电加热炉温度控制新版系统模型建立及控制算法.doc

东华理工学院长江学院毕业设计（论文） 题 目 电加热炉温度控制系统模型 建立及控制算法 英文题目 The Electric Heating Furnace Temperature Control System Models and Control Algorithms to Establish 学生姓名 杨芳芳专 业 自动化班 级 023122指引教师 罗先喜二零零六年六月摘要本文以电加热炉为控制对象.通过对电加热炉对象特性分析来拟定电加热炉系统构成及控制方案。而这里重要采用设计方案是普通电加热炉温度控制系统模型建立及控制算法,对电加热炉温度进行控制计算机控制系统，所含系统构造复杂，干扰多。这个系统构造简朴，实行容易。对炉温控制，采用重要是由8051单片机构成系统。此外由于PID算法具备计算量小，控制器成果简朴，静动态性能指标好等特点，则应用了PID控制算法。本文还建立电加热炉数学模型。此外在论文中也简介了史密斯预估方案，以及关于占空比，这两个问题均有在论文中提到，其中史密斯预估方案对系统稳态性能影响很大，而占空比问题也对系统温度加热时间有很大关系。出此之外，论文中还简介了电加热炉温度控制系统中要运用到重要芯片.以及这些芯片在系统中各自功能也均有简介。此论文重点讨论了电加热炉温度控制系统系统控制算法， 核心词电加热炉；温度控制；单片机；PID算法;AbstractThis method resolves the Electrical-heated furnace is the controlled target .By analyzing the characteristic of electrical-heated furnace control system. Under this condition We choose the chief in the article is the contradiction between static and dynamic performances，the computer control system for controlling the stove temperature adopt the expert system and its deficiencies are complex and has much interference .this system is easily implemented. the most important in this design is that the electric heating elements，control algorithm，and soft-ware design of the system .Besides,this methord introduce selectrical-heated by maths. And also introduce about the O.J.M des Smithidea.And also introduce other things about this method. In the method we also can find about the chip about the design ,it also includes the function about the chip. The ideas in the method what had been mentioned are all very important for me to design this method .The results of algorithm simulation prove that single neuron adaptive PSD intelligent control algorithm is simple and its effect is the better .it has very high theoretical value and practical value.The most important mental in this method is how to design the selectrical-heated by PID algorithmKey wordsselectrical-heated furnace；temperature control；Single chip micyoco；PID algorithm. 目录中文摘要与核心词英文摘要与核心词绪论11. 电加热炉温度控制系统构成 .21.1 各个重要元件电加热炉温度控制系统中功能.21.2 电加热炉温度控制系统构造框图及工作原理.21.3 系统中要用重要芯片简介31.3.1 8051芯片简介31.3.2 定期计数器51.3.3 锁存器74LS373.61.3.4 光可控硅61.3.5 8279芯片简介.101.3.6 A/D转换器.121.3.7 电源电路.131.4 电加热炉温度控制系统控制实例142.电加热炉温度控制系统控制算法152.1 电加热炉温度控制系统性能指标152.2 电加热炉温度控制系统数学模型建立152.3 PID控制器控制算法.162.3.1 PID调节器参数对控制性能影响. 182.3.2 PID控制系统参数设定及其控制系统长处. 18 2.4 电加热炉积分分离PID控制仿真研究. 203. 控制系统仿真实验图及分析 213.1 积分分离PID控制算法 213.2 占空比.25结论27道谢28参照文献29附录1.30附录249绪论电加热炉浮现，给人类生活带来了诸多以便，使人类不论是在生活还是在工业方面均有了诸多便利之处。但是电加热炉重要应用还是在生产过程、实验室及研究所。电加热炉自身可由多组炉丝提供功率，用多组温度传感器检测炉内温度，因而电加热炉属多区温度系统。控制理论从典型理论、当代理论已经发展到更先进控制理论，控制系统也由简朴控制系统、大系统发展到今天复杂系统。本文讨论电加热炉炉温控制系统由上下两组炉丝进行加热，用上下两组热电偶检测炉温。本文所采用电加热炉温度控制，采用是合用于工业控制8051单片机构成控制系统。为了减少电加热炉成本，系统规定采用实现温度闭环控制，控制温度误差范畴5C，调节温度超调量不大于30%，系统被测参数是温度，由单片机PID运算得出控制量控制光控可控硅导通和关断，以便切断或接通加热电源，调节电功率，从而控制电加热炉温度稳定在设定值上，并实时显示炉内温度，记录温度变化过程，以更好控制电加热炉工作。本系统较抱负地解决了炉温控制中平稳性、迅速性与精度之间矛盾。电加热炉是一种将电能转换为热能，在工矿公司和寻常生活中，是一种常用设备。在社会发展今天，电加热炉使用，即可以提高生产效益，节约能源，也减少了环境污染，在社会经济发展和改进人民生活质量等方面长处早已成为社会共识。随着社会经济不断发展，科技水平进步，人民生活水平提4高，将使社会带入一种新阶段。人们对热能需求质量越来越大，电加热炉优越性越发突出来，这样就浮现了一种问题，由于老式电加热炉存在一定弊端而导致能源挥霍，导致其生产效率低，其重要因素是缺少有效调节设备，导致挥霍。如何解决这一问题，满足社会需求，设计得更加科学、合理，在全国仍在探讨。并且当代电加热炉控制办法由于数学深奥、算法复杂、现场工程师难以理解和接受，因而先进控制算法推广受到制约，为克服以上种种困难，将来电加热炉以控制算法简朴，静动态性能好特点，有较高实用价值和理论价值，特别是以节约能源、保护环境方向发展。1. 电加热温度控制系统构成本次设计电阻炉温度控制系统，重要涉及8051单片机、温度控制检测元件和变送器、A/D转换器、键盘与显示屏、温度控制电路和报警电路等几种某些。1.1 各重要芯片在电加热炉温度控制系统中功能。一方面该系统选用性能价格比较高合用于工业控制MCS51系列单片机8051作为主机，具备控制以便、简朴和灵活性等特点，并且可以大幅度提高被控温度技术指标，从而能大大提高产品质量和数量。另一方面是应用了定期/计数器。定期/计数器控制寄存器TCON作用是控制定期器启、停，标志定期器溢出和中断状况。此外还应用了锁存器74LS373。74LS373片内是8个输出带三态门D锁存器，缩存器中内容可以依照设立电平高低对内容进行更新和保存。尚有应用到了光控可控硅。晶闸管又叫硅可控整流元件，常简称为可控硅不只是用5来进行可控整流它还可以用作无触点开关以迅速接通或切断电路，实现将直流电变成交流电逆变，将一种额率交流电变成另种频率交流电，8279芯片，它是一种可编程键盘/显示屏接口芯片。它含键盘输入和显示输出两种功能。A/D转换器:这里采用ADC0809 A/D转换器。通过一种串行三态输出端与主解决器或其外围串行口通信，可与主机高速传播数据，可编程输出数据长度和格式。热电偶：惯用热电偶有好各种，依照咱们实际所需要，在这里我采用铂铑。这种热电偶可在1600C如下范畴内长期工作，短期可测1800C高温。1.2 电加热炉温度控制系统构造框图及工作原理软盘显示报警显示A/D光控可控硅热电偶8051电加热炉变送器图1-1 系统构造框图工作原理：热电偶用来检测炉温，将电阻炉中温度转变成毫伏级电压信号，经温度变送器放大并转换成电流信号。由于A/D转换器接受是电压量，因此在温度变送器输出端介入电阻网络，把得到电流信号转换成电压信号。通过采样和A/D转换，所检测得到电压信号和炉温给定电压信号都转换成数字量送入到微型机中进行比较，其差值即为实际电炉和给定炉温间偏差。微型机构成数字控制器对偏差按一定控制规律进行运算，运算成果送D/A转换器转换成模仿电压，经功率放大器放大后送到晶闸管调压器，触发晶闸管并变化其导通角大小，从而控制电阻炉加温电压，起到调节炉温作用。1.3 系统中要用到重要芯片简介1.3.1 8051 8051单片机包括中央解决器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定期/计数器、并行接口、串口接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，详细简介如下：中央解决器：中央解决器(CPU)是整个单片机核心部件，是8位数据宽度解决器，能解决8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调工作，完毕运算和控制输入输出功能等操作。 数据存储器(RAM)：8051内部有128个8位顾客数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址，专用寄存器只能用于存储控制指令数据，顾客只能访问，而不能用于存储顾客数据，因此，顾客能使用RAM只有128个，可存储读写数据，运算中间成果或顾客定义字型表。程序存储器(ROM)：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存储顾客程序，原始数据或表格。定期/计数器(ROM)：8051有两个16位可编程定期/计数器，以实现定期或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据传播。全双工串行口：8051内置一种全双工串行通信口，用于与其他设备间串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。中断系统：8051具备较完善中断功能， 时钟电路：8051内置最高频率达12MHz时钟电路，用于产生整个单片机运营脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容2MCS-51引脚阐明：8051采用40Pin封装双列直接DIP构造，下图是它们引脚配备，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。功能如下阐明：Pin20:接地脚Pin40:正电源脚，正常工作或对片内EPROM烧写程序时，接+5V电源。Pin19:时钟XTAL1脚，片内振荡电路输入端。Pin18:时钟XTAL2脚，片内振荡电路输出端。输入输出(I/O)引脚：Pin39-Pin32为P0.0-P0.7输入输出脚也可作为低8位地址总线，Pin1-Pin1为P1.0-P1.7输入输出脚，Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚也可作为高8位地址总线，Pin10-Pin17为P3.0-P3.7输入输出脚还具备第二功能，功能如下图所示。Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上浮现24个时钟周期以上高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口所有为高电平，堆栈指钟写入07H，其他专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不变化RAM（涉及工作寄存器R0-R7）状态，8051初始态如下表：表1-1 8051初始态Pin30:ALE/PROE当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)输出用于锁存地址低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一种1/6时钟频率正脉冲信号，这个信号可以用于辨认单片机与否工作，也可以当作一种时钟向外输出。更有一种特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一种脉冲。如果单片机是EPROM，在编程其间，PROE将用于输入编程脉冲。Pin29:当访问外部程序存储器时，此引脚输出负脉冲选通信号，PC16位地址数据将出当前P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。4Pin31:EA/Vpp程序存储器内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB程序存储器，当EA为高电平并且程序地址不大于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不论地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器8031,EA端必要接地。2在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V编程电压。1.3.2 定期/计数器1）工作方式寄存器TMOD图1-2 TMOD寄存器M1、M0选取方式表1-2 M1、M0 选取工作方式功能选取位，当为0时，为定期器方式：当为1时为计数器方式。GATE门控位，当为0时，只要控制位TR0或TR1置1，即可启动响应定期器开始工作；当为1时，除需要TR0或TR1置1外，还需要或引脚为高电平时，才干启动响应定期器开始工作。TMOD不能进行寻址，只能用字节传送指令设立工作方式。2）定期/计数器控制寄存器TCONTCON作用是控制定期器启、停，标志定期器溢出和中断状况。定期器TCON格式如下：图1-3 TCON定期器TCON.7 TF1定期器1溢出标志。当定期器1计满溢出时，由硬件TF1置1，并且申请中断。进入中断服务程序后，由硬件自动清0。TR1定期器1运营控制位。当为1时，启动定期器1工作；当为0时，关闭定期器1工作。TF0定期器0溢出标志。TR0定期器0运营控制位。操作同上。IE1外部中断1祈求标志。IT1外部中断1触发方式选取位。IE0外部中断0祈求标志。IT0外部中断0触发方式选取位。1.3.3 锁存器74LS373 74LS373片内是8个输出带三态门D锁存器，其构造图如下。当使能端G程 高电平时锁存器中内容可以变化更新，而在返回低电平瞬间实现锁存。如此时芯片输出控制端为OE低，即输出三态门打开，锁存器中地址信息便可经由三态门输出。74LS373是带清除端CLR8D触发器。它不带三态门，但CLR端为低时，8个D触发器中内容将被清除而输出全零，因此正常工作时该端应接高电平。它在时钟端CLK输入为上升沿时触发器中内容更新，因而单片机ALE引脚应先经反相，再与该端相连接。通过咱们对她们分析最后咱们采用74LS373。(4)74LS373外部构造图如下：图1-4 74LS373外部构造图1.3.4 光控可控硅：晶闸管又叫硅可控整流元件，常简称为可控硅。普通晶闸管是一种具备三个PN结四层构造大功率半导体器件。当前，晶闸管派生器件诸多，如双向晶闸管、可关断晶闸管、光控晶闸管等，在无线电技术中应用也很广泛。事实上，晶闸管不只是川来进行可控整流它还可以用作无触点开关以迅速接通或切断电路，实现将直流电变成交流电逆变，将一种额率交流电变成另种频率交流电，等等。人们常称它为电力电子器件。1) 可控硅工作原理可控硅是P1N1P2N2四层三端构造元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一种PNP管和一种NPN管所构成。当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处在放大状态。此时，如果从控制极G输入一种正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=2ib2。由于BG2集电极直接与BG1基极相连，因此ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1集电极电流ic1=1ib1=12ib2。这个电流又流回到BG2基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环成果，两个管子电流剧增，可控硅使饱和导通。由于BG1和BG2所构成正反馈作用，因此一旦可控硅导通后，虽然控制极G电流消失了，可控硅依然可以维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没关于断功能，因此这种可控硅是不可关断。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，因此它具备开关特性，这种特性需要一定条件才干转化，如下表表1-3 可控硅导通和关断条件2) 基本伏安特性图1-5 可控硅基本伏安特性（1）反向特性当控制极开路，阳极加上反向电压时（见图3），J2结正偏，但J1、J2结反偏。此时只能流过很小反向饱和电流，当电压进一步提高到J1结雪崩击穿电压后，接差J3结也击穿，电流迅速增长，图3特性开始弯曲，如特性OR段所示，弯曲处电压URO叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向击穿。图1-6 阳极加反向电压（2）正向特性当控制极开路，阳极上加上正向电压时（见图1-6），J1、J3结正偏，但J2结反偏，这与普通PN结反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增长，图3特性发生了弯曲，如特性OA段所示，弯曲处是UBO叫：正向转折电压图1-7 阳极加正向电压由于电压升高到J2结雪崩击穿电压后，J2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大量电子和空穴，电子时入N1区，空穴时入P2区。进入N1区电子与由P1区通过J1结注入N1区空穴复合，同样，进入P2区空穴与由N2区通过J3结注入P2区电子复合，雪崩击穿，进入N1区电子与进入P2区空穴各自不能所有复合掉，这样，在N1区就有电子积累，在P2区就有空穴积累，成果使P2区电位升高，N1区电位下降，J2结变成正偏，只要电流稍增长，电压便迅速下降，浮现所谓负阻特性，见图3虚线AB段。这时J1、J2、J3三个结均处在正偏，可控硅便进入正向导电状态-通态，此时，它特性与普通PN结正向特性相似，见图2中BC段（3) 触发导通在控制极G上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区空穴时入N2区，N2区电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅内部正反馈作用（见图2）基本上，加上IGT作用，使可控硅提前导通，导致图3伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。图1-8 阳极和控制极均加正向电压（4) 普通晶闸管重要参数晶闸管重要参数有：(1)额定通态平均电流It在规定使用条件下阳极阴极间可以持续通过50H正弦半波电流平均值。(2)正向阻断峰值电压Vdrm。在门极开路，不加触发信号，容许重复加在晶闸管阳极和阴极之间正向峰值电压(手册规定重复率为50次s，持续时间不不不大于10MS)，称为正向阻断峰值电压Vdrm。(3)反向阻断峰值电压Vdrm。当晶闸管加反向电压，处在反向阻断状态时可以重复加在晶闸管两端反向峰值电压(手册规定重复率为50次s，重复时间不不不大于10MS)。 (4)门极触发电流Igt在室温下，阳极与阴极间加有6v正电压时、使元件完全开通所必要最小门极直流电流。(5)维持电流Ih。在室温和门极断路时，保持元件处在通态所必须最小通态电流。1.3.5 8279芯片简介8279 是一种可编程/显示屏接口芯片，用比较多。它含键盘输入和显示输出两种功能。键盘输入时它自动扫描，能与64个按键或传感器构成矩阵相连，接受输入信息，存入先进先出/传感器RAM；显示输出时它有一种显示RAM，其内容通过自动扫描，可由8或16位LED数码管显示。图1-9 8279芯片引脚图8279芯片各重要部件简介（1）数据总线缓冲器和I/O控制双向、三态数据总线缓冲器用与单片机数据总线相连。当CS为高，RD为低时，数据总线缓冲器信息送D7-D0；当CS为高，WR为低时，D7-D0上信息写入数据总线缓冲器。当A0=1时，读向CPU是状态字，自CPU写入是命令字；当A0=0，读、写都是数据。（2）控制及定期寄存器和控制及定期控制及定期寄存器用于寄存CPU送来命令字，在通过译码产生相应控制信号。定期是在对CLK端输入外部时钟频率N分频、得到100kHz内部定期脉冲基本上，进一步给出5.1ms键盘扫描时间、10.3ms消抖时间和显示扫描时间。（3）扫描计数器 有两种工作方式。一种是编码方式，需由外部译码器对扫描输端SL3-SL0上二进制数进行译码，以产生对键盘或显示屏扫描信号；另一种是译码方式，在内部对计数器低两位译码后送SL3-SL0输出，可做为键盘和显示屏扫描信号。（4）输入缓冲器和键盘消抖控制 输入缓冲器用与锁存SL7-SL0上信息。键盘各种方式时，当搜索到闭合键，等待10.3ms，若该键仍闭合，则将该键所在行、列号和SHIFT、CNTL键状态都写入FIFO/传感器RAM。传感器方式时，则直接将扫描时SL7-SL0上信息写入FIFO/传感器RAM。8279还可各种于选通方式，此时由选通信号STB上升沿将SL7-SL0上信息写入FIFO/传感器RAM。（5）FIFO/传感器RAM和它状态寄存器 该RAM有8个单位。在键盘和选通方式时，按写入顺序，也即先进先出原则读出。它状态寄存器存储状态字，用以指出此RAM中存储字符数，与否出错及溢出、空、满等信息。RAM中有数据时，IRQ变高。在传感器方式时，RAM每一单元存储传感器矩阵中相应列状态信息，当某一传感器状态有变化，IRQ变高。（6）显示RAM和显示地址寄存器 该RAM有6个单元，用于存储要显示笔画信息，它地址寄存器存储由CPU正在读或写该RAM某单元地址，或正在显示屏两个半字节地址。（7) 由CPU向8279写入8种命令字（a）方式命令字 用于设定8279各种方式。（b）分频命令字 用于设定分频系数N。8279复位后，该命令字为3FH。4 （c）读FIFO/传感器RAM命令字 读显示RAM命令字 在读显示RAM中数据前，必要先写入命令字。它D7、D6、D5=011，是特性位。D3、D2、D1、D0是要读起始地址。与上一命令字同样：D4=1时，每次读出后地址自动加1。（d）写显示RAM命令字 （e）屏蔽与消隐命令字 需要改写显示RAM中某单元半个字节，而规定不影响、即屏蔽它另半个字节时要写入次命令字；需要使显示熄灭、即消隐时也要写入此命令字。（f）清除命令字 在需要清除RAM中内容等状况下，写入此命令字。它（g）结束中断/设定出错命令字 它有两中功能。8279状态字格式为：D7当执行清除命令字为1，此时写显示RAM无效。D6位如为1，在N键依次读出方式时，表达出错；而在传感器方式时，表达至少有一种产肝气闭合。D5、D4、D3位分别在FIFO/传感器RAM溢出、已空或全满时置1。D2、D1、D0表达FIFO/传感器RAM中字符数。8279数据格式为：在键盘方式下，D7、D6分别表达CNTL键和SHIFT键状态；D5、D4、D3表达扫描计数器数值，也即键盘行号；D2、D1、D0表达由RL7-RL0拟定闭合键列号。在传感器方式和选通方式时，则D7-D6分别与RL7-RL0值相相应。2当8279CS为高电平时，8279才进入工作状态，即CS=1A0=1时是命令状态字假设别的全为低电平：即为 1000 0000 0000 0001=8001HA0=0时是数据口地址假设别的全为低电平：即为 1000 0000 0000 0000=8000H1.3.6 A/D转换芯片普通常用有四种A/D转换电路，其用途与性能见下表：表1-4 常用4种A/D转换电路用途与性能A/D转换电路性能 用途计数器式最简朴，价格低，转换速度很慢用得少双积分式精度高，能消除干扰，转换速度也慢用得多，多见于数字式仪表逐次逼近式转换速度快用得最多并行式转换速度最快，但硬件多，成本高只用于规定转换速度不久场合这里选用是ADC0809转换芯片。ADC0809转换芯片是8位、逐次比较式A/D转换芯片，具备地址锁存控制8路模仿开关。应用单一+5V电源，其模仿量输入电路范畴为05V，相应数值量输出为00HFFH，转换时间为100us,不必调零或调节满量程。 图1-10 ADC0809芯片引脚图ADC0809有28个引脚，在精度规定不太高状况下，供电电源就用做基准电源。该芯片中START是芯片中起动引脚。其上脉冲下降沿起动一次新A/D转换；EOC是转换结束信号，可用于向单片机申请中断或供单片机查询；OE是输出容许端；CLK是时钟端，因芯片时钟频率最高只可工作于640kHZ，故普通由单片机ALE引脚经分频后接向该引脚；1.3.7 电源电路图1-11 电源电路在此电路里稳压器7805压降是2.5V，偏移电流是6mA，咱们需要电压是5V，电路提供电压是9V，则电阻承担电压为1.5V，由此得 ( 1-1)图1-12 电压波形图1.4 电加热炉温度控制系统控制实例在诸多行业中有大量应用电加热设备，如用于热解决加热炉，用于融化金属干果电阻炉及各种不同用途温箱等，人们都需要对它们温度进行监测和控制。以上是设计系统中要用重要芯片简介。2. 电加热炉控制系统控制算法随着当代工业不断发展，在冶金、化工、机械等各类工业制造中，电加热炉得到了广泛应用。其温度控制具备非线性大、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点，在老式控制中遇到了极大困难。在本文中，采用算法简朴，效果好PID控制算法，与普通控制算法相比，具备计算量小，控制成果简朴，静动态性能较好等特点，有较高使用价值。2.1 电加热炉温度控制系统性能指标在这里讨论电加热炉炉温控制由上下两组炉丝进行加热，用上下两组热电偶检测炉温，为了减少电加热炉成本，炉丝采用电阻丝直接加热，系统规定采用实现温度闭环控制，控制温度误差范畴5，调节温度超调量不大于30%，系统被测参数是温度，由单片机PID运算得出控制量控制光控可控硅导通和关断，以便切断或接通加热电源，调节电功率，从而控制电加热炉温度稳定在设定值上，并实时显示炉内温度，记录温度变化过程，以更好控制电加热炉工作。本系统较抱负地解决了炉温控制中平稳性、迅速性与精度之间矛盾。与电阻炉时间常数相比，晶闸管调压器、温度变送器、功率放大器等环节都可以简化成比例环节。在设计过程中不论用哪种办法得到控制系统参数，直接使用时控制效果不一定较好，必要结合实际调试来选取数字控制器参数。所谓设计过程中调试，就是按照公式计算出参数数值，然后送入到微机中运营，观测效果，如果效果不好，则对相应值作某些修改，始终调试到满意控制效果为止。调试过程中，先按比例调节规律运营，比例系数由小到大地变化；然后加入积分调节规律，积分时间常数有大到小地变化。2.2 系统数学模型建立电加热炉自身由上下两组炉丝加热，用上下两组热电偶检测炉内温度。因而电加热炉为一双输入双输出受控对象。由于在各类工业控制中，时滞现象相称普遍，对于许多大时间常数系统，也可以用恰当时间常数加纯滞后环节来近似。因而，可以用阶跃响应近似拟定电加热炉持续模型。本文采用被控对象数学模型为： (2-1) 由于电加热炉自身是一种较复杂被控对象，它具备非线性，时变和分布参数等特性。因此普通咱们把这个双输入双输出系统分解成两个单输入单输出系统，数学模型为上式。两个系统输入输出之间互相影响看作是干扰。假设检测元件函数模型为H(s)，依照反馈控制系统图可得到系统传递函数。工作原理：热电偶可将检测温度转换成mV级电压信号，经温度变送器放大后，送入A/D转换器，转换成数字量送入计算机，与设定值进行比较，经PID调节后，输出驱动信号，控制光控可控硅导通与关断，从而达到调节温度目。若检测实际值与设定值相比，高则报警，低则控制继续加热。图2-1 反馈控制系统图中G(s)与Gc(s)分别为控制器和被控对象传递函数模型，其闭环传递函数为： (2-2)由以上公式得到PID传递函数： (2-3)2.3 PID控制器控制算法如下简介了其中一种积分分离PID控制控制算法。图2-2 具备积分分离PID控制过程持续系统PID调节器为对误差比例、积分和微分控制，即 (2-4)或 (2-5)式中：Ti、Td分别为积分和微分时间常数；Kp、Ki、Kd分别为比例系数、积分系数、微分系数。在计算机控制系统中使用是PID数字调节器，就是对式(2-4)离散化 ，令 (2-6) 式中，T是采样周期。由式（2-4）与式（2-6）可得 (2-7)式（2-7）称为位置式PID控制算法。由于位置式算法输出在计算过程中容易产生积分饱和作用，导致控制器响应速度变慢，并且由于积分累积作用，在手动和自动切换时，很难做到无扰动切换。因而，人们又提出一种新控制算法，PID增量式控制算法： (2-8)在普通数字PID数字控制器中引入积分环节目，重要是为了消除静差、提高精度，但在过程启动、结束或大幅度增减设定植时，会导致PID运算积分积累，致使算得控制量超过执行机构也许最大动作范畴所相应极限控制量，最后引起系统较大超调，甚至引起系统振荡，这是大多数工业生产所不容许，为了避免上述状况发生，才用积分分离PID控制算法，及保持了积分作用，又可以减小超调量，使得控制性能有了较大改进，其详细实现如下：（1）依照实际状况，设定一阈值0。（2）当|e(k)|时，也即偏差值|e(k)|比较大时，采用PD控制，可避免过大超调，又使系统有较快响应。（3）当|e(k)|时，也即偏差值|e(k)|比较小时，采用PID控制，可保证系统控制精度。对于算法实现，可在积分项乘一种系数，按下式取值： (2-9) 当|e(k)|时，即=0，进行PD控制，PD控制算法为： (2-10)当|e(k)|时，即=1，进行PID控制，PID控制算法为： (2-11)2.3.1 PID调节器参数对控制性能影响1）、比例控制Kp对系统性能影响（1）对动态性能影响比例控制Kp加大，使系统动作敏捷，速度加快，Kp偏大，振荡次数加多，调节时间加长。当Kp太大时，系统回趋遇不稳定。若Kp太小，又会使系统动作缓慢。（2）对稳态性能影响加大比例控制Kp，在系统稳定状况下，可以减小稳态误差ess,提高控制精度，但是加大Kp只是减少ess,却不能完全消除稳态误差。2） 积分控制Ti对控制性能影响积分控制普通与比例控制或微分控制联合使用，构成PI控制或PID控制。（1） 对动态性能影响积分控制Ti普通使系统稳定性下降。Ti太小系统将不稳定。Ti偏小，振荡次数较多。Ti太大，对系统性能影响减少。当Ti适当时，过渡特性比较抱负。（2） 对稳态性能影响积分控制Ti能消除系统稳态误差，提高控制系统控制精度。若是太大时，积分作用太弱，以致不能减小稳态误差