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计算机水温控制系统.doc

计算机水温控制系统

夏柳青
2019-02-26 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《计算机水温控制系统doc》,可适用于IT/计算机领域

二○一三~二○一四学年第一学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称:计算机控制与接口技术课程设计班  级:  自动化       学  号:        姓  名:   牛洪芳       指导教师:   周凤星      二○一三年十二月一、设计题目和设计要求设计题目水温控制系统的设计设计任务和要求设计一个水温控控制系统对象的传递函数:G(s)=s,炉子为电炉结构单相交流V供电。温度设定值:室温~℃可以根据要求任意调节。要求:()画出电路原理图包括:给定值、反馈、显示的电路以及主电路()阐述电路的工作原理()采用对象为大滞后的算法求出U(k)()画出闭环数字控制的程序框图。二、设计任务分析()系统设计:该系统以MCS单片机为核心构成一个炉温控制系统该系统具有对电炉温度的实时控制定时检测和调节温度数据显示并打印存储必要的信息等功能。由外部操作键盘输入给定数值进行相应的参数设定并可以根据需要进行手动、自动之间的切换。本系统主要由单片机应用系统主机板、晶闸管主电路及电气控制、温度检测与信号放大模块、数字控制与同步触发模块等部分组成。单片机应用系统主机板采用模块式结构功口线和各信号设计成总线形式应用系统的各部分都通过总线插座方便地与单片机接口。(二)控制方案本系统中把可控硅和电阻炉温度变送器统一称为被控对象。电阻炉系统是个自衡系统可以近似为一个一阶惯性环节和一个延迟环节传递函数可以表示为:   在检测的基础上我们采用数字数字控制器直接设计的方法把炉内温度控制的设定值与实测值进行比较是静态误差最小。理论分析和实践证明电阻炉是一个具有自平衡能力的对象可以用一个一阶惯性环节和一个延迟环节来近似描述考虑到零阶保持器系统的简化动态结构图如图图系统简化动态结构图在热工和化工等许多工业生产过程中由于被控对象模型的不确定性、参数随时间的漂移性以及含有纯滞后环节因此如果要求控制系统的输出值在最少拍内达到稳态则不但不能达到预期的效果反而会产生较大的系统超调和振荡。这类控制系统对快速性的要求较为次其主要指标是系统无超调或超调很小并且允许有较长的调整时间。在这条件下采用纯滞后对象的控制算法大林算法往往比较简单。因此该系统采用大林算法。(三)控制方案的实现在生产过程中大多数工业对象具有较大的纯滞后时间对象的纯滞后时间对控制系统的控制性能极为不利它使系统的稳定性降低过渡过程特性变坏。当对象的纯滞后时间与对象的惯性时间常数T之比即T时采用常规的比例积分微分(PID)控制很难获得良好的控制性能。长期以来人们对纯滞后对象的控制作了大量的研究比较有代表性的方法有大林算法和纯滞后补偿(Smith预估)控制。本设计以大林算法为依据进行研究大林算法的被控对象是带纯滞后的一阶惯性环节。即本设计的被控对象为带纯滞后的一阶惯性环节。式中:为纯滞后时间为方便起见假设为采样周期T的整数倍:大林算法的主要设计目标是系统在单位阶跃输入作用下整个闭环系统的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联。即()要求整个闭环系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间。与H(s)相对应的闭环系统脉冲传递函数为()将上式代入式中得()当对象为一阶惯性环节加纯滞后时()将式()代入式()得一阶惯性环节的控制器的D(z)为由上式控制算法为在本设计中取T为s =s那么N为其中=K为代入相关数据可以算得:则有上式可以得到控制算法为:(四)编程实现大林控制算法(选取可取N=)。ei=svfVoltagex=exp(TsT)x=exp(TsT)a=(x)(k*(x))a=x*(x)(k*(x))b=exp(TsT)b=exp(TsT)output=b*outputb*outputNa*eia*eixeix=eifor(intj=Nj>=j){outputj=outputj  }(五)编程实现消除振铃现象后的大林控制算法(选取N=)。x=exp(TsT)x=exp(TsT)a=(x)(k*(x)*(x))  a=x*(x)(k*(x)*(x))b=output=b*outputa*eia*eixeix=eifor(intj=Nj>=j){outputj=outputj  }三、详细设计(一)水温控制系统介绍年代由于计算机的出现人们开始在实验室、工厂或其它条件中使用用计算机进行数据采集和处理。此时的计算机只起到“离线”的应用功能较单一且过程装置和微机之间没有任何物理上的连接。随着计算机技术的进一步发展提供了过程装置与计算机之间的接口人们开始用直接连接方法使计算机与变送器和执行部件之间的信号双向传递无需人工干涉。年英国帝国工业公司安装了FerrantiArgus计算机控制系统使用计算机自动控制系统代替模拟仪表控制即模拟技术由数字技术代替而系统功能保持不变计算机控制系统应用真正开始历经多年的发展到年代中期集散控制系统的发展进入快车道炉温控制在工矿企业中逐步兴起控制方式也不断改进算法不断深入整体技术趋于成熟。随着人工智能概念的提出炉温控制领域出现了另一条理想的途径就是人工智能化直接监测火焰性能控制燃烧的方法类似人工烧钢通过观察火焰颜色判断燃烧情况。但是由于钢厂的加热炉非常大长、m以上宽m以上是一个非线性、大惯性延迟的控制系统钢锭、炉汽、墙壁之间的传热过程是非线性的非常复杂影响燃烧控制的不确定因素在诸多方面都存在到目前还没有理想的解决方案。近年来随着人工智能理论的不断发展和实用化以及计算机技术的进步和检测设备、仪表性能的提高模糊控制、专家系统等技术正在这一领域得到越来越多的应用。量子物理浮点思想以及蒙特卡洛随机思想在自动控制方面也吸引了国内外研究者的目光。(二)单片机控制系统设计软件系统本套系统采用大林算法作为控制算法。采用C语言来实现。图软件设计总体流程图图大林算法流程图(三)系统的主电路设计图为主机系统电路设计图。因为这一设计控制功能一般对控制精度的要求也不高程序并不复杂。所以选用作为CPU选用(KB)作为EPROM。LS作低位地址锁存器。图 主机系统电路设计图()系统的设计分析与改善系统采用惯性滤波法以消除噪声干扰对于含大滞后环节的电阻炉温度控制系统普通PID控制难以达到较理想的控制效果而采用大林算法进行控制效果明显提高。()附录图四、课程设计总结刚开始时自己只是对理论知识的了解而且还不太了解计算机控制的实际内容所以通过本次课程设计让我受益良多。原来我学习计算机控制的时候基本上不清楚学习的理论知识如何应用在实践中所以觉得计控学习起来比较难经过这次课程设计让我清楚了计算机控制的一些理论在实践中的应用。经过了这次课程设计我发现学到了很多的东西首先我觉得能把自己所学到的东西应用到实践中去这是一个很大的收获。其次仅仅是所学到的东西根本就不能满足工程或者说一个具体的项目的要求要完成一个具体的项目需要额外的学习很多新的东西因此不能满足于自己的所学应该养成终身学习的态度。感谢周老师也感谢这次课程设计其他同学的帮忙让我顺利的完成了课程设计。参考文献余锡存、曹国华单片机原理及接口技术西安电子科技大学出版社年毛谦敏单片机原理及应用系统设计国防工业出版社年月郑学坚周斌.微型计算机原理及应用.第三版.北京:清华大学出版社年月施保华、杨三青、周凤星计算机控制技术华中科技大学出版社年月第版

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