本文介绍了一种小型温度测量与控制系统——闭环温度控制系统。该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的设定，也可以通过计算机与单片机的串行通讯，实现工业过程中的交互式PID控制。该原理是用温度传感器将检测到的温度转化为电信号，然后经过变送器使输出电信号随输入温度信号呈线性关系。之后再经过A/D转换送入PC机中，与设定值进行比较，得出偏差。对此偏差经PID算法进行修正，求得对应的控制量经D/A转换来控制驱动器，从而实现对温度的闭环控制。本学期主要设计、制作和调试直流稳压电源和变送器,了解信息测试、校准和控制的过程,不仅提高了电子工程设计和实际操作方面的综合能力,而且培养了研发工程项目中所具备的基本素质和要求。
一、课题背景 (3)
二、需求分析 (3)
三、方案论证 (3)
(一)稳压电源方案选择 (3)
(二)变送器方案选择 (4)
四、电路设计 (5)
(一)直流稳压电源部分
1.工作原理 (5)
2. Protel99 SE 自主绘制电路原理图 (6)
3.所需元件 (7)
4.芯片介绍 (8)
(二)变送器部分
1.工作原理 (9)
2.所需元件 (11)
3.芯片介绍 (11)
4.参数计算 (13)
五、电路调试 (13)
六、故障分析 (17)
七、结果与收获 (18)
八、致谢 (19)
九、参考文献 (20)
一、课题背景
第一阶段我们主要解决闭环温度控制系统的直流稳压电源和变送器这两部分。要求在工业生产中降低成本，降低材料、
能源消耗，提高产品质量和生产效率。
二、需求分析
稳压电源和变送器的功能和指标如下:
1.温度测量范围: 0℃～+100℃
2.温度测量误差: 不大于±2℃(在次要求下尽量提高指标)
3.变送器输出电压: 0～5V
4.测量误差: 满刻度1%（0.05V或1℃ ）
5.要求线性规律控制电压—温度
6.保证电路性能稳定可靠,具有一定的抗干扰能力
7.注意各电路之间的可靠配合与保护问题(过流、断路、过热保
护)
三、方案论证
（一）稳压电源方案选择
要求输入9 V和14 V的交流电压,输出＋5 V和±12 V的直流电压。有两种设计方案，分别是集成线性稳压电路和集成开关稳压电路。对于集成线性稳压电路,其纹波、噪声小,效率低,有过流和短路保护, 实现电路相对简单,成本低。而集成开关稳压电路,
虽然效率高,但是纹波、噪声大,实现电路相对复杂,成本较高。交流供电电压低，输出功率较小。从实现电路简单，低成本的角度考虑应选择集成线性稳压电路的设计方案。
集成线性稳压电源电路框图如下:
集成开关稳压电源电路框图如下:
（二）变送器方案选择
变送器有三个选择方案,分别是恒流补偿变送器、恒压补偿变送器和反相加法平移变送器。鉴于后两者电路设计复杂,所
用器件较多,因此选择恒流补偿变送器。
四、电路设计
（一）直流稳压电源
1.工作原理
集成线性稳压电源的工作原理
2.Protel99 SE 自主绘制电路原理图
3. 所需元件
芯片:LM 7805CT 、LM7812CT 、LM7912CT 各1片 整流桥：1A100V 2片
电解电容: 2200u/25V 电解电容 2只 3300u/16V 电解电容 1只 220u/16V 电解电容 3只 保险管：1A250V 3只配6只管座 接插件：DIP8 IC 插座 3只 26线双排插针 2排 线路板：1块
其它：螺钉、导线、焊锡若干
L1
LM7912CT
-12V
+5V
5V GND
4.芯片介绍
LM7805CT芯片
该芯片是单输出型稳压器,其输出电压为+5V,常用于三端集成稳压电路。
LM7812CT功能介绍:
该芯片封装图与LM7805CT一样,是三端集成稳压器,输出电压是+12V。
LM7912CT功能介绍:
（二）变送器电路
1.工作原理
选AD592做测温传感器。因为集成温度传感器AD592具有价格低、精度高、线性好、防水、防腐蚀等优点。利用AD592设计的电路可以将温度或温差转换为对应的电压，还可以将温度转换为4mA—20mA的电流或相应的数字信号，从而与DDZ-Ⅲ仪表或单片机相连组成温度测控系统。此外,AD592输出电流与温度成线性关系, 抗干扰能力强，精度满足设计要求，响应速度快，信号调理电路容易实现。
AD592特性分析
在温度从0℃～100℃范围内记录流过AD592的电流,并根据流过它的电流,画出温度与电流的对应关系。
变送器特性分析
要求温度从0℃～100℃范围内变化,变送器的输出电压须达到0～5V,并且温度与电压呈线性关系。
我组采用恒流补偿原理变送器,其原理图如下:
设置T = 0℃，调整VR1阻值，改变补偿电流，使V0=0V
设置T = 100℃，改变I→V转换电阻VR2阻值,使V0=5V
2.所需元件
芯片: 双极性运算放大器OP07,集成温度传感器AD592(实验台自带)
二极管: 1N4148 2个 , 9.1V 稳压管1个
固定电阻: 1K 3个 , 39K、47K各一个
滑动变阻器: 10K 2个
电容: 100uF电解电容1个,1000pF(102) 1个,0.1uF(104) 2个
3.芯片介绍
(1)OP07芯片
它是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由
于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），
所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输
入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）
的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增
益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
OP07芯片特点：
超低偏移： 150μV最大
低输入偏置电流： 1.8nA
低失调电压漂移： 0.5μV/℃
超稳定，时间： 2μV/month最大高电源电压范围：±3V至±22V
其引脚图如下:
(2)1N4148
二极管类型:小信号
电流, If 平均:150mA
电压, Vrrm:100V
正向电压 Vf 最大:1V
时间, trr 最大:4ns
电流, Ifs 最大:500mA
封装形式:DO-35
针脚数:2
外径:1.85mm
外部长度/高度:4.25mm
4．电路参数计算
恒流补偿电路 — 提供 273uA 恒定补偿电流
限流电阻 R1 取 39K ，VR1 取 10K 滑变。
增益控制电路 — 控制输出满度电压为 5V 满度输入电流为 电阻 R3 取 47K ，VR2 取 10K 。
五、电路调试 (一)调试步骤
1. 电源板焊接完毕，对照原理图认真检查一遍然后开始测试；
A
100A 273-A 373μμμ=3K .33A 2731V .9VR1R1=÷=+μ50K A 1005V VR2R3=÷=+μ
2. 测试时，电源板负责交流电源输入的插座与调试台标有~9V、~14V的插座连接，另一端插座悬空；
3. 连接完毕后，打开调试台电源远离电源板1~2分钟，观察电路板有无异味或异常响动，如果一切正常可以开始进一步的测试；
4. 用数字多用表按电源板左插座直流电源引出定义，检测+5V、+12V、-12V输出；。
5. 若+5V、+12V、-12V输出不正常，需要重新检查有无错焊、漏焊、虚焊，并重复2、3、4的步骤；
6. 输出正常的电源板，替换模板上的电源板后，若模板正常运行，电源板的设计工作结束。否则，检查电路板的左右插座有无虚焊、脱焊等问题；
7. 电源板调试成功后,即可调试第二块恒流补偿变送器电路板；
8. 无需拆电源板,直接将变送器电路板负责直流电源输入的插座与调试台标有+5V、+12V、-12V的插座连接，另一端插座悬空；
9. 重复步骤3；
10.随着温度从0～100℃范围内调节,测试变送器输出电压是否从0～+5V按线性规律变化。若满度输出电压达不到+5V,则通过调节滑变VR1、VR2实现,直到输出达到要求为止。
(二)过程展示
直流稳压电源电路:
恒流补偿变送器电路:
六、故障分析
常见故障主要有以下几点:
1.焊接问题，主要包含焊点不实，焊点相互接触（短接），导线虚焊
等问题。
2.在包线时容易将导线剪断，我组曾多次遇到这种叫人挠头的问题。
3.器件接反。电路中如二极管、电容等器件容易接反。电容反接或
是耐压不够还有可能发生爆炸。（我们班有一组同学就遇到了这种情况）。在焊接时，我组也曾经把电容反接，幸亏及时发现并更正。
这种问题最好的解决方法就是安下心来多检查几遍电路,争取一次焊对。要严重杜绝器件反接现象的发生。
4.器件选择问题，器件选择错误会影响电路工作性能指标。
5.整流桥接错或损坏,可导致严重后果,造成无整流输出或输出不正
常。
6.如果集成稳压电路引脚接错或损坏,就会出现无稳压输出或输出不
正常的现象。
7.集成稳压电源电路中,如果保险管损坏,则整流桥无输入。
8.在恒流补偿变送器电路中,若放大器增益控制的电阻过小,则输出
达不到满刻度5V。
9.如果运算放大器损坏,会使输出不随输入变化;如果运算放大器开
环,会使输出接近正或负电源电压。
10.如果保护电路限流电阻过大,那么会造成加载后输出有明显的衰减。
11.有的时候由于粗心大意会犯很低级的错误, 像运算放大器电源漏
接,那肯定是没有输出的。再如接地保护9.1V稳压管漏接,那么输出总是低于0.7V。
七、结论与收获
本次实验相对比较简单，我们在实验中并没有遇到太多困难。但我们也总结了一些实验经验。如，在焊接时导线时，先给导线镀锡是极为方便焊接的；包线时要选择包线钳合适的空洞；器件的排布在电路板焊接中十分重要，好的排布可以使焊接工作变得更加轻松，同时这也告诉了我们印刷电路板的便利性与必要性；Protel99 SE软件的操作十分复杂，使用中需要十分细心，尤其是在导线的连接上要特别注意，连好的器件移动位置后不会造成断路。此外想要把画好的电路清晰地呈现在word文档中也不是一件容易事。
总体来说,这次试验我组完成的比较成功。由于在实验前进行了良好的设计和在操作中反复检查电路，使得我组的实验一次成功，并取得了比较理想的性能指标。
温度—电压关系表
继续调节滑变,电压输出值还可以更接近+5V,这里我们暂选一组数据作为参考。
八、致谢
向赵老师以及其他帮助过我们组的同学表示深深的感谢。
九、参考文献
《现代控制工程（第四版）》卢伯英等著
新编线性直流稳压电源(平装) 王增福、魏永明等编著《模拟电子技术基础》．第四版．北京高等教育出版社. 华成英、童诗白编著
成绩： 重庆邮电大学 自动化学院综合实验报告 题目：51系列单片机闭环温度控制 学生姓名：蒋运和 班级：0841004 学号：2010213316 同组人员：李海涛陈超 指导教师：郭鹏 完成时间：2013年12月
一、实验名称： 51系列单片机闭环温度控制实验 ——基于Protuse仿真实验平台实现 基本情况： 1. 学生姓名： 2. 学号： 3. 班级： 4. 同组其他成员： 二、实验内容(实验原理介绍) 1、系统基本原理 计算机控制技术实训，即温度闭环控制，根据实际要求，即加温速度、超调量、调节时间级误差参数，选择PID控制参数级算法，实现对温度的自动控制。 闭环温度控制系统原理如图： 2、PID算法的数字实现 本次试验通过8031通过OVEN 是模拟加热的装置，加一定的电压便开始不停的升温，直到电压要消失则开始降温。仿真时，U形加热器为红色时表示正在加热，发红时将直流电压放过来接，就会制冷，变绿。T端输出的是电压，温度越高，电压就越高。
8031对温度的控制是通过可控硅调控实现的。可控硅通过时间可以通过可控硅控制板上控制脉冲控制。该触发脉冲想8031用软件在P1.3引脚上产生，受过零同步脉冲后经光偶管和驱动器输送到可控硅的控制级上。偏差控制原理是要求对所需温度求出偏差值，然后对偏差值处理而获得控制信号去调节加热装置的温度。 PID控制方程式： 式中e是指测量值与给定值之间的偏差 TD 微分时间 T 积分时间 KP 调节器的放大系数 将上式离散化得到数字PID位置式算法，式中在位置算法的基础之上得到数字PID 增量式算法： 3、硬件电路设计 在温度控制中，经常采用是硬件电路主要有两大部分组成：模拟部分和数字部分，对这两部分调节仪表进行调节，但都存在着许多缺点，用单片机进行温度控制使构成的系统灵活，可靠性高，并可用软件对传感器信号进行抗干拢滤波和非线性补偿处理，可大大提高控制质量和自动化水平；总的来说本系统由四大模块组成，它们是输入模块、单片机系统模块、计算机显示与控制模块和输出控制模块。输入模块主要完成对温度信号的采集和转换工作，由温度传感器及其与单片机的接口部分组成。利用模拟加热的
1 绪论 1.1 课题背景 随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。其中，温度是一个非常重要的过程变量。例如：在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制[1]。这方面的应用大多是基于单片机进行PID控制,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,然而PLC在这方面却是公认的最佳选择。 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，通过采用PLC来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，PLC对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。这也正是本课题所重点研究的内容。 1.2 研究的主要内容 本课题的研究内容主要有： 1）温度的检测； 2）采用PLC进行恒温控制； 3）PID算法在PLC中如何实现； 4）PID参数对系统控制性能的影响； 5）温控系统人机界面的实现。
2 基于PLC的炉温控制系统的硬件设计 2.1系统控制要求 本PLC温度控制系统的具体指标要求是：对加热器加热温度调整范围为0℃—150℃，温度控制精度小于3℃，系统的超调量须小于15%。软件设计须能进行人机对话，考虑到本系统控制对象为电炉，是一个大延迟环节，且温度调节范围较宽，所以本系统对过渡过程时间不予要求。 2.2系统设计思路 根据系统具体指标要求，可以对每一个具体部分进行分析设计。整个控制系统分为硬件电路设计和软件程序设计两部分。 系统硬件框图结构如图所示: 图2.1系统硬件框图 被控对象为炉内温度，温度传感器检测炉内的温度信号，经温度变送器将温度值转换成0～10V的电压信号送入PLC模块。PLC把这个测量信号与设定值比较得到偏差，经PID运算后，发出控制信号，经调压装置输出交流电压用来控制电加热器的端电压，从而实现炉温的连续控制。 2.3系统的硬件配置 2.3.1 S7-200PLC选型 S7-200 系列 PLC 是由德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程控制器，它能够满足多种自动化控制的需求，其设计紧凑，价格低廉，并且具有良好的可扩展性以及强大的指令功能，可代替继电器在简单的控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于它具有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥作用[2] S7-200系列可以根据对象的不同, 可以选用不同的型号和不同数量的模块。并可以将这些模块安装在同一机架上。 SiemensS7-200 主要功能模块介绍： (1)CPU 模块S7-200的CPU 模块包括一个中央处理单元,电源以及数字I/O 点,这些都被集成在一个紧凑,独立的设备中。CPU 负责执行程序,输入部分从现场设备中采集信号,输出部分则输出控制信号,驱动外部负载.从 CPU 模块的功能来看, CPU
目录 一、要求 (3) 二、摘要 (4) 三、前言 (5) 四、方案分析 (6) 五、实现 (10) 六、结论 (14) 七、附录 (15)
简易温度控制系统 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 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）。 可 编程 控制器 显示器 设置键盘 电源 执行器 恒温箱 温度传感器 变送器 220V AC
本次设计的主要目的是实现对温度的控制，其主要思路是通过温度传感器感应物体的温度，通过数码管显示出来，由于本此设计的温度设定范围是在40度到90度之间，因此如果物体的温度不在这个设定范围内，那么就需要通过加热或降温使物体的温度达到这个范围。另外本次设计设定了键盘，通过键盘输入设定的数，然后通过调温使该物体的温度达到设定的数值。本次设计采用单片机原理，共有温度感应模块、显示模块、键盘输入模块、比较模块四大块。通过温度动态显示，可以显示被测物体的温度，而通过键盘扫描可以求出设定的温度值，通过温度传感器可以感应物体的温度。那么，本次设计所能实现的功能就是可以测定物体的温度并能实现自动调整和手动键盘调整。
三、前言 随着社会的发展和科技的进步以及测温仪器在各个领域的应用，智能化是现代温控系统发展的主流方向，特别是今年来，温度控制系统已应用到生活的各个方面，但是温度控制一直是一个未开发的领域，是与人们息息相关的一个问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景和实际意义。 温度是科学技术中最基本的物理量之一。物理、化学、生物等学科都离不开温度，在工业生产等许多领域，温度常常是表征对象和过渡状态的重要物理量。各行各业对温度的要求越来越高，可见温度的测量和控制是非常重要的。 单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用越来越广泛，各种试用于不同场和的温度控制器应运而生。
如图所示是JN6201集成电路鸡蛋孵化温度控制器电路图，根据该原理图完成1~3题。 1.该电路图作为控制系统的控制（处理）部分是IC JN6201，当JN6201集成输出9脚长时间处于高电平，三极管V2处于截止状态，继电器释放，电热丝通电加热。 2.安装好调试时，先将温度传感器Rt1放入37℃水中，调整电位器Rp1，使继电器触点J-2吸合，再将温度传感器Rt2放入39℃水中，调整Rp2，使继电器触点J-2释放。 3.调试时发现，不管电位器Rp1和Rp2怎么调，继电器J 始终吸合，检查电路元器件安装和接线都正确，用万用表测三极管V2集电极电位，在不同的调试状态分别为2.8V 和0V ，可知电路发生故障的原因是（ B ） A.二极管V6内部断路 B.三极管V3内部击穿（短路） C.电阻R4与三极管V3基极虚焊 D.继电器线圈内部短路 如图所示是运算放大器鸡蛋孵化温度控制器电路图，根据该原理完成4~6题。 4.该电路作为控制系统的输出部分是继电器J 、电热丝等，当电路中集成运放2脚的电位低于3脚的电位，三极管V3处于饱和状态，继电器J 吸合，电热丝通电加热。 上限 V2饱和导通时候Uce 电压降0.2V ，所以留下来给集电极2.8V ，截止时候0V
5.安装好后调试时，将温度传感器Rt 放入39℃水中，调R4，使电压U2=U3，集成运放输出端6脚的电压为0V ，电路实现39℃单点温度控制。 6.调试时发现，将温度传感器Rt 放入高于39℃水中，继电器吸合；将温度传感器Rt 放入低于39℃水中，继电器释放，出现该故障现象的原因可能是（ A ） A.集成运放2脚与3脚接反 B.二极管V4接反 C.电阻R2断路 D.三极管V3损坏 如图所示是晶体管组成的水箱闭环电子控制系统电路，根据该原理图完成7~9题。 7.该电路作为控制系统被控对象的是水箱内的水，水箱的水位从a 点降到b 点的过程中，三极管V1处于饱和状态，三极管V2处于截止状态，继电器触点J-1处于吸合状态。 8.安装调试时，将三个水位探头按图中的高低放入空玻璃杯中，如果电路正常，电路通电后，继电器J 吸合；向玻璃杯中加水，到达a 点时，继电器J 释放；接着将玻璃杯中的水排出，水位降到b 点以上时，继电器J 释放；水位降到b 点以下时，继电器J 吸合。 9.调试时发现，玻璃杯中的水位在b 点以下时，继电器J 就吸合；水位加到b 点，继电器J 就释放。出现该故障现象的原因是（ D ） A.继电器J 没用 B.三极管V1损坏 C.二极管V3接反 D.电路没接J-1触点，b 点直接接到了电阻R1 如图所示是555集成电路组成的水箱水位闭环电子控制系统电路图， (第4~6题) (第7~9题) R4 10k ?R5 4.7k R3 4.7k
实验八单闭环温度恒值控制系统 一、实验目的 1．理解温度闭环控制的基本原理； 2．了解温度传感器的使用方法； 3．学习温度PID控制参数的配置。 二、实验设备 1．THKKL-6型控制理论及计算机控制技术实验箱； 2．PC机1台(含软件“THKKL-6”、“keil uVision3”及“Easy 51Pro”)； 3．51单片机下载线； 4．USB数据线。 三、实验原理 1．温度驱动部分 该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源，控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同，直流24V经过PWM调制后加到加热器的两端。 2．温度测量端（温度反馈端） 温度测量端（反馈端）一般为热电式传感器，热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。 在各种热电式传感器中，已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶；将温度转换成为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻，如铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻等。 铜电阻的主要材料是铜，主要用于精度不高、测量温度范围（－50℃～150℃）不大的的地方。而铂电阻的材料主要时铂，铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻与温度的关系在0℃～630.74℃以内为Rt＝R0（1＋at＋bt2） 式中Rt――温度为t ℃时的温度；R0――温度为0℃时的电阻； t――任意温度；a、b――为温度系数。 本实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。 在实际的温度测量中，常用电桥作为热电阻的测量电阻。在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。当温度升高时，电桥处于不平衡，在a，b两端产生与温度相对应的电位差；该电桥为直流电桥。
换热器温度控制系统简单控制系统方案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
目录 目录 (2) 1、题目................................................................................................................. 错误!未定义书签。 2、换热器概述..................................................................................................... 错误!未定义书签。 换热器的用途............................................................................................... 错误!未定义书签。 换热器的工作原理及工艺流程图............................................................... 错误!未定义书签。 3、控制系统 (3) 控制系统的选择 (3) 工艺流程图和系统方框图 (3) 4、被控对象特性研究 (4) 被控变量的选择 (4) 操纵变量的选择 (4) 被控对象特性 (5) 调节器的调节规律的选择 (6) 5、过程检测控制仪表的选用 (7) 测温元件及变送器 (7) 执行器 (10) 调节器 (12) 、仪表型号清单列表 (12) 6、系统方块图 (13) 7、调节控制参数，进行参数整定及系统仿真，分析系统性能 (13) 调节控制参数 (13) PID参数整定及系统仿真 (14) 系统性能分析 (16) 8、参考文献 (17)
单闭环温度恒值控制 姓名: 学号: 班级: 实验指导老师： 一、实验目的 1.理解温度控制的基本原理。 2.了解温度传感器的使用方法。 3.学习温度PID控制参数的配置。 二、实验设备 1.THBCC-1型信号与系统控制理论及计算机控制技术实验平台。 2.THBXD数据采集卡一块（含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根）。 3.PC机1台（含软件“THBCC-1”）。 三、实验内容 1．设计并实现具有一个积分环节的二阶系统的最少拍控制。 2．设计并实现具有一个积分环节的二阶系统的最少拍无纹波控制，并通过混合仿真实验，观察该闭环控制系统输出采样点间纹波的消除。 四、实验原理 1．温度驱动部分 该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源，控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同，直流15V经过PWM调制后加到加热器的两端。 2．温度测量端（温度反馈端） 温度测量端（反馈端）一般为热电式传感器，热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。 在各种热电式传感器中，已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶；将温度转换成为电阻值大小的
热电式传感器叫做热电阻，如铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻等。 铜电阻的主要材料是铜，主要用于精度不高、测量温度范围（－50℃～150℃）不大的的地方。而铂电阻的材料主要时铂，铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻与温度的关系在0℃～630.74℃以内为 Rt＝R0（1＋at＋bt2） 式中Rt――温度为t ℃时的温度；R0――温度为0℃时的电阻； t――任意温度；a、b――为温度系数。 该实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。 在实际的温度测量中，常用电桥作为热电阻的测量电阻。在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。当温度升高时，电桥处于不平衡，在a，b两端产生与温度相对应的电位差；该电桥为直流电桥。 3．温度控制系统与实验十三的直流电机转速控制相类似，虽然控制对象不同，被控参数有差别，但对于计算机闭环控制系统的结构，却是大同小异，都有相同的工作原理，共同的结构及特点。 五、温度测量及放大电路图和温度控制系统的框图
作者：旧在几 作品编号：2254487796631145587263GF24000022 时间：2020.12.13 目录 目录 (1) 1、题目........................................................ 错误!未定义书签。 2、换热器概述.................................................. 错误!未定义书签。 2.1换热器的用途............................................ 错误!未定义书签。 2.2换热器的工作原理及工艺流程图............................ 错误!未定义书签。 3、控制系统 (3) 3.1控制系统的选择 (3) 3.2工艺流程图和系统方框图 (3) 4、被控对象特性研究 (4) 4.1 被控变量的选择 (4) 4.2 操纵变量的选择 (4) 4.3 被控对象特性 (5) 4.4 调节器的调节规律的选择 (6) 5、过程检测控制仪表的选用 (7) 5.1 测温元件及变送器 (7) 5.2 执行器 (10) 5.3 调节器 (13) 5.4、仪表型号清单列表 (13) 6、系统方块图 (14) 7、调节控制参数，进行参数整定及系统仿真，分析系统性能 (14) 7.1调节控制参数 (14)
7.2 PID参数整定及系统仿真 (15) 7.3 系统性能分析 (18) 8、参考文献 (19) 1、题目 热交换器出口温度的控制。 2、换热器概述 2.1 换热器的用途 换热器又叫做热交换器（heat exchanger），是化工、石油、动力、食品及 其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。进行换热的目的主要有 下列四种： ①.使工艺介质达到规定的温度，以使化学反应或其他工艺过程很好的进行； ②.生产过程中加入吸收的热量或除去放出的热量，使工艺过程能在规定的温度 范围内进行；③.某些工艺过程需要改变无聊的相态；④.回收热量。 由于换热目的的不同，其被控变量也不完全一样。在大多数情况下，被控变 量是温度，为了使被加热的工艺介质达到规定的温度，常常取出温度问被控温度、 调节加热蒸汽量使工艺介质出口温度恒定。对于不同的工艺要求，被控变量也可 以是流量、压力、液位等。 2.2 换热器的工作原理及工艺流程图 换热器的温度控制系统换热器工作原理工艺流程如下：冷流体和热流体分别 通过换热器的管程和壳程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体
THKKL-6型 控制理论·计算机控制技术实验箱 Control Theory & Computer Control-based Technology Experimental Case 实验指导书
目录 第一部分使用说明书 (1) 第一章系统概述 (1) 第二章硬件的组成及使用 (2) 第二部分实验指导书 (5) 第一章控制理论实验 (5) 实验一典型环节的电路模拟 (5) 实验二二阶系统的瞬态响应................................................................... 错误！未定义书签。 实验三高阶系统的瞬态响应和稳定性分析........................................... 错误！未定义书签。 实验四线性定常系统的稳态误差........................................................... 错误！未定义书签。 实验五典型环节和系统频率特性的测量............................................... 错误！未定义书签。 实验六线性定常系统的串联校正........................................................... 错误！未定义书签。 实验七典型非线性环节的静态特性....................................................... 错误！未定义书签。 实验八非线性系统的描述函数法........................................................... 错误！未定义书签。 实验九非线性系统的相平面分析法....................................................... 错误！未定义书签。 实验十系统能控性与能观性分析........................................................... 错误！未定义书签。 实验十一控制系统极点的任意配置....................................................... 错误！未定义书签。 实验十二具有内部模型的状态反馈控制系统....................................... 错误！未定义书签。 实验十三采样控制系统的分析............................................................... 错误！未定义书签。 实验十四采样控制系统的动态校正....................................................... 错误！未定义书签。 第二章计算机控制技术基础实验 .............................................................. 错误！未定义书签。 实验一A/D与D/A转换.......................................................................... 错误！未定义书签。 实验二数字滤波器................................................................................... 错误！未定义书签。 实验三离散化方法研究........................................................................... 错误！未定义书签。 实验四数字PID调节器算法的研究 ...................................................... 错误！未定义书签。 实验五串级控制算法的研究................................................................... 错误！未定义书签。 实验六解耦控制算法的研究................................................................... 错误！未定义书签。 实验七最少拍控制算法研究................................................................... 错误！未定义书签。 实验八具有纯滞后系统的大林控制....................................................... 错误！未定义书签。 实验九线性离散系统的全状态反馈控制............................................... 错误！未定义书签。 实验十模糊控制系统............................................................................... 错误！未定义书签。 实验十一具有单神经元控制器的控制系统........................................... 错误！未定义书签。 实验十二二次型状态调节器................................................................... 错误！未定义书签。 实验十三单闭环直流调速系统............................................................... 错误！未定义书签。 实验十四步进电机转速控制系统........................................................... 错误！未定义书签。
课程设计报告（2010 —2011 年度第2学期） 题目：基于DS18B20的多点温度测量系统 院系： 姓名： 学号： 专业： 指导老师： 2011年5 月22 日
目录 1设计要求…………………………………………………………………………2设计的作用、目的………………………………………………………………3设计的具体实现…………………………………………………………………. 3.1系统概述……………………………………………………………………. 3.2单元电路设计与分析……………………………………………………… 3.3电路的安装与调试…………………………………………………………4心得体会及建议………………………………………………………………… 4.1心得体会…………………………………………………………………… 4.2建议…………………………………………………………………………5附录………………………………………………………………………………6参考文献…………………………………………………………………………
基于DS12B20的多点温度测量系统设计报告 1设计要求 运用DS12B20温度测量芯片实现一个多点温度测量系统，要求如下： （1）．测量点为两点。 （2）．测量的温度为-40~+40°C （3）．温度测量的精度为±0.5°C （4）．测量系统的响应时间要小于1S。 （5）．温度数据的传输方式采用串行数据传送的方式。 2 设计的作用、目的 通过本设计可以进一步了解熟悉单片机的控制原理以及外设与单片机的数据通信方法，尤其是串行通信方法以及单片机与外设间的接口问题。 本设计旨在提高学生的实际应用系统开发能力，增长学生动手实践经验，激起学生学以致用的兴趣。 3设计的具体实现 3.1系统概述 本系统分为温度采集模块、核心处理模块、控制模块和显示模块。温度采集模块由DS18B20温度测量芯片构成，它负责测量温度后将温度量转化为数字信号，传输到数据处理模块；核心处理模块由AT89S52单片机组成，它负责与温度采集模块进行数据通信、对数据进行操作处理已经对各种外设的响应与控制；控制模块由几个按键组成，实现对测量点的选择以及电路复位的操作；显示模块由一块四位的八段译码显示管和驱动芯片组成，它的作用是显示测量的温度值。 系统模块组成图：
实验十五单闭环温度恒值控制系统 一、实验目的 1．理解温度闭环控制的基本原理； 2．了解温度传感器的使用方法； 3．学习温度PID控制参数的配置。 二、实验设备 1．THBCC-1型信号与系统?控制理论及计算机控制技术实验平台 2．THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根) 3．PC机1台(含软件“THBCC-1”) 三、实验原理 1．温度驱动部分 该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源，控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同，直流15V经过PWM调制后加到加热器的两端。 2．温度测量端（温度反馈端） 温度测量端（反馈端）一般为热电式传感器，热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。 在各种热电式传感器中，已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶；将温度转换成为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻，如铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻等。 铜电阻的主要材料是铜，主要用于精度不高、测量温度范围（－50℃～150℃）不大的的地方。而铂电阻的材料主要时铂，铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻与温度的关系在0℃～630.74℃以内为Rt＝R0（1＋at＋bt2） 式中Rt――温度为t ℃时的温度；R0――温度为0℃时的电阻； t――任意温度；a、b――为温度系数。 该实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。 在实际的温度测量中，常用电桥作为热电阻的测量电阻。在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。当温度升高时，电桥处于不平衡，在a，b两端产生与温度相对应的电位差；该电桥为直流电桥。 4．温度控制系统与实验十三的直流电机转速控制相类似，虽然控制对象不同，被控参数有差别，但对于计算机闭环控制系统的结构，却是大同小异，都有相同的工作原理，共同的结构及特点。 四、实验步骤 1、实验接线 1.1 用导线将温度控制单元24V的“+”输入端接到直流稳压电源24V的“+”端； 1.2 用导线将温度控制单元0～5V的“+”输入端接到数据采集卡的“DA1”的输出端，同时将温度变送器的“+”输出端接到数据采集卡的“AD1”处； 1.3打开实验平台的电源总开关。 2、脚本程序的参数整定及运行
" 简易温度控制器的设计 摘要 简易温度控制器是采用热敏电阻作为温度传感器,由于温度的变化而引起电压的变化，再利用比较运算放大器与设置的温度值对应的电压进行比较，输出高或低电平从而对控制对象即加热器进行控制。其电路可分为三大部分：测温电路，比较/显示电路，控制电路。 关键词：测温，显示，加热 ！ }
目录 一、设计任务和要求 0 设计内容 0 设计要求 0 二、系统设计 0 系统要求 0 系统工作原理 0 方案设计 0 三．单元电路设计 (1) 温度检测电路 (1) 电路结构及工作原理 (1) 电路仿真 (2) 、元器件的选择及参数的确定 (3) 比较/显示电路 (3) 电路结构及工作原理 (3) 电路仿真 (4) 元件的选择及参数的确定 (5) 、温度控制单元电路 (5) 电路结构及工作原理 (5) 温度控制单元仿真电路 (6) 电源部分 (7) 四.系统仿真 (9) 结论 (9) 致谢 (9) 参考文献 (9)
一、设计任务和要求 设计内容 采用热敏电阻作为温度传感器，由于温度变化而引起电压的变化，再利用比较运算放大器与设置的温度值对应的电压进行比较，从而通过输出电平对加热器进行控制。 设计要求 首先通过电源变压器把220V的交流电变成所需要的5V电压；当水温小于40℃时，H1、H2两个加热器同时打开，将容器内的水加热；当水温大于50℃，但小于70℃时，H1加热器打开，H2加热器关闭；当水温大于50℃时，H1、H2两个加热器同时关闭；当水温小于30℃，或者大于80℃时，红色发光二极管报警；当水温在30℃～80℃之间时，用绿色发光二极管指示水温正常[2]。 二、系统设计 系统要求 系统主要要求将温度模拟量转化为数字量，再将其转化为控制信号，从而对显示电路和控制电路进行控制，从而自动的调节水温， 系统工作原理 通过对水温进行测量，将所测量的温度值与给定值进行比较，利用比较后的输出信号至加热部分，让加热部分调控水温，从而实现对水温控制的目的。同时也反应到显示部分，让其正确的表示温度的状态。温度值的变化引起电阻值的变化，从而最终引起测温电路输出的电压值的变化，经过后边比较电路进行比较，从而控制显示电路和加热电路。 方案设计 为了使信号输出误差很小，选用桥式测压电路，这样可以得出较为准确的与温度相对应的电压值，关于比较部分可以选用比较器LM339构成窗口比较器，再利用滑动变阻
单闭环温度控制系统实验 姓名: 徐天富 学号: 0707030115 班级:2007级自动化1班 实验指导老师：___万敏___ 成绩：____________________ 一、实验目的 1．理解温度闭环控制的基本原理； 2．了解温度传感器的使用方法； 3. 学习温度PID 控制参数的配置。 二、实验数据或曲线 1.实验数据表 实际温度T 30℃ 35℃ 40℃ 45℃ 50℃ 电压pv -1.018066 -1.187744 -1.346436 -1.514893 -1.647949 偏差ei 0.661934 0.492256 0.333564 0.165107 0.032051 控制量op 3.500 3.500 3.500 3.500 3.500 2.参考程序 dim pv,sv,ei,ex,ey,k,ti,td,q0,q1,q2,op,x,Ts,ux,tv sub Initialize(arg) WriteData 0 ,1 end sub sub TakeOneStep (arg) pv = ReadData(1) '当前测量值 sv=50 '设置温度 k=20 ti=5 td=0 Ts=0.1 '采样时间100ms ei=((sv-35)/30+1.18) -abs(pv) '当前偏差 q0=k*(ei-ex) '比例项 if Ti=0 then q1=0 else q1=K*Ts*ei/Ti '当前积分项 end if q2=k*td*(ei-2*ex+ey) /Ts '微分项 ey=ex ex=ei op=op+q0+q1+q2 if op>=3.5 then op=3.5 end if if op<=1 then op=1 end if tv=35+30*(abs(pv)-1.18) TTTRACE "温度=%f",tv '输出温度 TTRACE "op=%f",op TTRACE "ei=%f",ei TTRACE "pv =%f",pv WriteData op ,1 end sub sub Finalize (arg) WriteData 0 ,1 end sub
《过程控制工程》考试试题 一、填空（20分） 1、定值控制系统是按（）进行控制的，而前馈控制是按（）进行控制的；前者是（）环控制，后者是（）环控制。前馈控制一般应用于扰动（）和扰动（）与扰动（）的场合。 2、串级控制系统能迅速克服进入（）回路的扰动，改善（）控制器的广义对象特性，容许（）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。 二、试写出正微分与反微分控制作用的传递函数，画出它的阶跃响应，并简述各自的应用场合。（15） 三、前馈控制适用于什么场合？为什么它常与反馈控制构成前馈—反馈控制 系统？对于扰动至测量值通道的传递函数为，控制作用对测量通 道的传递函数为的前馈—反馈控制系统，试求前馈控制规律 。（20分） 四、甲的正常流量为240kg/h，仪表量程为0~360kg/h；乙的正常流量为120NM3/h，仪表量程为0~240NM3/h。设计控制乙的单闭环比值控制系统，画出流程图并计算引入开方运算与不引入开方运算所分别设置的比值系数。（15分）
五、如图示的加热炉，采用控制燃料气的流量来保证加热炉出口温度恒定。（20分） 1、总进料量是主要扰动且不可控扰动时，设计合理的控制方案，并作简要说明。 2、当燃料气阀前压力是主要扰动且不可控扰动时，设计合理的控制方案，并作简要说明。 六、APC的涵义是什么？它主要包括哪些控制系统？（10分） 一、答： 1.定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（扰动）进 行控制的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。前馈控制一般应用于扰动（可测）和扰动（显著）与扰动（频繁）的场合。
2.串级控制系统能迅速克服进入（副）回路的扰动，改善（主）控制器 的广义对象特性，容许（副）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。 二、答： 理想微分作用：；。 由于理想微分作用对高频分量要有巨大的 放大能量，无法达到。因此，实际情况： ；阶跃响应曲线如图： 当时，为正微分作用；如果则为反微分作用；当时，为 的单纯比例作用。 1.微分作用可以使系统开环频率特性幅值比增大，相位提前。微分作用量适当，可以使系统的稳定域度提高，最大偏差减小，回复时间缩短；对温度和成分控制系统，往往引入微 分控制。对真正的时滞，微分作用不能改善控制品质。对噪声大的对象，微分作用会把这些高频干扰放大的很厉害，将使系统的控制质量降低。因此，对流量和液位控制系统，一般不引入微分作用。如实必要，须先将测量信号滤波。 2.反微分作用常常用在噪声很大的流量系统控制。 三、答：
大连民族大学 温度闭环控制设计电路仿真 专业：通信工程 学生姓名：熊和艳 指导教师：吴宝春老师 完成时间：2015年4月26日
一、设计内容 1.通过运算差分放大电路将温度传感器的阻值变化转化为电压信号的变化放大。 2.利用A/D转换实现魔力信号到数字信号的转换，根据模拟电路部分电路原理计算得出最后电压与温度值的关系，并通过数码管显示温度的值，实现温度的测量。 3.并利用比较器来实现对温度的控制，通过设定温度上下限可使整个系统工作于一个限定的温度范围内。 4.报警设置，当被测温度超出温度范围时，进行相应的报警设。 5.学会系统仿真、测量和测试。 二、方案实现及设计思路 1.当温度小于等于20℃时，系统自动加热。 2.当水温高于或等于50℃时，系统停止加热。 3.并用数码管显示温度情况，水温测量用热敏电阻，加热、停止加热用不同的发光二极管。 4.系统流程图： 电路仿真及调试方案设计电路设计器件设计机构设计
方案设计：按照要求，将电路划分为若干模块，从而将一个大的系统划分为小的单元电路，并分配各单元模块要完成的任务，确定各模块间输入输出关系，最后决定各单元电路的组成方式。 电路设计：电路设计是按功能模块确定的单元电路设计。在该部分中，要详细拟定单元电路组成，性能指标及前后电路关系，明确采用的算法，理清思路。 器件设计：是在单元电路的结构确定后，根据单元电路的功能，确定具体器件型号及计算相应的系数，计算量较大。主要分为①阻容原件的设计；②分立元件的选择；③模拟集成电路的相关计算。 电路仿真测试：使用Proteus 软件仿真，争取实现各单元的具体功能。 三、设计方法及步骤 1.系统框图 ⑴信号调理模块 由于被测是温度，由设计要求，温度检测用热敏电阻。而热敏电阻将温度转化成电阻值的变化，故在系统中由信号调理电路作用是将温度的变化这样一个非电量转化成电信号，然后加以放大。以便后一温度显示 检测对象 信号调理 水温检测 加热、停止、状态显示 加热、停止检测
摘要 在石油、化工生产过程中过程中，要求两种或多种物料成一定比例关系，一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，所以严格控制其比例。尤其在生产中，经常需要两种或两种以上的物料按一定比例混合或进行化学反应，如果比例失调，轻则造成产品质量不合格，重则会造成生产事故或发生人身伤害，给企业带来较大的损失。例如氨分解工艺中的氨分解炉，入炉煤气和空气应保持一定的比例，否则将使燃烧反应不能正常进行，而煤气和空气比例超过一定的极限将会引起爆炸。比值控制的目的就是为了实现几种物料符合一定比例关系，以使安全生产正常进行。 在实际的生产过程控制中,比值控制系统除了实现一定比例的混合外,还能起到在扰动影响到被控过程质量指标之前及时控制的作用.而且当最终质量指标难于测量,变送时,可以采用比值控制系统,使生产过程在最终质量达到预期指标下安全正常地进行,因为比值控制具有前馈控制的实质。 关键词：比值控制；流量；可编程控制器；PID控制
目录 1设计背景 (1) 1.1课题研究的背景和意义 (1) 2比值控制系统概述 (2) 2.1比值控制系统定义 (2) 2.2比值控制原理 (2) 2.3比值控制系统特点 (2) 2.4比值控制系统的类型 (3) 2.4.1开环比值控制系统 (3) 2.4.2单闭环比值控制系统 (4) 3流量比值控制系统方案设计 (7) 3.1系统方案设计 (7) 3.2系统硬件设计 (7) 4上位机组态与程序设计 (10) 4.1WinCC的发展及应用 (10) 5PID参数整定及系统调试 (12) 5.1PID控制器 (12) 5.1.1PID控制器的优点 (13) 5.1.2控制规律的选择 (13) 5.2PID控制器参数的调节及其对控制性能的影响 (14) 5.2.1比例控制对控制性能的影响 (14) 5.2.2积分控制对控制性能的影响 (15) 5.2.3微分控制对控制性能的影响 (17) 5.3控制系统的整定 (18) 5.3.1控制系统整定的基本要求 (18) 5.3.2调节器参数的整定方法 (18) 5.4调节器参数的整定及调试 (20) 总结 (23) 参考文献 (24)
成绩： 综合实验报告 题目：51系列单片机闭环温度控制 班级： 小组成员： 指导教师： 完成时间：2015年11月
一、实验名称： 51系列单片机闭环温度控制实验 ——基于Protuse仿真实验平台实现 基本情况： 1.实验项目组长： 2. 小组成员： 3.具体分工：负责程序编写，主要负责查询资料与实验报告撰写。 4.实验要求： ①设计硬件电路： 温度检测：采用热电偶或热电阻 温度给定：采用电位器进行模拟电压给定，0——5V AD转采用12位转换 显示采用8位LED，或者LCD1602显示 键盘4X4，PID等参数通过键盘设置。 ②软件 控制算法：数字PID，参数在线修改。 显示窗口：显示温度的设置值SV、温度的实际值PV。 实际温度值，温度峰值、峰值时间等通过串口上传到上位机(选做)
二、实验内容 1、系统基本原理(实验原理介绍) 根据实验要求，温度闭环控制，即对加温速度、超调量、调节时间级误差参数，选择PID控制参数级算法，实现对温度的自动控制。 闭环温度控制系统原理图如下： 2、PID算法的数字实现 本次试验通过8031通过OVEN 是模拟加热的装置，加一定的电压便开始不停的升温，直到电压要消失则开始降温。仿真时，U形加热器为红色时表示正在加热，发红时将直流电压放过来接，就会制冷，变绿。T端输出的是电压，温度越高，电压就越高。 8031对温度的控制是通过可控硅调控实现的。可控硅通过时间可以通过可控硅控制板上控制脉冲控制。该触发脉冲想8031用软件在P1.3引脚上产生，受过零同步脉冲后经光偶管和驱动器输送到可控硅的控制级上。偏差控制原理是要求对所需温度求出偏差值，然后对偏差值处理而获得控制信号去调节加热装置的温度。 PID控制方程式： 式中e是指测量值与给定值之间的偏差 TD 微分时间 T 积分时间 KP 调节器的放大系数