基于大林算法的电阻炉温度控制系统设计(DOC)

1课程设计任务书学院专业学生姓名班级学号课程设计题目基于大林算法的电阻炉温度控制系统设计实践教学要求与任务:1）构成电阻炉温度控制系统2）大林算法设计3）硬软件设计4）实验研究5）THFCS-1现场总线控制系统实验6）撰写实验报告工作计划与进度安排:1）第1～2天，查阅文献，构成闭环温度控制系统2）第3天，大林算法设计3）第4～5天，硬软件设计4）第6天，实验研究5）第7～9天，THFCS-1现场总线控制系统实验6）第10天，撰写实验报告指导教师：201年月日专业负责人：201年月日学院教学副院长：201年月日1目录摘要..........................................................................................................................................................11.课题简介...............................................................................................................................................21.1课题目的..................................................................................................................................21.2课题内容..................................................................................................................................21.3课题要求..................................................................................................................................22.大林算法控制系统方案设计...............................................................................................................32.1控制系统总体介绍..................................................................................................................32.2控制系统闭环工作原理..........................................................................................................33.大林算法控制系统硬件电路设计.......................................................................................................43.1A/D采样电路.......................................................................................................................43.2D/A输出电路..........................................................................................................................53.3给定对象硬件电路设计..........................................................................................................63.4总硬件图..................................................................................................................................74.大林算法控制系统算法设计...............................................................................................................84.1控制算法的原理.....................................................................................................................84.2计算机实现的计算机公式推导.............................................................................................84.3采样周期的选择.....................................................................................................................95.大林算法控制系统软件编程设计.....................................................................................................105.1主程序与中断流程图...........................................................................................................105.2部分控制程序代码...............................................................................................................116.结论.....................................................................................................................................................157.小结与体会.......................................................................................................................................16参考文献..........................................................................................................................................171摘要电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。在本控制对象电阻加热炉功率为20KW，有220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。本设计针对一个温区进行控制，要求控制温度范围50～350℃，保温阶段温度控制精度为±1℃。选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压，其对象温控数学模型为：()1sddKeGsTsτ其中：时间常数dT=350秒，放大系数dK=50，滞后时间τ=10秒，控制算法选用大林算法。关键词：单片机；A/D、D/A；大林算法；传感器；炉温控制21.课题简介1.1课题目的课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。《计算机控制系统》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。1.2课题内容设计以89C51单片机和ADC、DAC等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制系统。1.硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。2.控制算法：大林控制算法。3.软件设计：主程序、中断程序、A/D转换程序、大林算法控制程序、D/A输出程序等。1.3课题要求1.模入电路能接受双极性电压输入（-5V~+5V），模出电路能输出双极性电压（-5V~+5V）。2.模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。3.选择被控对象：T,e)s.)(s.()s(Gs.5015014084.对象的纯延迟环节se用软件通过数组单元移位实现。5.定时中断间隔选取50ms，采样周期T要求既是采样中断间隔的整数倍，又满足(0.21)T。6.闭环系统时间常数T按11~23的被控对象最大时间常数选择。32.大林算法控制系统方案设计2.1控制系统总体介绍)(rt)(teD(Z)U(Z)seTs1G(S)C(T)-图2.1-1大林算法设计的闭环控制系统方框图大多数工业对象具有较大的纯滞后时间，可以近似用一阶或二阶惯性环节加纯滞后环节来表示，其传递函数为一阶对象：NT,esTK)sG(s11，二阶对象：NT,e)sT)(sT(K)s(Gs1121,大林算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数Φ（s）相当于一个纯滞后环节和一个惯性环节相串联，即NT,esT)s(s11τΦ，并希望整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象的纯滞后时间相同。其中为闭环系统的时间常数，纯滞后时间与采样周期T有整数倍关系，（N=1,2﹒﹒﹒﹒）。2.2控制系统闭环工作原理在本次大林算法控制系统中，系统先进行A/D采样，将给定值采样值取到单片机内，之后单片机会选择另外一路通道，进行输出值即反馈值的采样。将输出值采样到单片机内后，在单片机中进行差值E(K)计算，再通过单片机中的算法程序得到输出量U(K)，再经过D/A变换器，将输出结果作用于被控对象。经被控对象的输出值又将作为反馈值被采样到单片机内。43.大林算法控制系统硬件电路设计3.1A/D采样电路该实验的A/D采样硬件电路如图3-1所示图3-1A/D采样硬件电路图上图所示的是ADC0809与8051连接的硬件电路图，其中在ADC0809中，IN-6、IN-7分别采样给定信号和反馈信号，A\D转换器的引脚A接单片机的P1^6，用于选择采样通道。控制计算机的定时器作为基准时钟（初始化为50ms），在第一次启动A/D转换时，此时P1^6=0，选择的IN-6，采样的是给定信号