基于大林算法的电加热炉温度控制系统设计(编辑修改稿)

基于大林算法的电加热炉温度控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

测温度场中，自由端恒定在某一温度。 热电偶是基于热电效应工作的，热电效应产生的热电势是由接触电势和温差电势两部分 组成的。 (2) MAX6675 单片热电偶数字转换器。 其工作原理如下： K 型热电偶产生的热电势，经过低噪声电压放大器 A1 和电压跟随器 A2放大、缓冲后，得到热电势信号 U1，再经过 S4 送至 ADC。 对于 K型热电偶，电压变化率为（ 41μV/ ℃ ），电压可由如下公式来近似热电偶的特性。 U1=（ 41μV/ ℃ ） （ TT0） 上式中， U1 为热电偶输出电压（ mV）， T 是测量点温度； T0 是周围温度。 在将温度电压值转换为相应的温度值之前，对热电偶的 冷端温度进行补偿，冷端温度即是 MAX6675 周围温度与 0℃ 实际参考值之间的差值。 通过冷端温度补偿二极管，产生补偿电压 U2 经 S4 输入 ADC 转换器。 U2=（ 41μV/ ℃ ） T0 在数字控制器的控制下， ADC 首先将 U U2 转换成数字量，即获得输出电压 U0 的数据，该数据就代表测量点的实际温度值 T。 这就是 MAX6675 进行冷端温度补偿和测量温度的原理 如图 32所示。 图 温度采集 电路 合肥学院自动化专业计算机控制技术课程设计报告 9 3 驱动电路 图 驱动 电路 4 键盘模块 在本次设计当中，输入设备采用矩阵键盘： 图 34键盘模块电路 当“设定”键按下时触发键盘中断服务程序，由程序程控扫描法确定那个键按下并执行相应的动作。 程控扫描的任务是： (1)首先判断是否有键按下。 方法：使所有的行输出均为低电平，然后从端口 A 读入列值。 如果没有键按下，则读人值为 FFH．如果有链按下．则不为 FFH。 合肥学院自动化专业计算机控制技术课程设计报告 10 （ 2） 去除键抖动。 方法：延时 10— 20 ms，再一次判断有无键按下，如果此时仍有键按下，则认为键盘上确实有键处于稳定闭合期。 （ 3）若 有键闭合，则求出闭合键的键值。 方法：对键盘逐行扫描。 （ 4）程序中需等闭合键释放后才对其进行处理。 5 LED 显示模块 图 35 LM016L 液晶模块 LM016L 液晶模块采用 HD44780 控制器。 HD44780 具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动、闪烁等功能。 LM016L 与单片机 MCU（ Microcontroller Unit）通讯可采用 8位或者 4位并行传输两种方式。 HD44780 控制器由两个 8位寄存器、指令寄存器（ IR）和数据寄存器（ DR）、忙标志（ BF）、显示 数据 RAM（ DDRAM）、字符发生器 ROM（ CGROM）、字符发生器 RAM（ CGRAM）、地址计数器（ AC）。 IR 用于寄存指令码，只能写入不能读出； DR 用于寄存数据，数据由内部操作自动写入 DDRAM 和 CGRAM，或者暂存从 DDRAM 和 CGRAM 读出的数据。 BF为 1时，液晶模块处于内部处理模式，不响应外部操作指令和接受数据。 DDRAM 用来存储显示的字符，能存储 80 个字符码。 CGROM 由 8 位字符码生成 5*7 点阵字符 160种和 5*10 点阵字符 32种， 8 位字符编码和字符的应关系。 合肥学院自动化专业计算机控制技术课程设计报告 11 四、软件设计 1 系统软件设计 控制系统的软件主要包括：温度的采样和处理 、控制计算、控制输出、中断、显示、调节参数修改、温度设定及修改。 其中控制算法采用最小拍无纹波控制算法，以达到更好的控制效果。 考虑到电加热炉是一个非线性、时变和分布参数系统，所以本文采用一种新型的智能控制算法。 它充分吸取数学和自动控制理论成果，与定性知识相结合，做到取长补短，在实时控制中取得较好的成果。 其中，系统的软件流程图如图 系统软件流程图 2 大 林算法的系统设计 大 林 算法中 D(z)的基本形式 设 被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节惯性环节，其传递函数分别为： 其中 t1 为被控对象的时间常数， 为被控对象的纯延迟时间 ，为了简 合肥学院自动化专业计算机控制技术课程设计报告 12 化，设其为采样周期的整数倍，即 N 为正整数。 由于大林算法的设计目标是使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，即 ，其中 由于一般控制对象均与一个零阶保持器相串联，所以相应的整个闭环系统的脉冲传递函数是 （ 23） 于是数字控制器的脉冲传递函数为 （ 24） D(z)可由计算机程序实现。 由上式可知，它与被控对象有关。 下面对一阶纯滞后环节进行讨论。 一阶惯性环节的大林算法的 D(z)基本形式 当被控对象是带有纯滞后的一阶惯性环节时，由式（ 21）的传递函数可知，其脉冲传递函数为 ： 将此式代入（ 24），可得 （ 25） 式中： T—— 采样周期 350 秒 ： ——— 被控对象的时间常数 50； ——— 闭环系统的时间常数 10秒。 合肥学院自动化专业计算机控制技术课程设计报告 13 3 程。