退火炉计算机温度控制系统设计

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1、题目退火炉计算机温度控制系统设计分院姓名　　学号　　专业班级　　指导教师　　6引言    退火炉是一种热处理设备，它把压力容器加热到一定温度并维持一段时间，然后让其自然冷却。其目的在于消除压力容器的整体压力。提高压力容器的使用寿命。温度是退火炉的主要被控变量，是保证其产品质量的一个重要因素。1设计要求温度控制系统设计：已知某退火炉，规定额定温度为T，允许误差为△T=±2%，其加热是通过煤气燃烧来实现的，试设计一个计算机温度控制系统来实现炉温控制？并给出系统模型，选用主要元器件，设计控制算法，最后在MATLAB上对系统进行仿真？大概过程：1设计要求2要求分析，建立温度控制系统的原理框图3根

2、据框图给出系统的方块图（包括各个主要组成部分的模型建立，如电机，退火炉（为一阶环节与滞后环节相乘）等）4选好控制器（单片机），A/D，D/A，传感器，电机等，画出大概电路图5选定控制算法，给出计算公式，并把具体参数带入到公式中，在MATLAB上建模仿真，分析典型信号的相应特性。2、退火炉温度控制系统的原理框图退火炉以煤气、空气混合气为辅助燃料，煤气和空气的比例为3:2，炉温的高低直接与混合气的进给量有关，适当调节它的进给量，即恰当地控制混合气的阀门的开启角度就可以控制退火炉的温度高低。退火炉的结构框图如图1所示。其工作原理是退火炉温度Tx经传感器、变送器检测、变换的T(t)值，与温度给定

3、值R(t)比较后,两者的偏差值Et(t)经微机数字控制器D(z)分析、运算，输出相应的控制量，驱动执行机构C，调节流量控制阀阀门C的开启角度，改变混合气的进给量。6图13、退火炉温度控制系统的方块图退火炉温度控制系统的方块图如图2所示其中：H(s)=图24、退火炉温度控制系统的控制算法分析“温度”的表现，可以用纯滞后一阶惯性环节来描述，即6式中：Gc(s)——煤气退火炉的传递函数；D(s)——比例环节取1；K——比例系数；——纯滞后时间；τ1——时间常数。与一个零阶保持器串联时，系统广义被控对象的脉冲传递函数为：含纯滞后的一阶惯性环节的大林计算式为：若令：D(z)的简化表达式便为：式中：

4、T——采样周期；τ1——被控对象时间常数；τ——闭环系统时间常数；设K＝1T＝1sτ＝3τ1＝1sN=1最后求得：6当对表达式中各项求Z变换后，可求出混合气流量调节器输出量的计算公式为：七、系统硬件的选择及电路设计1.根据该控制精度的要求，选择MCS-51单片机.2.A/D、D/A选择:利用单片机MCS-51片内的A/D转换单元来完成被控参量的采样与模/数转换的。而被控参量采样值与给定值的偏差量，在微机内运算后，所得的当前的输出控制量，则由片内的D/A转换单元（PWM输出器），来完成数/模转换的。从而实现了炉温的自动控制过程。八、系统的建模和仿真煤气和空气混合气控制系统被控对象的传递函数

5、和零阶保持器的传递函数此系统经过建模仿真得到的图形为66