤箱模型的温度数据实验测得的烤箱温度数据 Cohn-Coon 公式如下：M C K ∆∆=/)(5.128.0632.0t t T -=)31(5.1632.028.0t t -=τ (2-2)△M-系统阶跃输入；△C-系统的输出响应 t0.28-对象飞升曲线为0.28△C 时的时间（分） t0.632-对象飞升曲线为 0.632△C 时的时间（分） 从而求得K=0.92, T=144s ,τ =30s 所以电烤箱模型为：第5页，共21页114492.0)(30+=-s e S G s2.2.2 控制策略将感测与转换输出的讯号与设定值做比较，用输出信号源（2-10V 或4-20mA ）去控制最终控制组件。
在过程实践中，应用最为广泛的是比例积分微分控制，简称PID 控制，又称PID 调节。
PID 的问世已有60多年的历史了，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便，而成为工业控制主要和可靠的技术工具[10]。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其他设计技术难以使用，系统得到控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID 最为方便。
即当我们不完全了解系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统的参数的时候，便最适合用PID 控制技术。
比例、积分、微分 1.比例V02-1 比例电路120)()(R R Vi V t t -=)()(120t t Vi R R V ⨯-= （2-3）2 积分器第6页，共21页V01/SC2-2 积分电路SCR SCR R SC Vi V t t 11110111)()(⨯-=-=-=Vi S CR V t 1101)(⨯-=⎰-=Vidt CR V t 1)(10 （2-4）3 微分器V0V12-3 微分控制电路S CR SCR Vi V t t 22)()(10-=-=)(2)(0t t SVi CR V -=第7页，共21页dtdViCR V t 2)(0-= （2-5）实际中也有PI 和PD 控制器。
PID 控制器就是根据系统的误差利用比例积分微分计算出控制量，控制器输出和输入（误差）之间的关系在时域中如公式（2-6）和（2-7）：⎰++=dt t e Tidt t de Td t e Kp t u )(1)()(()( （2-6） )()(s E S K SK K s U d i p ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++= （2-7） 公式中U(s)和E （s ）分别是u （t ）和e （t ）的拉氏变换，p dd K K T =，ip K K Ti =，其中p K 、i K 、d K 分别控制器的比例、积分、微分系数。
P 、I 、D 控制 1.比例（P ）控制比例控制是一种最简单的控制方式。
其控制器输出与输入误差讯号成比例关系。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
2.积分（I ）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差讯号成正比关系。
对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。
为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。
积分项对误差取关于时间的积分，随时间的增加，积分项会增大。
这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，知道等于零。
因此，比例加积分（PI ）控制器，可以使系统进入稳态后无稳态误差。
3.微分（D ）控制在微分控制中，控制器的输出和输入误差讯号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
自动控制系统在克服误差调节过程中可能会出现震荡甚至失稳。
其原因是由于存在较大惯性组件（环节）和有滞后的组件，使力图克服误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。
解决的办法是使克服误差的作用的变化有些“超前”，即在误差接近零时，克服误差的作用就应该是零。
这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例加微分的控制器，就能够提前使克服误差的控制作用等于零，甚至为负数，从而避免了被控制量的严重的冲过头。
所以对于有较大惯性和滞后的被控对象，比例加微分（PD）的控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
由于PID 控制器具有原理简单、易于实现、适用范围广等优点，在本设计中对于电烤箱的温控系统我们选择PID进行控制。
第8页，共21页第三章PID最佳调整法与系统仿真PID作为经典控制理论，其关键问题在于PID参数的设定。
在实际应用中，许多被控过程机理复杂，具有高度非线性、时变不确定性和纯滞后等特点。
在噪声、负载扰动等因素的影响下，过程参数甚至模型结构均会随时间和工作环境的变化而变化。
故要求在PID控制中不仅PID参数的整定不依赖与对象数学模型，并且PID参数能够在线调整，以满足实时控制要求。
3.1 PID参数整定法概述3.1.1 PID参数整定方法1. Relay feedback ：利用Relay 的on-off 控制方式，让系统产生一定的周期震荡，再用Ziegler-Nichols调整法则去把PID值求出来。
2. 在线调整：实际系统中在PID控制器输出电流信号装设电流表，调P值观察电流表是否有一定的周期在动作，利用Ziegler-Nichols把PID求出来，PID值求法与Relay feedback一样[9]。
3. 波德图&跟轨迹：在MATLAB里的Simulink绘出反馈方块图。
转移函数在用系统辨识方法辨识出来，之后输入指令算出PID值。
第9页，共21页3.1.2 PID调整方式图3-1 PID调整方式如图3-2所示PID调整方式分为有转函数和无转移函数，一般系统因为不知转移函数，所以调PID值都会从Relay feedback和在线调整去着手。
波德图及根轨迹则相反，一定要有转移函数才能去求PID值，那这技巧就在于要用系统辨识方法，辨识出转移函数出来，再用MATLAB里的Simulink画出反馈方块图，调出PID值。
所以整理出来，调PID值的方法有在线调整法、Relay feedback、波德图法、根轨迹法[11]。
前提是要由系统辨识出转移函数才可以使用波德图法和根轨迹法，如下图3-2所示。
图3-2 由系统辨识法辨识出转移函数第10页，共21页3.2针对无转移函数的PID调整法在一般实际系统中，往往因为过程系统转移函数要找出，之后再利用系统仿真找出PID值，但是也有不需要找出转移函数也可调出PID值的方法，以下一一介绍。
3.2.1Relay feedback调整法图3-3 Relay feedback调整法如上图3-3所示，将PID控制器改成Relay，利用Relay的On-Off控制，将系统扰动，可得到该系统于稳定状态时的震荡周期及临界增益（Tu及Ｋu），在用下表3-1的Ziegler-Nichols第一个调整法则建议PID调整值，即可算出该系统之Ｋp、T i、T v之值。
表3-1 Ziegler-Nichols第一个调整法则建议PID调整值3.2.2Relay feedback 在计算机做仿真Step 1:以MATL AB里的Simulink绘出反馈方块，如下图3-4示。
