1、目 錄 烤箱連續(xù)溫度控制系統(tǒng) .1 1 設(shè)計(jì)概述.1 1.1 任務(wù)分析.1 1.2 整體方案.2 2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).3 2.1.1 8155 接口電路.3 2.1.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路.4 2.1.3 溫度檢測(cè).5 2.1.4 電阻爐.5 2.1.5 電力電子裝置.6 2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).7 2.2.1 主程序 .8 2.2.2 T0 中斷服務(wù)程序.8 3 控制過程說明.9 3.1 環(huán)節(jié)分析.9 3.2 調(diào)節(jié)規(guī)律.9 3.3 干擾分析.11 3.4 PID控制MATLAB仿真及參數(shù)整定 .11 參考文獻(xiàn) .14 烤箱連續(xù)溫度控制系統(tǒng) 摘 要 自動(dòng)控制系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域尤其是工業(yè)領(lǐng)域中有著及其

2、廣泛的應(yīng)用，溫度控制是控制 系統(tǒng)中最為常見的控制類型之一。隨著電力電子和單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過芯片對(duì) 被控對(duì)象進(jìn)行控制日益成為今后自動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā) 展，人們需要對(duì)各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。采用單 片機(jī)來對(duì)他們控制不僅具有控制方便，簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被 控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。 傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和 數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好的解決。溫度是工業(yè)對(duì)象中的一個(gè)重要的被控參數(shù)。然而所 采用的測(cè)溫元件和測(cè)量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控

3、制溫度的精度也不相同。因 此對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不相同。傳統(tǒng)的控制方式以不能滿足高精度， 高速度的控制要求。 近幾年來快速發(fā)展了多種先進(jìn)的溫度控制方式，如：PID 控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 及遺傳算法控制等。這些控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡(jiǎn)便，而且 使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。本系統(tǒng)所使用的加熱器件是 電爐絲，功率為三千瓦，要求溫度在 4001000。靜態(tài)控制精度可以達(dá)到 2.43。 本設(shè)計(jì)主要有四部分組成：（1）單片機(jī)控制器設(shè)計(jì)；（2）電力電子控制裝置； （3）溫度檢測(cè)變送部分 1 設(shè)計(jì)概述設(shè)計(jì)概述 1.1 任務(wù)分析 電烤箱是一種應(yīng)用廣

4、泛的食品加工設(shè)備 .電烤箱本身是個(gè)熱容系統(tǒng) ,具有大純滯后和 大慣性 ;由于家用烤箱的外殼很薄 ,封閉性不好 ,與環(huán)境溫差越大散熱越快 ,具有非線性 ; 同時(shí)對(duì)象的參數(shù)還受箱內(nèi)食品種類和數(shù)量的影響。 電阻爐是利用電流通過電熱體元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能來加熱或者熔化工件和物料的 熱加工設(shè)備。 電阻爐由爐體、電氣控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成。爐體由爐殼、加熱器、爐襯（包括 隔熱屏）等部件組成。電氣控制系統(tǒng)包括電子線路、微機(jī)控制、儀表顯示及電氣部件等。 輔助系統(tǒng)通常指?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，雖爐種的不同而已。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用 如下圖所示。 給定溫度控制器電氣執(zhí)行裝置電爐 溫度檢測(cè)變送器 圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框

5、圖 如圖 1 所示，該系統(tǒng)為單閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由控制器，執(zhí)行器，被控對(duì)象，檢測(cè) 變送裝置構(gòu)成。其中溫度控制器及比較環(huán)節(jié)可以由單片機(jī)構(gòu)成；電爐溫度主要是由其電 流來決定，因此可以利用電力電子裝置組成電流可控的執(zhí)行裝置；檢測(cè)變送器則可以用 熱電偶及相關(guān)信號(hào)處理電路來構(gòu)成。對(duì)于該系統(tǒng)而言，冷工件進(jìn)入電爐加熱時(shí)對(duì)電爐溫 度造成的影響是系統(tǒng)的主要干擾因素。 1.2 整體方案 由單片機(jī)完成溫度測(cè)量、控制，顯示等功能。用溫度傳感器測(cè)量溫度值，其選用 AD590,經(jīng)過運(yùn)算放大器組成的信號(hào)調(diào)理電路變成 05V 電壓信號(hào)，由 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)。單片機(jī)的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成

6、模擬量，由運(yùn)算放大 器電路變成 05V 電壓信號(hào)，控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通角，進(jìn)而控制被控對(duì)象的輸出功率。 由單片機(jī)完成溫度測(cè)量、控制，顯示等功能。用溫度傳感器測(cè)量溫度值，其選用標(biāo)準(zhǔn) 鉑電阻 pt100,經(jīng)過運(yùn)算放大器組成的信號(hào)調(diào)理電路變成 05V 電壓信號(hào)，由 A/D 轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)。單片機(jī)的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量，由運(yùn) 算放大器電路變成 05V 電壓信號(hào)，控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通角，進(jìn)而控制被控對(duì)象的輸 出功率。2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 電烤箱溫度控制系統(tǒng)是以 MS-5l 單片機(jī)為控制核心，輔以采樣反饋電路，驅(qū)動(dòng)電路， 晶閘管主電路對(duì)電爐爐溫

7、進(jìn)行控制的微機(jī)控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖可表示為:系統(tǒng)采用 單閉環(huán)形式，其基本控制原理為:將溫度設(shè)定值(即輸入控制量)和溫度反饋值同時(shí)送入控制 電路部分，然后經(jīng)過調(diào)節(jié)器運(yùn)算得到輸出控制量，輸出控制量控制驅(qū)動(dòng)電路得到控制電 壓施加到被控對(duì)象上，電爐因此達(dá)到一定的溫度。 圖 2 控制電路的設(shè)計(jì) 2.1 8155 接口電路 8155 芯片內(nèi)具有 256 個(gè)字節(jié)的 RAM，兩個(gè) 8 位、一個(gè) 16 位的可編程 I/O 口和一個(gè) 14 位計(jì)數(shù)器。它與 51 型單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用的芯片。 圖 4 帶有 I/O 接口和計(jì)時(shí)器的靜態(tài) RAM8155 8155 用作鍵盤/LED 顯示器接口

8、電路，當(dāng) IO/為高電平時(shí)，8155 選通片內(nèi)的 I/O 端M 口。A,B,C 三個(gè)口可以作為擴(kuò)展的 I/O 口使用，MCS51 單片機(jī)的 PO 口與 8155 的 AD0AD7 相連。 此時(shí) P0 輸出的低 8 位地址只有 3 位有效，用于片內(nèi)選址，其他位無用。使用 A,B,C 三個(gè)口時(shí)，首先向命令寄存器寫入一個(gè)控制字以確定三個(gè)口的工作方式。如果寫入的控 給定值 8051 控制電 路 驅(qū)動(dòng)電 路 電 路 晶閘管 主電路 控制 對(duì)象 輸出 溫度 采樣電路 制字規(guī)定他們工作于方式或方式下，則這三個(gè)口都是獨(dú)立的基本 I/O 口。可以直接利 用 MOVX A,DPTR 或 MOVX DPTR,A 指

9、令完成這三個(gè)口的讀/寫（輸入/輸出）操作。 工作在方式或方式時(shí)，C 口用作控制口或部分用于控制。 MCS51 單片機(jī)可以和 8155 直接連接，不需要任何外加電路，給系統(tǒng)增加了 256 個(gè) 字節(jié)的 RAM、22 位 I/O 線及一個(gè)計(jì)數(shù)器。當(dāng) P2.00 且 P2.1=0 時(shí)，選中 8155 的 RAM 工作；在 P2.0=1 和 P20=0 時(shí)，8155 選中片內(nèi)三個(gè) I/O 端口。相應(yīng)地址分配為： 0000H-00FFH 8155 內(nèi)部 RAM 0100H 命令/狀態(tài)口 0101H A 口 0102H B 口 0103H C 口 0104H 定時(shí)器低八位口 0105H 定時(shí)器高八位口 2.

10、2 A/D 轉(zhuǎn)換電路 圖 5 A/D 轉(zhuǎn)換電路圖 ADC0809 的 IN0 和變送器輸出端相連，故 IN0 上輸入的 0V-+5V 范圍的模擬電壓經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后可由 8051 通過程序從 P0 口輸入到它的內(nèi)部 RAM 單元。首先輸入地址選擇信 號(hào)，在 ALE 信號(hào)作用下，地址信號(hào)被鎖存，產(chǎn)生譯碼信號(hào)，選中一路模擬量輸入。然后 輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào) START 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束，數(shù)據(jù)送三態(tài)緩沖鎖存器，同時(shí)發(fā)出 EOC 信號(hào)。在允許輸入信號(hào) OE 的控制下，再將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入到外部數(shù)據(jù)總線。 2.3 溫度檢測(cè) 圖 6 溫度檢測(cè)電路 溫度的檢測(cè)通常用兩種方法：熱電阻和熱電偶。熱電阻一般用于溫

11、度低一些的地方， 而熱電偶則用于溫度比較高的地方。這里是要檢測(cè)電爐的溫度，因此選擇使用熱電偶。 對(duì)于 01000的溫度,可以使用鎳鉻熱電偶，分度號(hào)為 EU，其輸出信號(hào)為 041.32 mA，經(jīng)毫伏變送器,輸出 010mA，然后再經(jīng)過電流電壓變換電路轉(zhuǎn)換為 05V。為了提 高控制精度，可將變送器進(jìn)行零點(diǎn)遷移，例如溫度測(cè)量范圍改為 4001000熱電偶給出 16.441.32 mA 時(shí)，使變送器輸出 010mV，這樣使用 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，能使量化誤差 達(dá)到2.34。為了消除誤差,還必須考慮進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。具體電路如圖 5 所示。 2.4 電阻爐 電阻爐即為該系統(tǒng)的被控對(duì)象。其工作原理是將

12、電能轉(zhuǎn)化為電阻爐的熱能。根據(jù)焦 耳定律可知： 2 QI Rt 其中 I 為流過電熱絲的電流，R 為電熱絲電阻，t 為工作時(shí)間。 很明顯改變電流就可以調(diào)節(jié)電阻爐的發(fā)熱功率，而且電阻爐屬于純電阻負(fù)載，要改 變其電流，只需要改變它的工作電壓就行了。 另外，電阻爐通常會(huì)給系統(tǒng)帶來很大的純滯后時(shí)間，致使系統(tǒng)開環(huán)相頻特性相角滯 后過大，造成閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。為了解決這一問題，通常可以采用采樣控制的方式。 讓控制系以一定的時(shí)間間隔采樣一次被控參數(shù)，與設(shè)定值進(jìn)行比較后，經(jīng)控制運(yùn)算輸 出控制信號(hào)，然后保持該控制信號(hào)不變，保持時(shí)間必須大于純滯后時(shí)間。 0 圖 7 采樣控制過程結(jié)構(gòu)圖 2.5 電力電子裝置 電力電

13、子裝置作為該系統(tǒng)的執(zhí)行器，由電阻爐工作原理的分析可知，它的任務(wù)是改 變供給電阻爐的電壓。這里使用的是交流調(diào)功電路的方式。 利用過零型雙向晶閘管的觸發(fā)特性，只有當(dāng)其兩端電壓過零時(shí)控制端上施加觸發(fā)信 號(hào)，它才導(dǎo)通；一旦導(dǎo)通，只有再次過零時(shí)才被關(guān)斷，針對(duì)這一特點(diǎn)，本系統(tǒng)采取了控 制在 M 個(gè)電網(wǎng)周期內(nèi)晶閘管導(dǎo)通的周期數(shù) m（0mM）的方法來控制輸出平均電壓。 為簡(jiǎn)單起見，可以使控制運(yùn)算說的控制量 u 和實(shí)際導(dǎo)通周期 m 直接對(duì)應(yīng)。 同步檢測(cè)電路檢出電網(wǎng)電壓信號(hào)的過零點(diǎn)，形成過零同步信號(hào)，并接到 CPU 的中斷 請(qǐng)求輸入端，以提供觸發(fā)參考點(diǎn)和控制周期 M 的計(jì)數(shù)信號(hào)。需要注意的是，同步檢測(cè)電 路和電阻

14、爐加熱回路的電源必須是同相的，以保證觸發(fā)信號(hào)的同步。 、 圖 8 過零型雙向晶閘管的觸發(fā)特性 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 為保證驅(qū)動(dòng)電路可靠工作，其驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)滿足如下要求： 1）動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，能提供驅(qū)動(dòng)脈沖，使加熱電路迅速導(dǎo)通。 2）能提供適當(dāng)?shù)恼蚱珘汉妥銐虻姆聪蚱珘海辜訜犭娐房煽康拈_通和關(guān)斷。 3)有足夠的輸入輸出電氣隔離能力，使信號(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路隔離，且具有靈敏 的短路、過流保護(hù)功能。 所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路如圖 9 所示。 OPT OISO1 Q1 Q2 R1 R2 R4 R5 R6 R3 +5V OUT G1 E -10V GND +15V 圖 9 驅(qū)動(dòng)電路工作原理電路 Q1，Q2 組成功率放大

15、電路，OUT1、OUT3 來自控制電路。該驅(qū)動(dòng)電路能安全接受 輸入信號(hào)，在接到正確的控制信號(hào)后對(duì)加熱電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，加熱電路開始工作，對(duì)外部 進(jìn)行加熱，最大功率可達(dá)到 2000W。從而實(shí)現(xiàn)電烤箱的加熱過程。 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 3.1 主程序 圖 10 主程序流程圖 應(yīng)當(dāng)注意：由于 T0 被設(shè)定為計(jì)數(shù)器方式 2，初值為 06H，故它的溢出中斷時(shí)間為 250 個(gè)過零同步脈沖。為了系統(tǒng)正常工作，T1 中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間必須滿足 T0 的制一時(shí) 間要求，因?yàn)?T1 的中斷是嵌套在 T0 中斷之中的。 3.2 T0 中斷服務(wù)程序 T0 中斷服務(wù)程序是溫度控制系統(tǒng)的主程序，用于啟動(dòng) A/D

16、轉(zhuǎn)換器，讀如數(shù)據(jù)采樣， 數(shù)字濾波，越權(quán)溫度報(bào)警和處理，PID 計(jì)算和輸出可控硅的同步觸發(fā)脈沖等。P1.3 引腳上 輸出的該同步脈沖寬度由 T1 計(jì)數(shù)器的溢出中斷控制，8051 利用等待 T1 溢出中斷空隙時(shí) 間完成把本次采樣數(shù)值轉(zhuǎn)換成顯示值而放入顯示緩沖區(qū)和調(diào)用溫度顯示程序，8051 從 T1 中斷服務(wù)程序返回后便可以恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)和返回主程序，以等待下次 T0 中斷。 4 控制過程說明控制過程說明 4.1 環(huán)節(jié)分析 以熱電偶為主要組成的溫度檢測(cè)變送環(huán)節(jié)，主要是用來檢測(cè)電阻爐的爐溫，并以電 信號(hào)的形式反饋給系統(tǒng)，使系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)。根據(jù)熱電偶的工作原理，電阻爐爐溫越高， 其導(dǎo)體兩端的電壓差就越大，最后反

17、饋給系統(tǒng)的電壓信號(hào)也越大。因此溫度檢測(cè)變送器 屬于正作用。 從電阻爐工作原理的分析可知，提供給電阻爐的平均工作電壓越高，其平均電流就 越大，根據(jù)焦耳定律，它的發(fā)熱功率就越大。因此被控對(duì)象電阻爐也屬于正作用。 作為執(zhí)行器的電力電子裝置是一種交流調(diào)功電路，它的輸出主要是由觸發(fā)信號(hào)來控 制的。而觸發(fā)信號(hào)是由控制器的輸出信號(hào)經(jīng)過處理放大后形成的，即輸入越大，輸出也 越大。所以執(zhí)行器也是正作用。 本系統(tǒng)的控制器是用單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)字調(diào)節(jié)器，比較環(huán)節(jié)也有單片機(jī)來完成。調(diào)節(jié) 器的輸出決定于被控參數(shù)的測(cè)量值與設(shè)定值之差，被控參數(shù)的測(cè)量值與設(shè)定值變化，對(duì) 輸出的作用方向是相反的。為了使本系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋，應(yīng)該選

18、擇為反作用，即隨著 測(cè)量值的增加，調(diào)節(jié)器的輸出要隨之減小；反之當(dāng)測(cè)量值減小時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出要增大。 4.2 調(diào)節(jié)規(guī)律 這里使用的是經(jīng)典控制中最常用的 PID 調(diào)節(jié)方式。另外由于采用數(shù)字控制器，因此 必須使用離散的 PID 控制算法。 PID 控制器是指按偏差的比例（P） 、積分（I）和微分（D）進(jìn)行控制的 PID 控制器 （亦稱 PID 調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器。它具有原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)， 適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立，參數(shù)的選定比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；而且在理論上可以證明， 對(duì)于過程控制的典型對(duì)象“一階滯后純滯后”與“二階滯后純滯后”的控制對(duì)象，PID 控制器是一種最優(yōu)控制。PID 調(diào)節(jié)

19、規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參 數(shù)整定方式簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)改變靈活（PI、PD） 。 數(shù)字 PID 控制器的原理是將 PID 參量離散化。 在工業(yè)上，偏差控制又稱為 PID 控制，這是工業(yè)控制中常用的控制形式，一般能收 到令人滿意的效果。 PID 控制上目前包含三種比較簡(jiǎn)單的 PID 控制算法，分別是：增量式算法，位置式算 法，微分先行。 這三種 PID 算法雖然簡(jiǎn)單，但各有特點(diǎn)，基本上能滿足一般控制的大多 數(shù)要求。本設(shè)計(jì)中草用的是增量式 PID 算法。 控制論告訴我們，PID 控制的理想方程是： （1.1） 1 1 () pD de UKEedtT Tdt 式中 e 測(cè)量值與給定

20、值之間的偏差; TD 微分時(shí)間: T - 積分時(shí)間; KP 調(diào)節(jié)器的放大系數(shù). 將上式離散化得到數(shù)字PID位置式算法，在位置式算法的基礎(chǔ)之上得到數(shù)字PID增量 式算法： （1.2） 11012 101 ()(2) () n pnnnnnn pnnnn U KeeK eK eee KeK eKee 比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。Kp 偏大，振蕩次數(shù) 加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。Kp 太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。Kp 太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。 Kp 可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以控制對(duì)象的特性決定的。如果 Kp 的符 號(hào)選擇不當(dāng)對(duì)象狀態(tài)就會(huì)離控制目標(biāo)的狀態(tài)越來越遠(yuǎn)，如

21、果出現(xiàn)這樣的情況 Kp 的符號(hào)就 一定要取反。 積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，Ti 小（積分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn) 態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。 微分作用可以改善動(dòng)態(tài)特性，Td 偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。Td 偏小時(shí)， 超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)。只有 Td 合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間。 4.3 干擾分析 在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過程之中都要求系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作。但是由于各種原因，往往 會(huì)出現(xiàn)一些不可預(yù)料的干擾因素破壞系統(tǒng)原先設(shè)計(jì)好的運(yùn)行狀態(tài)，這就要求系統(tǒng)本身要 有一定得抗干擾能力，能夠在收到干擾的情況下自動(dòng)恢復(fù)原來的工作狀態(tài)。 如圖 1 所示，冷工件進(jìn)入電爐加熱時(shí)對(duì)電爐

22、溫度造成的影響是系統(tǒng)的主要干擾因素。 工件加熱的過程本身也并非是一個(gè)溫度線性上升的過程。當(dāng)工件剛進(jìn)入爐中時(shí)，會(huì)導(dǎo)致 檢測(cè)到的溫度陡然降低很多。此時(shí)溫度檢測(cè)變送裝置將溫度信號(hào)反饋回去，與給定值進(jìn) 行比較，會(huì)發(fā)現(xiàn)偏差的陡然增大，于是控制器輸出也增大。電力電子裝置輸出增大，電 阻爐的加熱功率也就隨之增大，使得爐內(nèi)溫度能夠盡快回到穩(wěn)定值。另外，若是由于電 網(wǎng)波動(dòng)原因，令電阻爐在每一時(shí)段內(nèi)輸出偏高，而造成爐溫過高，經(jīng)檢測(cè)變送裝置也會(huì) 回饋到控制器上，控制器輸出會(huì)隨之減小，從而使輸出減小，電阻爐發(fā)熱功率也減小， 最終使?fàn)t內(nèi)恢復(fù)正常。 本系統(tǒng)屬于單閉環(huán)控制系統(tǒng)。同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點(diǎn)。在

23、 反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化） ，只要被控制量偏離規(guī) 定值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它本身就具有抑制干擾的能力，對(duì) 元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。因此閉環(huán)控制系統(tǒng)也是工業(yè)上應(yīng)用得 最多的一種控制結(jié)構(gòu)。 當(dāng)然對(duì)于一些特殊的場(chǎng)合簡(jiǎn)單的 PID 控制規(guī)律和單閉環(huán)結(jié)構(gòu)可能也滿足不了要求， 這就要求使用更為復(fù)雜的控制規(guī)律和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 4.4 pid 控制 matlab 仿真及參數(shù)整定 因?yàn)槭鞘褂?matlab 對(duì)參數(shù)進(jìn)行確定，所以可以選擇穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法） ，選 擇的模擬控制模型如圖中所示，即用一個(gè)一階環(huán)節(jié)和一個(gè)純比例滯后來模擬。純滯后

24、時(shí) 間為 4（若選擇大于一階環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)的純滯后時(shí)間常數(shù)則必須采用串級(jí)、前饋控制） 。 根據(jù)純比例控制系統(tǒng)臨界振蕩試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)（臨界比例度 Pm和振蕩周期 Tm） ，按經(jīng) 驗(yàn)公式求出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。 圖 11 電烤箱仿真原理圖 首先，置調(diào)節(jié)器 Ti ， Td=0，比例度 P 較大值，將系統(tǒng)投入運(yùn)行；再逐漸減小 P ，加干擾觀察，直到出現(xiàn)等幅減振蕩為止。記錄此時(shí)的臨界值 Pm=1.31 和 Tm=12。 按照穩(wěn)定邊界法整定參數(shù)計(jì)算表，得 pid 控制器的各參數(shù) p=1.36 ti=6 td=1.5 圖 12 系統(tǒng)臨界振蕩時(shí)輸出波形 圖 13 參數(shù)整定后 pid 控制輸出波形 總結(jié)體會(huì) 本設(shè)計(jì)使用無