基于pid算法的炉温控制系统

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1、电气工程与自动化学院项目驱动实践报告（自动控制原理项目实践）题目：基于PID算法炉温控制系统专业班级：自动化学号：学生姓名：指导老师：2012年12月27日2摘要在控制系统中，温度控制占有至关重要的作用，其控制算法和手段有很多，模拟PID控制是最早发展起来的控制策略之一，长期以来形成了典型的结构，并且参数整定方便，能够满足一般控制的要求，但由于在模拟PID控制系统中，参数一旦整定好后，在整个控制过程中都是固定不变的，而在实际中，由于现场的系统参数、温度等条件发生变化，使系统很难达到最佳的控制效果，因此采用模拟PID控制器难以获得

2、满意的控制效果。随着计算机技术与智能控制理论的发展，数字PID技术渐渐发展起来，它不仅能够实现模拟PID所完成的控制任务，而且具备控制算法灵活、可靠性高等优点，应用面越来越广。为了实现高精度的电炉温度控制，本文介绍了一种基于LPC1114为控制核心、三极管S8050为温度测量原件、以数字PID算法控制以及PID参数整定相结合的控制方法来实现的电炉温度控制系统。文章着重介绍核心器件的选择、控制算法建模的确定、各部份电路及软件的设计。LPC1114完善的内部结构、优良的性能和强大的中断处理能力，决定了该控制系统的特点：电路结构简单、

3、程序简短、系统可靠性高等。该电炉温度控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从电炉温度检测、信号处理、输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现电炉温度控制的全过程。本设计实现了电炉温度的智能化控制以及提供完善的人机交互界面及多机通讯接口，系统由前向通道模块（即温度采样模块）、后向控制模块、系统主模块及键盘显示摸块等四大模块组成。设计采样使用的是LPC1114特有的AD采样功能，显示模块以TinyHMI为核心的数字显示及上位机的波形显示，通过控制晶闸管BT131控制电炉加热，电炉为对象的控制。在MATLAB里仿真建模

4、，实现良好的PID控制。关键词：数字PID；LPC1114；电炉温度；AD采样；上位机；MATLAB目录摘要1目录I第一章绪论11.1课题背景及研究意义11.2国内外在该方向研究现状与分析21.3课题概述21.4设计要求与技术指标21.5基本功能及扩展要求31.6章节安排3第二章系统设计原理及方案比较42.1整体设计思路42.2方案比较42.2.1主控MCU方案42.2.2温度控制算法方案52.2.3人机界面方案72.2.4温度测量方案72.4系统PID建模原理92.5上位机原理122.6本章小结14第三章硬件设计15III3.

5、1硬件总体设计及框图153.2Cortex-M0简介及电路153.3外部电路设计173.3.1键盘和显示电路设计183.3.2测温电路设计193.2.3电炉控制电路设计193.4电源设计203.5A/D转换213.6本章小结22第四章开发软件简介及软件设计234.1硬件开发软件介绍234.1.1AltiumDesigner09234.1.2PCB的绘制过程234.2编程环境介绍244.2.1系统程序设计环境介绍244.2.2上位机编程环境介绍254.3仿真软件MATLAB介绍254.4软件总体框图274.5本章小结28第五章系统

6、实现295.1硬件实现295.1.1系统PCB板设计29III5.1.2系统硬件调试295.2软件实现295.2.1上位机实现295.2.2系统程序实现305.3系统PID建模345.4系统MATLAB仿真375.5联机调试385.6实现效果395.6.1显示界面设计实现效果395.6.2上位机界面设计实现效果395.5.3总体实现效果405.7本章小结41第六章总结与展望426.1本课题工作总结426.2工作展望42致谢43参考文献44附录IIII第一章绪论1.1课题背景及研究意义自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是

7、在电子技术的迅猛发展，以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果。在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，并且都生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表，在各行业广泛应用。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代

8、中后期水平。成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后复杂时变温度系统控制，而且适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。现在，我国在温度等控制仪表业与国