基于數(shù)字PID的電阻爐溫度控制畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

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1、2013畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于數(shù)字PID的電阻爐溫度控制摘要溫度是工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一，本文通過(guò)設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)，體現(xiàn)PID在模擬量信號(hào)檢測(cè)與控制中應(yīng)用的優(yōu)越性。本文中被控對(duì)象是電爐，在爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)中，爐溫經(jīng)過(guò)熱電偶檢測(cè)和溫度變送器的轉(zhuǎn)換，變?yōu)橄鄳?yīng)的電壓信號(hào)，送往PLC控制器，再經(jīng)過(guò)模擬量輸入/輸出模塊（A/D）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并由程序?qū)⒔o定的溫度值與測(cè)量值比較，然后根據(jù)偏差大小按比例調(diào)節(jié)規(guī)律，計(jì)算出校正量。通過(guò)模擬量輸入/輸出模塊的輸出控制作用，消除爐溫的偏差，從而使?fàn)t溫達(dá)到并穩(wěn)定在給定的數(shù)值上。關(guān)鍵

2、詞PLC，溫度控制，PID調(diào)節(jié)2013畢業(yè)設(shè)計(jì)論文2013畢業(yè)設(shè)計(jì)論文目錄摘要1緒論11.1課題背景、目的及意義11.1.1課題背景11.1.2課題的目的及意義11.2本文結(jié)構(gòu)安排12PID控制系統(tǒng)的概況22.1PID控制系統(tǒng)的概述22.2PID的實(shí)現(xiàn)意義22.3PID的作用價(jià)值32.5PID的系統(tǒng)分類42.5.1開環(huán)控制系統(tǒng)42.5.2閉環(huán)控制系統(tǒng)42.5.3階躍響應(yīng)52.6PID的調(diào)節(jié)方法52.7PID的工作原理72.7.1比例（P）控制72.7.2積分（I）控制72.7.3微分（D）控制73控制的實(shí)現(xiàn)83

3、.1控制原理圖83.2各獨(dú)立模塊方案論證93.2.1溫度檢測(cè)模塊93.2.2變頻調(diào)速模塊103.2.3主控模塊PLC113.2.4功率輸出電路及其控制原理的分析123.2.5顯示電路設(shè)計(jì)133.2.6按鍵接入133.2.7報(bào)警電路設(shè)計(jì)133.2.8溫度調(diào)節(jié)模塊143.2.9硬件總框圖144系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)144.1主要的工作流程圖144.2PID控制器的參數(shù)整定154.3數(shù)字PID在電阻爐溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用175結(jié)論206參考文獻(xiàn)212013畢業(yè)設(shè)計(jì)論文1緒論1.1課題背景、目的及意義1.1.1課題背景隨著電子行

4、業(yè)的飛速發(fā)展，IC技術(shù)的不斷提高，PID在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)各行業(yè)發(fā)揮了重要作用。它因?yàn)榧啥雀?，體積小，運(yùn)行可靠，應(yīng)用靈活，價(jià)格低，面向控制等特點(diǎn)得到了廣大工程技術(shù)人員的好評(píng)。在溫度控制方面，PID能夠代替以前常規(guī)的模擬調(diào)節(jié)器。目前，我國(guó)在這些方面的技術(shù)水平與歐美等擁有先進(jìn)制造技術(shù)的國(guó)家還有一定的差距。我們波撇需要培養(yǎng)和訓(xùn)練能夠設(shè)計(jì)智能化，自動(dòng)化設(shè)備的工程技術(shù)人才。智能作為現(xiàn)在的新發(fā)明，是以后的發(fā)展發(fā)祥和趨勢(shì)，他能夠按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)環(huán)境里自動(dòng)運(yùn)作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。爐溫控制就是其中的一個(gè)。

5、本設(shè)計(jì)介紹了利用PID進(jìn)行爐溫控制系統(tǒng)的基本組成，工作原理，程序設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的抗干擾措施。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用型強(qiáng)，有較高自能化，人性化特點(diǎn)。1.1.2課題的目的及意義本次設(shè)計(jì)選擇“電爐溫度控制的PID控制設(shè)計(jì)”是為了更好地學(xué)習(xí)和研究PID電氣設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，掌握電路設(shè)計(jì)的方法和技巧。學(xué)會(huì)如何將學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，怎么能夠活學(xué)活用。深入的了解電子元器件的使用方法，了解各個(gè)元器件的基本用法，能夠靈活敏捷的判斷電路中出現(xiàn)的故障，學(xué)會(huì)獨(dú)立設(shè)計(jì)，積累更多的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)焊接能力和技巧，同時(shí)在實(shí)踐過(guò)程中鍛煉查閱，

6、歸納質(zhì)料的能力，提高理論知識(shí)聯(lián)系動(dòng)手能力。1.2本文結(jié)構(gòu)安排本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以PID為控制核心，加以溫度檢測(cè)電路，變頻調(diào)速器，D/A轉(zhuǎn)換器以及其他電路構(gòu)成。系統(tǒng)由PID通過(guò)對(duì)溫度檢測(cè)電路檢測(cè)到的溫度加以分析，與給定的對(duì)應(yīng)所要控制的多組溫度值進(jìn)行比較，找出溫度值所在范圍，根據(jù)PLC中設(shè)置的PID參數(shù)，輸出相應(yīng)溫度初值對(duì)應(yīng)的受控對(duì)象電機(jī)的轉(zhuǎn)速初值，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬電壓，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)為變頻器的頻率，控制變頻調(diào)速裝置，帶動(dòng)被控對(duì)象，并且把被控對(duì)象的轉(zhuǎn)速經(jīng)變換電路和D/A轉(zhuǎn)換器反饋到PLC中，與輸出的轉(zhuǎn)速初值進(jìn)行比較，其偏差被

7、PID程序計(jì)算后重新輸出，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。本系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，靈活，可擴(kuò)展性好，具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，精度高，控制效果好的優(yōu)點(diǎn)。2PID控制系統(tǒng)的概況2.1PID控制系統(tǒng)的概述PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其輸入e(t）與輸出u(t）的關(guān)系為：u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt]式中積分的上下限分別是0和t因此它的傳遞函數(shù)為：G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]。其中kp為比例系數(shù)；TI為積分

8、時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)。PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有70多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。這個(gè)理論和應(yīng)用自動(dòng)控制的關(guān)鍵是，做出正確的測(cè)量和比較后，如何才能更好地糾正系統(tǒng)。2.2PID的實(shí)現(xiàn)意義　目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志