电阻炉温度控制系统设计(12)

电阻炉温度控制系统设计

在整定时，先置几为零，然后，在第(2)步整定的基础上再增大几，同时相应地改变比例系数KP和积分时间TI，逐步试凑以获得比较满意的控制效果和控制参数。

对于此类型温度系统，采样周期设为0.1s。根据以往经验得其电阻炉的数学模型为

G?s??3.5 e?3?s （3-21）

150s?1根据上述的PID控制参数整定方法对系统数学模型进行参数整定，得到PID控制器的参数为：

KP=1.75，KI=0.0125，KD=3

在MATLAB/Simulink环境下建立温度控制系统的仿真模型，如图3-3所 示。仿真后得到系统的阶跃响应曲线如图3-4所示[11]。

图3-3 PID控制仿真的Slmulink框图

图3-4 阶跃响应

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四川理工学院本科毕业（设计）论文

从图3-4可以看到系统的阶跃响应的动态性能还是比较理想的，超调很小(响应峰值为1.0052，超调量?%=0.52%)，调节时间为260s，系统稳定性较好，响应速度较快。所以，设计的PID控制器能满足系统的要求。

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电阻炉温度控制系统设计

第4章 系统软件设计

由于整个系统软件相对比较大，为了便于编写、调试、修改和增删，系统软件的编制采用了模块化的设计。即整个控制软件由许多独立的小模块组成，它们之间通过软件接口连接，遵循模块内部数据关系紧凑，模块之间数据关系松散的原则，按功能形成模块化结构。

系统的软件主要由主程序模块、数据采集模块、控制算法模块等组成。主模块的功能是为其余几个模块构建整体框架及初始化工作；数据采集模块的作用是将A/D转换的数字量采集并储存到存储器中；控制算法模块完成控制系统的PID运算并且输出控制量。

下面就介绍本系统几个主要的程序模块。

4.1 主程序模块

主程序模块要做的主要工作是上电后对系统初始化和构建系统整体软件框架，其中初始化包括对微控制器的初始化、A/D芯片初始化和串口初始化等。然后等待温度设定，若温度已经设定好了，判断系统运行键是否按下，若系统运行，则依次调用各个相关模块，循环控制直到系统停止运行。主程序模块的程序流程图如图4-1所示。

图4-1 主程序流程图

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4.2 数据采集模块

数据采集模块的任务是通过数字转换器MAX6675负责温度信号的采集以及将采集到的模拟量通过其内部的A/D转换器转化为相应的数字量提供给微控制器。数据采集主程度完成温度值读取过程与数据转换过程的连接；温度值读取子程序完成温度的采集工作；数据转换程序子程序实现温度值的处理任务。数据采集模块的程序流程图如图4-2所示。附录中给出了温度采集源程序[12]。

图4-2 数据采集模块程序流程图

4.3 PID控制模块

PID控制算法，通过设定的PID控制参数，根据采集到的温度与设本设计采用了定值进行比较得到偏差e?k?，计算得到增量?u?k?。附录中给出了本系统的PID控制算法源程序，其控制流程图如图4-3所示。

图4-3 PID控制模块程序流程图

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4.4 人机交换模块

人机交换模块是由键盘和LED数码显示两部分组成。键盘设置共有5个按钮，

S0～S4分别为设置键、移位键、数字加一键、确定键、复位键，其功能键表4-1。LED数码显示主要负责显示电阻炉动运行当前温度值和温度设定值。

按键 S0 S1 S2 S3 S4 键名 加一键 移位键 确定键 设置键 复位键 表4-1 按键功能 功能 设定温度时从0～9逐次加一 设置时进行数码管位选择 确认设定值，转换为实时显示界面 转换为温度设置界面 使系统复位

按键程序流程图如图4-4所示。

图4-4 按键程序流程图

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